Wyjątkowo mroźne i łagodne zimy w Europie (1951–2010) / Robert Twardosz i Urszula Kossowska-Cezak

W strefie klimatu umiarkowanego, która obejmuje większą część kontynentu europejskiego, zima charakteryzuje się najbardziej zmiennymi warunkami termicznymi ze wszystkich pór roku. Są one wynikiem dominującego wówczas typowego wzorca cyrkulacji atmosferycznej, który obejmuje naprzemiennie adwekcję mas powietrza znad Oceanu Atlantyckiego, co sprzyja łagodnym zimom, oraz powstawanie stacjonarnych układów wysokiego ciśnienia, które blokują taką adwekcję i umożliwiają napływ zimnego powietrza z północy lub wschodu i prowadzą do bardzo niskich temperatur i bardzo mroźnych zim (np. Kossowska-Cezak 1997 ; Jaagus 2006 ; Bardin 2007 ; Ugryumov i Khar’kova 2008 ; Van den Besselaar i in. 2010 ). Występowanie tak ostrych zim, a także krótszych okresów zimowych z bardzo niskimi temperaturami i w mniejszym stopniu bardzo łagodnych zim jest od dawna przedmiotem powszechnej uwagi, ponieważ dotykają one wszystkich populacji omawianych terytoriów i wywarły wieloaspektowy wpływ na ich życie (Błażejczyk i McGregor 2007 ; Maignan i in. 2008 ).

Relacje z tak wyjątkowych zim można znaleźć w kronikach historycznych. Cennych informacji w tym zakresie dostarcza opracowanie R. Girgusia i W. Strupczewskiego ( Wyjątki …, 1965 ), zawierające następujące przykłady:

W roku Pańskim 1076 bardzo surowa zima nawiedziła te ziemie i ich największe rzeki, takie jak Saona, Rodan, Ren i Loara w Galii; Łaba, Wisła i Dunaj w Niemczech; i Po we Włoszech, które tak mocno chwycił lód, że natychmiast ucichły po mniejszych, a zdumiona miejscowa ludność przeleciała nad nimi jak po stałym lądzie ( Wyjątki …, 1965 , s. 17).

Zima [1306] była tak sroga, że ​​pomiędzy kontynentem duńskim, jego wyspami a Szwecją wszystkie morza zamieniły się w stałe mosty na czternaście tygodni, a nawet dłużej ( Wyjątki …, 1965 , s. 26).

Zima 1322/1323:

Również między Norwegią, Anglią i Francją wiele statków zamarzło na otwartym morzu, tak że kupcy chodzili po lodzie, aby dla rozrywki składać sobie nawzajem wizyty” ( Wyjątki …, 1965 , s. 30).

Na następującej stronie:

W okresie od dnia św. Andrzeja [30 listopada 1322 r.] do niedzieli Laetare [6 marca 1323 r.] pogoda była tak zimna, że ​​kupcy przewozili swoje towary na wozach przez morze z Norwegii do Szwecji i z powrotem, a na wyspie znajdowały się zajazdy i tawerny. morza, gdzie spożywali piwo i jedzenie. Przyjeżdżali także kupcy z portów w Prusach i Inflantach, a na rynku funkcjonowały karczmy ( Wyjątki …, 1965 , s. 31).

Pod koniec tego roku (1556) i na początku następnego zima [w Polsce] była bardzo trwała: wielkie śniegi i dotkliwe mrozy trwały od dnia św. Jadwigi [15 października] bez przerwy aż do dnia Zwiastowania [25 marca] ( Wyjątki …, 1965 , s. 146).

Łagodne zimy były znacznie rzadsze:

Zima tego roku [1412] była wyjątkowo ciepła, bez przymrozków i w ogóle przymrozków do tego stopnia, że ​​nawet na Litwie, krainie zimnej i mroźnej, ludzie mieli już warzywa do jedzenia i kwiaty w okolicach Dnia Ofiarowania [2 lutego], który przypadał uważany za wielki cud i prawdziwy cud ( Wyjątki …, 1965 , s. 41).

W roku tym [1493] zima w styczniu i lutym była tak łagodna, że ​​w sadach kwitły drzewa, rosła wysoka trawa, ptaszki zakładały gniazda, lecz w marcu mróz wszystko zniszczył ( Wyjątki …, 1965 , s. 85–86).

To tylko próbka licznych relacji o szczególnie surowych porach zimowych, które w Europie przestały występować na skutek obserwowanego od połowy XIX wieku okresu ocieplenia klimatu. Niemniej jednak nadal zdarzają się wyjątkowo mroźne zimy, które mają poważne konsekwencje, począwszy od wpływu na życie codzienne, dezorganizacji gospodarki, a nawet wpływania na wydarzenia historyczne, takie jak seria trzech wyjątkowo mroźnych zim podczas drugiej wojny światowej. W tym ostatnim przykładzie w styczniu 1942 r. temperatura w strefie działań wojennych w Rosji spadła do -56°C (Brönnimann 2005 ). Z drugiej strony wyjątkowo łagodne zimy mogą mieć także niekorzystne skutki, gdyż zakłócają cykl procesów naturalnych (Maignan i in. 2008 ).

