Relationship between winter air temperature and macroscale and regional circulation in Poland (1951-2020)

Temperatura w okresie zimowym, w przeciwieństwie do pozostałych części roku, jest ściśle związana z cyrkulacją atmosferyczną. Północny Atlantyk pełni rolę ośrodka klimatotwórczego dla Europy. Wzajemne oddziaływania między wytworzonymi nad nim, dwoma głównymi ośrodkami aktywności atmosferycznej: Niżem Islandzkim i Wyżem Azorskim są nazywane Oscylacją Północnoatlantycką (NAO). Napływ zachodnich mas powietrznych wiąże się z reguły, z wyższymi średnimi wartościami temperatury powietrza nad Polską. Do opisu ilościowego przenosu mas powietrza z zachodu wykorzystuje się wskaźnik NAO. Związek temperatury powietrza z Oscylacją Północnoatlantycką nie jest jednak zawsze silny. Z tego powodu w pracy analizowano wartości temperatury powietrza i cyrkulacji regionalnej (mogącej modyfikować przepływ mas powietrznych nad kontynentem) w zależności od różnych faz i wartości wskaźnika NAO w 5 polskich miastach (Łódź, Rzeszów, Suwałki, Szczecin, Wrocław). W tym celu wykorzystano 2 zestawy danych. Jeden dotyczący średnich miesięcznych wartości temperatury powietrza oraz drugi dotyczący cyrkulacji atmosferycznej: cyrkulacja makroskalowa (NAO - wskaźnik Jonesa) i cyrkulacja regionalna (Kalendarz typów cyrkulacji Lityńskiego) z okresu 1951-2020. Do dalszej analizy wybrano 3 miesiące zimowe: grudzień, styczeń, luty, które charakteryzowały się najsilniejszą korelacją: NAO – temperatura powietrza. Zakładając że wysokie wartości wskaźnika NAO powinny być związane z dużymi odchyleniami temperatury od średniej wieloletniej, do dalszej analizy wybrano: 10 zim i 10 miesięcy zimowych z najwyższymi i najniższymi wartościami wskaźnika NAO oraz jednakową liczbę zim i miesięcy zimowych z najwyższymi i najniższymi wartościami odchylenia temperatury powietrza od średniej wieloletniej, dla każdej ze stacji. Obliczono także częstość typów cyrkulacji i kierunków adwekcji powietrza dla każdego z wyłonionych miesięcy i zim. Okazało się, że wyłonione miesiące nie zawsze charakteryzowały się przedstawionymi wcześniej zależnościami. Na stacjach pojawiały się zimy i miesiące zimowe o wysokim współczynniku NAO, które jednocześnie charakteryzowały się bardzo niewielkimi bądź wręcz, wartościami odchylenia temperatury o przeciwnym znaku.

Air temperature in winter, unlike the other seasons, is closely connected to atmospheric circulation. Northern Atlantic is center of atmospheric activity for Europe. Relationship between two main centers of atmospheric activity in Northern Atlantic: Islandic Low and Azores High is known as North Atlantic Circulation (NAO). Circulation from western sector is usually connected to higher average air temperatures in Poland. NAO index was created to describe the quantitative characteristics of westerly circulation over Europe. Relationship between air temperature and NAO isn’t always strong. Due to that, this paper studies dependence of air temperature and regional circulation (important due to it’s ability to change trajectory of air masses above the continent) on type of the sign and values of NAO index, in 5 polish cities (Łódź, Rzeszów, Suwałki, Szczecin, Wrocław). Two sets of data were used. The first one consisted of average air temperature and second consisted of 2 types of atmospheric circulation: macroscale circulation (Jones NAO index) and regional circulation (Calendar of atmospheric circulation types according to Lityński), from the period 1951-2020. Further analysis was done on 3 winter months (December-February), characterized by strongest correlation between NAO and air temperature. Assuming that high NAO index is connected with high deviations from the long-term average temperature, 10 winters and 10 winter months with highest and lowest NAO index value and same amount of months and winters with highest and lowest deviations from the long-term average temperature, have been selected for every station. Moreover, every month and winter had their own circulation type and circulation direction calculated. It turned out that the assumptions made earlier about selected months were not always true. There are winters and winter months with high NAO index that also had very insignificant or even opposite sign of deviations from the long-term average temperature.