Niniejsze badanie podejmuje ten wciąż aktualny temat i koncentruje się na częstotliwości, czasie trwania i zasięgu przestrzennym nietypowych pór zimowych w Europie od połowy XX wieku do 2010 roku.

Przyjęta hipoteza badawcza zakłada, że ​​obserwowany wzrost temperatury zimą wyraża się spadkiem częstotliwości ECW i wzrostem częstotliwości EMW. Artykuł stanowi kontynuację wcześniejszych badań autorów (Twardosz i Kossowska-Cezak 2013a , b , 2015a , b ) dotyczących wyjątkowo gorących i zimnych pór roku w Europie. Założeniem jest umożliwienie wszechstronnego zrozumienia anomalii termicznych w okresie zimowym przy wykorzystaniu jednej metody ich identyfikacji, danych z wieloletnich obserwacji i obejmujących całą Europę, w odróżnieniu od szerokiego zbioru fragmentarycznych badań ukierunkowanych na różne obszary i okresy (np. Baur 1954) . ; Graham i in. 2006 ; Hirschi i Sinha 2007 ; Hirschi 2008 ; Cattiaux i in. 2010 ; Wang i in. 2010 ; Ouzeau i in. 2011 ; Buchan i in. 2014 ).

Badanie opiera się na średnich miesięcznych temperaturach powietrza zarejestrowanych na 60 stacjach pogodowych w Europie kontynentalnej i na Wyspach Brytyjskich. Większość stacji zlokalizowana jest na terenach nizinnych do 300 m npm (57 stacji, w tym 35 do 100 m, 17 na wysokości 101–200 m, 5 na wysokości 201–300 m i jedna Astrachań w zagłębieniu −23 m ). Tylko trzy stacje mają wyższe położenie, m.in. Madryt na wysokości 667 m npm, Sofia na wysokości 595 m i Zurych na wysokości 569 m (tabela  1 ). Na potrzeby badań stacje ponumerowano od 1 do 60, biegnąc z zachodu na wschód w ośmiu pasach o 5° szerokości geograficznej z północy na południe. Poniżej 40° N znajdują się cztery stacje, 14 stacji w pasie 40–45° N, po 10 stacji w pasach od 45 do 60° N, 7 stacji w 60–65° N, 4 stacje w 65–70° N i pojedynczą stację powyżej 70° szerokości geograficznej północnej (Tabela  1 ).

Dane pochodziły z otwartej bazy danych Europejskiego Zestawu Danych i Oceny Klimatu (ECA&D, www.eca.knmi.nl ) (Klein Tank et al. 2002 ).

Baza ta jest jednym z czterech ogólnie dostępnych źródeł danych (Moberg et al. 2006 ) oferujących wysoką rozdzielczość przestrzenną i dużą liczbę kompletnych serii o wysokiej jakości danych potwierdzonych badaniami jednorodności (Wijngaard et al. 2003 ). Zarówno autorzy, jak i wiele innych osób korzystali z tej bazy danych w przeszłości (np. Cony i in. 2008 ; Van den Besselaar i in. 2010 ).

W tym badaniu przyjęto założenie, że zima trwa od grudnia do lutego. Za zimy anomalne uważa się sytuację, gdy średnia temperatura powietrza rejestrowana przez daną stację różni się od odpowiadającej jej średniej wieloletniej (1951–2010) co najmniej o dwa odchylenia standardowe. Wyjątkowo mroźne zimy (ECW) — t  ≤  t _śr.  − 2 σ i wyjątkowo łagodne zimy (EMWs) — t  ≥  t _śr.  + 2 σ ) zostały wyróżnione na podstawie tego założenia. Za pomocą tej samej metody zidentyfikowano wyjątkowo zimne i łagodne miesiące zimowe (ECM, EMM). Kryterium odchylenia standardowego przyjęto analogicznie do stosowanego przy wyróżnianiu wyjątkowo gorących miesięcy i pór roku w Europie (Twardosz i Kossowska-Cezak 2013a , b , 2015a , b ). Dzięki temu jesteśmy w stanie porównać wyniki niniejszego badania z naszymi wcześniejszymi badaniami oraz badaniami innych autorów, którzy stosowali to samo kryterium (np. Hansen i in. 2012 ).

Metodą powyższą określono liczbę ECW i EMW na każdej ze stacji, opracowano kalendarze ECW i EMW oraz określono zasięg geograficzny ECW i EMW.

Na podstawie przyjętego kryterium ( t  ≤  t _av.  − 2 σ ) w ciągu 18 lat 60-lecia od 1951 do 2010 roku zidentyfikowano ogółem 103 ECW (tab.  1 ).

ECW zanotowały wszystkie stacje, a ich liczba wahała się od 1 do 3 na stację i tylko na 3 stacjach sięgała 4 (tab.  1 ); w Europie Południowej i Zachodniej ich liczba wynosiła 1–2, podczas gdy w Europie Północnej i Wschodniej analogiczna liczba wynosiła 2–3. Pojedyncze przypadki dużych różnic między sąsiednimi stacjami można prawdopodobnie przypisać warunkom lokalnym. Ogólnie rzecz biorąc, największą liczbę ECW odnotowanych w Europie Północnej i Wschodniej można wytłumaczyć większym stopniem kontynentalnizmu klimatycznego w tych regionach, pociągającym za sobą znacznie chłodniejsze zimy niż te odnotowane w klimacie morskim południowej i zachodniej części kontynentu. Liczba ECW i EMW stwierdzonych na poszczególnych stacjach (3 ± 2) odbiegała od ich rozkładu normalnego (około 5% lub 3). Różnicę tłumaczy się faktem, że zimowy rozkład średniej dziennej temperatury nie jest zgodny z rozkładem normalnym. Rzeczywiście, należy się spodziewać, że może wystąpić pojedynczy przypadek wyjątkowo wysokiej lub niskiej średniej temperatury, co znacząco zmieni odchylenie standardowe, a w konsekwencji liczbę zidentyfikowanych wartości anomalnych.

Największą częstość występowania ECW odnotowano w dekadzie 1960/1961–1969/1970 (tab.  2 ) – w tym okresie wystąpiło 6 z 18 ECW i prawie połowa przypadków (48 ze 103). W tej dekadzie ECW miało najszerszy zasięg (24 stacje) w latach 1962/1963. Choć dekada 1980/1981–1989/1990 zajmowała drugie miejsce pod względem liczby ECW (4 ECW, 15 przypadków), to już 9-letni okres 1951/1952–1959/1960 uplasował się na drugim miejscu pod względem liczby spraw (3 ECW, 28 spraw). W dziewięcioletnim sezonie 1953/1954 ECW zajmowało drugie miejsce pod względem zasięgu (16 stacji), ale pierwsze pod względem ujemnej anomalii temperatury powietrza. Zarówno częstotliwość ECW, jak i liczba przypadków wyraźnie spadła po 1990 r. W latach 1986/1987-2009/2010 istniały tylko trzy ECW na bardzo ograniczonych obszarach (1–3 stacje).

EMW występowały znacznie rzadziej niż ECW (Tabela  2 ), a w ciągu sześciu dekad objętych badaniem odnotowano łącznie 40 EMW w ciągu 13 lat. Inni badacze również potwierdzają niższą częstotliwość występowania EMW w porównaniu z ECW (Dobrovolný i in. 2010 ). EMW zarejestrowała jedynie połowa stacji (30) w Europie Zachodniej i Południowej oraz na jej terytoriach najbardziej wysuniętych na północ i wschód. W dekadzie 1970/1971–1979/1980, a ściślej mówiąc, w latach 1966/1967–1981/1982 nie było EMW. Częstotliwość EMW zaczęła rosnąć od końca lat 80-tych. Połowa EMW miała miejsce w ostatnich 20 latach 60-lecia, ale spośród 22 sezonów pomiędzy 1988/1989 a 2009/2010 aż dziewięć to EMW, przy czym EMW 2006/2007 obejmowało największe terytorium w Okres 60 lat (11 stacji).

Jak widać, liczba zim anomalnych termicznie jest zróżnicowana w całej Europie. Można to przypisać różnicom temperatur mas powietrza nawożonych zimą do Europy. Mogą to być stosunkowo ciepłe masy powietrza polarnego morskiego (mP) i silnie schłodzone masy powietrza polarnego kontynentalnego (cP) lub arktycznego (A). Ogólna dominacja obiegu zachodniego powoduje, że ten pierwszy (mP) występuje częściej, szczególnie w Europie Zachodniej i Środkowej, co prowadzi do łagodnych zim z temperaturami powyżej średniej, ale nie zmieniającymi się zbytnio w czasie. Tymczasem przewaga cP i A prowadzi do bardzo gwałtownych okresowych spadków temperatur znacznie poniżej średniej. Zatem rozkład statystyczny średniej temperatury w zimie jest asymetryczny i bardzo duże odchylenia ujemne równoważone są przez większą liczbę odchyleń dodatnich, bardziej umiarkowanych, co oznacza, że ​​liczba anomalii na obu „ogonach” jest różna (Dobrovolný et al. 2010 ). ). Asymetria rośnie w kierunku wschodnim (ryc.  1 ). Skutkuje to nie tylko większą częstotliwością ECW niż EMW, ale także większymi wartościami skrajnych anomalii negatywnych niż pozytywnych, np. na odcinku pasa pomiędzy Walentią a Jekaterynburgiem wahały się one od –2,6 i +1,6 do –8,0 i +4,3° C. Ta asymetria oznacza również, że więcej jest EMW bez EMM (ze względu na kumulację niewielkich anomalii miesięcznych) niż ECW bez ECM (ze względu na większy udział bardzo niskich temperatur w jednym miesiącu w średniej temperaturze całej zimy ). Należy zauważyć, że niesymetria jest znacznie bardziej wyraźna w przypadku poszczególnych miesięcy zimowych: w okresie 60 lat odnotowano dwukrotnie więcej ECM (67) niż EMW (34).

Częstotliwość (%) wartości średnich temperatur w okresie zimowym na wybranych stacjach

Obraz w pełnym rozmiarze

Jak wspomniano powyżej, większość ECW (82,5%) charakteryzowała się wyjątkowo zimnymi miesiącami (ECM), a w skrajnych przypadkach wszystkie 3 miesiące były ECM. Natomiast EMW charakteryzowały się rzadszymi wyjątkowo łagodnymi miesiącami (EMM).

W ciągu badanych 60 lat dwie zimy okazały się jednocześnie ECW i EMW. Były to zimy 1965/1966, które były ECW na Półwyspie Skandynawskim (7 stacji) i EMW w południowo-wschodnich częściach Europy (3 stacje), oraz zima 1997/1998, która była ECW na północnym wschodzie w Naryan- Mar i EMW w 3 różnych stacjach na zachodzie i północy Europy (tabele  3 i 4 ).

Lata istnienia ECW i EMW oraz liczbę stacji wraz z ich kodami (w tabeli  1 ) przedstawiono w tabelach  3 i 4 (Kalendarze ECW i EMW). Jak wspomniano powyżej, ECW rejestrowano w ciągu 18 lat na obszarach o różnej wielkości, czyli różnej liczbie stacji – od 1 do 24. Jednak najczęściej ECW rejestrowane były tylko przez jedną stację lub przez dwie sąsiednie stacje; takich zim było siedem (tab.  3 ). Zimy, które zanotowano na 1–2 stacjach, tj. na mniej niż 5% wszystkich stacji, zostaną w niniejszym opracowaniu pominięte. Analiza skupi się na tych zimach, które zanotowano jednocześnie na co najmniej trzech stacjach, tj. na co najmniej 5% stacji). Takich ECW było 11.

EMW zostały zidentyfikowane w ciągu 13 lat. Większość z nich została również zarejestrowana jedynie przez 1 lub 2 stacje (w sumie 7 EMW), choć nie zawsze przez sąsiednie stacje. Jak się okazało, zdarzały się przypadki, gdy ECW były obserwowane przez stacje odległe od siebie – łącznie trzy lub nawet więcej.

Niniejsze badanie skoncentruje się na tych EMW, które zostały zarejestrowane przez co najmniej trzy stacje w tej samej części Europy. Takich EMW było czterech. Największą powierzchnię zarejestrowało 11 stacji (tab.  4 ).

Charakterystyka ECW i EMW opisana w niniejszym badaniu obejmuje ich lokalizację w Europie oraz orientacyjny obszar objęty badaniem, liczbę stacji, średnią temperaturę powietrza i stopień anomalii (tj. odchylenie temperatury powietrza od odpowiedniej średniej wieloletniej), a także średnia temperatura maksymalna i minimalna oraz liczba dni z temperaturą minimalną poniżej 0 °C i temperaturą maksymalną poniżej 0, -10 i -20 °C.

4.1 Wyjątkowo mroźne zimy

ECW z lat 1953/1954 była zimą o drugim co do wielkości zasięgu (16 stacji) i o największej ujemnej anomalii temperatury powietrza w okresie 60 lat (najzimniejsza zima na badanym obszarze). Zima objęła obszar Europy Południowo-Wschodniej (ryc.  2 ), rozciągający się od Belgradu i Debreczyna na zachodzie po Kazań i Orenburg na wschodzie oraz od Morza Czarnego i przedgórza Kaukazu na południu po Kazań na północy. Dla większości stacji styczeń i/lub luty były wyjątkowo zimnymi miesiącami (ECM), a w najbardziej wysuniętym na południe obszarze grudzień (3 ECM w Stambule i Symferopolu). Anomalia temperatury Δ t na 5 stacjach południowych przekroczyła 3 odchylenia standardowe; wszędzie, z wyjątkiem Soczi, przekraczała -4 °C, osiągając -5 do -7,0 °C na wschodzie i -8,6 °C w Rostowie nad Donem. Była to największa ujemna anomalia temperatury zimowej w latach 1951–2010 w Europie i jeden z 5 przypadków, gdy ujemna anomalia temperaturowa przekroczyła -8°C (tab.  5 ). Na całym obszarze w ciągu doby panowały temperatury poniżej -10°C (o ok. 30°C więcej niż średnio w części środkowej i wschodniej), a na wschodzie nawet poniżej -20,0°C.

Stacje z ECW: 1953/1954, 1955/1956 i 1962/1963

Obraz w pełnym rozmiarze

ECW z lat 1955/1956 obejmowała obszar północno-wschodniej Europy, gdzie została zarejestrowana przez dziesięć stacji (ryc.  2 ). Można przypuszczać, że obszar ECW był niewiele większy niż zimą poprzedzającej 2 lata, przy czym wyraźnie mniejsza liczba stacji pogodowych wynikała z najmniejszego zagęszczenia sieci stacji w tej części Europy. ECW rejestrowały stacje od Kurska i Saratowa na południu po Sankt Petersburg i Ivdel na północy, a także w Vardö i od Sankt Petersburga na zachodzie po Ivdel i Jekaterynburg na wschodzie. Grudzień i luty były okresami ECM. Wszędzie, z wyjątkiem Vardö, anomalia temperatury Δ t była większa od -5,0 °C, przekraczała -7,0 °C na północy i osiągała najwyższą wartość w Wołogdzie, gdzie wynosiła -8,2 °C. W Sankt Petersburgu, Moskwie, Wołogdzie i Kazaniu była to najzimniejsza zima od sześciu dekad (tabela  5 ). Na całym obszarze, z wyjątkiem Vardö, zdarzały się dni z całodobową temperaturą poniżej -20,0 ° C; było ich więcej niż przeciętnie, od 10 dni w Sankt Petersburgu do 25 dni w Ivdel.

W odróżnieniu od omawianego powyżej ECW, ECW z lat 1962/1963 rejestrowano w Europie Zachodniej przez rekordową liczbę 24 stacji, od Madrytu przez Rzym na południu po Edynburg i Bergen na północy oraz od La Coruña i Valentia na zachodzie po Warszawę , Czerniowce i Sofia na wschodzie (ryc.  2 ). Styczeń był dniem ECM w prawie wszystkich lokalizacjach. Na północnym zachodzie grudzień i/lub luty również były wyjątkowo zimnymi miesiącami; trzy ECM odnotowano w Paryżu, Würzburgu i De Bilt. Jedynymi obszarami pozbawionymi ECM były Półwysep Iberyjski i wybrzeże Morza Śródziemnego.

Chociaż większość anomalii temperaturowych na północnym wschodzie kontynentu osiągnęła trzy odchylenia standardowe ( t  ≥  t _śr.  + 3 σ ), wartość bezwzględna anomalii była niższa niż w przypadku powyższych ECW na wschodzie Europy, gdzie Δ t zwykle mieściło się w przedziale pomiędzy ok. −2,0 i −5,0°C, a najwyższa wartość odnotowana w Warszawie Δ t  = −6,7°C (tab.  5 ). Europa Zachodnia swoje niższe ujemne anomalie temperatury powietrza w zimie zawdzięcza łagodzącemu wpływowi wód Oceanu Atlantyckiego (Hirschi i Sinha 2007 ), w przeciwieństwie do ochłodzonych lądów w Europie Środkowej, a tym bardziej Wschodniej, która w dużej mierze jest odpowiedzialna za znaczne spadki temperatury powietrza. Na większości obszaru zima 1962/63 była najzimniejsza od 60 lat i była jedyną wyjątkowo mroźną zimą na południu i zachodzie, mimo że średnia temperatura na obszarach najbardziej wysuniętych na południe i zachód utrzymywała się powyżej zera.

ECW lat 1963/1964 obserwowały trzy stacje w Europie Środkowej: w Wiedniu, Debreczynie i Belgradzie . Grudzień i styczeń były okresami ECM. Anomalie temperaturowe wahały się od -3,9°C w Wiedniu do -5,4°C w Debreczynie (w tym ostatnim mieście panowała najzimniejsza zima od sześciu dekad).

ECW z lat 1965/1966 obejmowała obszar Półwyspu Skandynawskiego (7 stacji; ryc.  3 ). W większości przypadków luty był okresem ECM, a stacje południowe nie zarejestrowały żadnego ECM. Była to najzimniejsza zima na tym obszarze, z anomalią temperatury Δ t pomiędzy –3,0°C w Vardö a –7,5°C w Vaasa (tabela  5 ). W północnej, wewnętrznej części Półwyspu Skandynawskiego nie było ani jednego zimowego dnia, w którym maksymalna temperatura przekroczyła 0°C, przy czym przez ponad 20 dni odnotowywano całodobowe temperatury powietrza poniżej -20°C (średnio mniej niż 10 dni ).

Stacje z ECW: 1965/1966, 1968/1969, 1978/1979 i 1984/85

Obraz w pełnym rozmiarze

ECW z lat 1968/1969 obejmowała najbardziej wysunięte na wschód obszary Europy (8 stacji) oraz Mińsk (ryc.  3 ). Styczeń i grudzień były ECM w Ivdel i Jekaterynburgu. Anomalia temperatury powietrza Δ t na stacjach przekraczała -5,0°C, a w Peczorze i Orenburgu przekraczała -8,0°C (odpowiednio Δ t  = -8,1 i -8,2°C). Dla niemal wszystkich stacji była to najzimniejsza zima od 60 lat. Średnia temperatura -25,4°C w Peczorze była najniższą ze wszystkich badanych tutaj przypadków (tabela  5 ). Również tutaj maksymalne temperatury utrzymywały się poniżej -20,0°C przez ponad połowę dni tej zimy (średnio 20 dni). Tak silny spadek temperatury powietrza na tym obszarze wynikał z blokady spowodowanej pasem wysokiego ciśnienia nad zachodnią Rosją (Hirschi i Sinha 2007 ).

ECW lat 1969/1970 obserwowały cztery stacje w Europie Środkowej: w Berlinie, Warszawie, Sztokholmie i Lipawie . Grudzień był ECM i luty też, ale tylko w Sztokholmie. Anomalia temperatury Δ t wahała się od -4,6 °C w Wiedniu do -5,6 °C w Lipawie. W stacjach meteorologicznych nad Bałtykiem była to najzimniejsza zima od 60 lat.

ECW z lat 1978/1979 zarejestrowało sześć stacji na północy Europy: De Bilt i Bergen, Lipawa i Archangielsk, Syktywkar i Peczora. Na czterech ostatnich stacjach grudzień był ECM. Ze względu na dużą równoleżnikową rozpiętość ECW warunki termiczne w jej zasięgu były bardzo zróżnicowane: w obszarach najbardziej na zachód wysuniętych średnia temperatura powietrza wynosiła ok. -1,0 °C (Δ t -3,0 do -4,0 °C), a w tych najbardziej wysuniętych na wschód była niższa od -20,0 °C (anomalia Δ t -7,0 do -8,0 °C). Na zachodzie odnotowano jedynie 30 dni z całodobową temperaturą poniżej zera, natomiast na wschodzie notowano je przez całą zimę; często zdarzały się dni z maksymalną temperaturą poniżej -20,0 ° C. Dla Peczory była to jedna z dwóch najzimniejszych zim w ciągu 60 lat, kiedy temperatura sięgała średnio -25,4°C, a więc tak samo jak zimą 1968/1969 (ryc.  3 , tab.  5 ).

ECW z lat 1980/1981 zarejestrowały trzy stacje na Półwyspie Apenińskim i nad Adriatykiem: w Rzymie, Krotonie i Splicie. Grudzień i styczeń były ECM w Crotone, ale w samym Rzymie była to najzimniejsza zima od 60 lat. Anomalia temperatury powietrza wyniosła ok. −2,0°C.

ECW z lat 1984/1985 odnotowano w dwóch obszarach: na południu – od Belgradu i Sofii do Kijowa i Symferopola (6 stacji) oraz na północy – w obrębie trójkąta Kajaani-Archangielsk-Wołogda (3 stacje). W Belgradzie i Sofii nie było ŚKM, a luty był ŚKM dla pozostałych stacji. Na dwóch stacjach najbardziej na północ wysuniętych na północ styczeń był także miesiącem ECM. Dla tych ostatnich stacji była to najzimniejsza zima w ciągu 60 lat, z anomalią temperatury Δ t sięgającą -7,1°C w Kajaani i -8,0°C w Archangielsku. Dla pozostałych stacji Δ t wahało się od –2,6°C w Sofii do –5,5°C w Kijowie i –6,4°C w Wołogdzie (rys.  3 , tabela  5 ). Na obu obszarach zaobserwowano dni z dobową temperaturą poniżej -10°C: na południu było ich niespełna 20 (na zachodzie nawet poniżej 5), a na północy do 60 dni. , w tym ok. 30 dni z maksymalną temperaturą poniżej -20°C.

Kolejne ECW zarejestrowane przez co najmniej trzy stacje pojawiło się dopiero 25 lat później – w sezonie 2009/2010 ; była to jedyna ECW w XXI wieku, czyli „zimna skrajność w ocieplającym się klimacie” (Cattiaux et al. 2010 ). Zaobserwowały to trzy stacje nadmorskie w północno-zachodniej Europie: w Valentii i Edynburgu (bez ECM, anomalia temperaturowa Δ t odpowiednio –2,1 i –2,4°C) oraz w Bergen (ECM = styczeń, Δ t  = –3,4 °C; była to najzimniejsza zima od 60 lat).

Silnie ujemne anomalie temperatury powietrza w Europie Zachodniej i Północnej obserwuje się w czasie ujemnych faz oscylacji północnoatlantyckiej (Cattiaux et al. 2010 ; Wang et al. 2010 ; Ouzeau et al. 2011 ; Buchan et al. 2014 ). Podczas takich okresów w Europie Środkowo-Wschodniej obserwuje się większą cyrkulację antycykloniczną z północy i wschodu lub tworzenie się wypiętrzeń bezpośrednio nad tym obszarem (Kossowska-Cezak 1997 ).

4.2 Wyjątkowo łagodne zimy

EMW z lat 1954/1955 obserwowano na czterech stacjach w najbardziej wysuniętych na południe i wschód częściach Europy: w Rzymie, Atenach, Stambule i Soczi, przy czym styczeń i/lub luty zapewniały EMM. Anomalia temperaturowa wyniosła 2,1°C na zachodzie i od 3,0°C na wschodzie. To była najcieplejsza zima od sześciu dekad objętych badaniem.

EMW z lat 1965/1966 zarejestrowano we wschodniej części tego samego obszaru, co EMW z lat 1954/1955, na trzech stacjach – w Atenach, Symferopolu i Soczi. Styczeń odbył się w Soczi, a luty w Atenach. Anomalia temperaturowa wahała się od 1,9°C w Atenach do 4,1°C w Symferopolu. W Symferopolu i Soczi była to najcieplejsza zima od 60 lat.

EMW z lat 1989/1990 zajmowała drugą pozycję pod względem powierzchni – zarejestrowało ją sześć stacji na Półwyspie Iberyjskim i południowej Francji oraz odległa stacja Czerniowce (ryc.  4 ). Luty był miesiącem EMM, a na Półwyspie Iberyjskim był grudzień. Anomalia temperatury na głównym obszarze wahała się od 1,4°C w Lizbonie do 3,0°C w Bordeaux (Tabela  6 ). Poza Lizboną w tych lokalizacjach była to najcieplejsza zima od sześciu dekad. Na głównym obszarze nie odnotowano prawie żadnych przypadków spadków temperatur poniżej 0°C. Zaobserwowano je w Czerniowcach, ale w znacznie mniejszym stopniu niż przeciętnie Tabela  6 ).

Stacje z EMW: 1989/1990 i 2006/2007

Obraz w pełnym rozmiarze

EMW z lat 1994/1995 zarejestrowały jedynie trzy stacje w dwóch odległych od siebie obszarach: Brześć na zachodzie oraz Naryan-Mar i Peczora na północnym wschodzie. Jednak ten EMW jest godny uwagi, ponieważ na dwóch ostatnich stacjach zanotowano największą dodatnią anomalię temperatury powietrza w okresie 60 lat, odpowiednio Δ t  = 7,3 i 7,7 °C; były to jedyne przypadki anomalii większej niż 6,0 °C.

EMW z lat 1997/1998 rejestrowane były przez trzy stacje w różnych częściach Europy, położone w dużej odległości od siebie (tab.  4 ).

EMW z lat 2006/2007 obejmowało największy obszar od 60 lat (ryc.  4 ). Zostało zarejestrowane przez 11 stacji w pasie rozciągającym się od Paryża i De Bilt na północnym zachodzie oraz Crotone, Sofii i Konstancy na południowym wschodzie, a także na odległej stacji Orenburg. Na stacjach zachodnich nie było EMM, a na stacjach wschodnich był styczeń. Anomalia temperaturowa Δ t wahała się od 2,0°C w Krotonie do 4,3°C w Wiedniu i Belgradzie. Była to najcieplejsza zima od 60 lat (tab.  6 ). W niektórych częściach Europy Zachodniej była to najcieplejsza zima od czasu rozpoczęcia pomiarów temperatury za pomocą przyrządów (Hirschi 2008 ). Tej zimy nie było ani jednego dnia z temperaturą w ciągu doby poniżej 0,0°C (z wyjątkiem Orenburga; tabela  6 ). Po łagodnej zimie przyszła ciepła wiosna, co znacznie przyspieszyło wzrost roślin (Maignan i in. 2008 ). Jak twierdzi wielu badaczy, łagodnym zimom w Europie Zachodniej i Północnej towarzyszą dodatnie fazy oscylacji północnoatlantyckiej (NAO), które przypisuje się wyższym niż normalnie różnicom ciśnień między niżem islandzkim a najwyższym na Azorach. W takich okresach w Europie Środkowo-Wschodniej obserwuje się zwiększoną częstotliwość cyklonicznych typów cyrkulacji z zachodu oraz spadek lub nawet brak cyrkulacji z północy i wschodu (Kossowska-Cezak 1997 ; Jaagus 2006 ; Isayev i Sherstyukov 2008 ; Sidorenkov i Orlov 2008 ; Anisimov i in. 2011 ).

W pracy przyjęto założenie, że okresy zimowe (od grudnia do lutego) są anomalią termiczną, gdy średnia temperatura powietrza w nich różni się od odpowiadającej im średniej wieloletniej (1951–2010) o co najmniej dwa odchylenia standardowe. Na podstawie tego założenia zidentyfikowano wyjątkowo mroźne zimy (ECW: t  ≤  t _śr.  − 2 σ ) i wyjątkowo łagodne zimy (EMW: t  ≥  t _śr.  + 2 σ ) na obszarze Europy kontynentalnej i Wysp Brytyjskich (60 stacje pogodowe) w sezonach 1951/1952–2009/2010.

W zależności od części Europy określenia „zimna” i „łagodna” mogą oznaczać zimy różniące się znacznie pod względem warunków termicznych – w basenie Morza Śródziemnego „ostra” zima może w rzeczywistości być wolna od temperatur poniżej zera, a na dalekich na północy nawet „łagodne” zimy mogą wiązać się z długotrwałymi okresami mroźnej pogody. Pozorny paradoks wynika z faktu, że identyfikację anomalii temperaturowych oparto na średnich temperaturach rejestrowanych na danym obszarze, do którego przyzwyczajeni są jego mieszkańcy.

Stwierdzono, że istnieją duże różnice w częstotliwości, lokalizacji i obszarze występowania poszczególnych zim anomalnych, a także w poziomie anomalii temperatury powietrza dla obu typów zim anomalnych.

1. ECW występują częściej w całej Europie, natomiast EMW występują jedynie na południu i zachodzie kontynentu (odnotowała je tylko połowa stacji).

2. ECW odnotowuje się częściej niż EMW – odpowiednio 18 i 13 zim w ciągu 60 lat.

3. W skrajnych przypadkach ECW obejmują większy obszar niż EMW. Choć wysoki odsetek zim anormalnych odnotowuje jedna lub dwie stacje (na 60 stacji) – dotyczy to 7 z 18 ECW i 7 z 13 EMW – to liczba zim anomalnych odnotowanych jest na co najmniej 6 stacjach ( tj. 10% stacji) wyniosło odpowiednio 7 i 2 stacje, przy czym najszerszy ECW obejmował 24 stacje, podczas gdy dla EMW było to zaledwie 11 stacji.

4. ECW charakteryzują się największymi bezwzględnymi anomaliami temperatury: anomalie do -3,0°C dotyczą 21% przypadków, a powyżej -6,0°C do 35%, natomiast w przypadku EMW anomalie do +3,0°C stanowią 68% przypadków i te przekraczające +6,0°C tylko 8%.

5. Zdecydowana większość ECW (82,5%) charakteryzowała się co najmniej jednym wyjątkowo zimnym miesiącem, a w skrajnych przypadkach aż trzy miesiące zimowe to ECM (5 przypadków). Podczas EMW EMM były rzadsze (62,5%) i były rejestrowane wyłącznie przez jedną stację (tylko pięć przypadków EMW z dwoma EMM i tylko w najbardziej wysuniętych na południe częściach Europy).

6. Powyższe porównanie wskazuje, że liczne historyczne wzmianki o bardzo surowych zimach i nieliczne wzmianki o łagodnych zimach nie są przypadkowe, ale raczej wskazują między innymi na istotną cechę obecnego klimatu Europy. Chociaż w drugiej połowie sześciu dekad było mniej ECW, a więcej EMW (1951/1952–1979/1980: 11 ECW, 3 EMW, 1980/1981–2009/2010: odpowiednio 7 i 10), zawsze można spodziewać się czarów temperatur znacznie poniżej zera, krótkotrwałych lub długotrwałych, zwłaszcza na wschodzie i północy kontynentu. Wynika to z charakteru cyrkulacji powietrza nad Europą, w której dominuje adwekcja ciepłych mas powietrza znad Atlantyku, z okresowymi blokami okresowymi powodującymi wymuszony napływ zimnego arktycznego lub kontynentalnego powietrza polarnego z północy lub wschodu (dodatniego lub ujemna faza NAO). Dodatkowo przedłużająca się obecność układów wysokiego ciśnienia w okresie zimowym przyczynia się do dalszego ochładzania radiacyjnego powietrza podczas długich, bezchmurnych zimowych nocy (szczególnie na północy). Wzorzec ten potwierdza zwiększona częstotliwość ECW we wczesnej części okresu badania, kiedy częstsza była również ujemna faza NAO (Hurrell i National Center for Atmospheric Research Staff 2014 ).

7. W świetle wcześniejszych badań autorów dotyczących wyjątkowo gorących i chłodnych lat (Twardosz i Kossowska-Cezak 2015b ) wyjątkowo mroźne zimy występowały rzadziej niż wyjątkowo gorące lata (18 vs. 24 na przestrzeni 60 lat), ale średnio pokrywały się większe obszary (6 vs. 4 stacje; wyjątkowo łagodne zimy i wyjątkowo chłodne lata stanowiły po 3 stacje). W drugiej połowie 60-lecia wyjątkowo mroźne zimy stawały się coraz rzadsze, a ich zasięg przestrzenny zaczął się zmniejszać w przeciwieństwie do wyjątkowo gorących lat, które odnotowywały wzrost zarówno pod względem częstotliwości, jak i zasięgu przestrzennego.