Czy liczba zimnych miesięcy się zwiększa?

Od pewnego czasu w półroczu chłodnym obserwujemy pojedyncze, bardzo chłodne miesiące (marzec 2013, luty 2012, grudzień 2010, styczeń 2010). W ogólnym mniemaniu liczba miesięcy zimnych zwiększyła się (i stale się zwiększa), co można zauważyć czytając różnorakie fora, czy komentarze pod artykułami na portalach pogodowych.

Na początku warto sobie zadać pytanie „co to jest miesiąc zimny”. Odpowiedź wydaje się prosta – taki ze znacznym odchyleniem od normy wieloletniej. Niestety każdy miesiąc ma różną zmienność w wieloleciu, co oznacza, że to co dla jednego miesiąca jest znacznym odchyleniem, dla drugiego już takim nie będzie. Dla przykładu – na południowo-zachodnich krańcach Polski kwiecień ma średnią wieloletnią równa około 8°C, zaś najchłodniejsze kwietnie (po 1951) spadały nieco poniżej 5°C, co oznacza że najzimniejszy z kwietni miał średnią temperaturę zaledwie o około 3-4°C poniżej średniej wieloletniej. Inaczej jest w miesiącach zimowych – tu zakres odchyleń jest znacznie większy – w lutym najniższe średnie miesięczne potrafią być o 10°C niższe od średniej wieloletniej (nawet do 12°C w 1929). Oznacza to, że odchylenie bezwzględne o 1 stopień w kwietniu nie jest równoważne takiemu samemu odchyleniu w lutym, bowiem „normy” nie można postrzegać jako jednej konkretnej liczby (np. średniej temperatury w danym trzydziestoleciu), ale jako zakres temperatur „normalnych” dla danego miesiąca.

Przyjęło się, że za „normalne” uznaje się takie średnie miesięczne, które są w zakresie od -0.5 do 0.5σ (odchylenia standardowego dla danego miesiąca). Miesiące, których średnia spada poniżej -1σ uznaje się za miesiące zimne, powyżej 1σ za miesiące ciepłe. W skali całego kraju odchylenie standardowe dla miesięcy wynosi od zaledwie 0.9° w sierpniu do 3.5° w styczniu. Oznacza to, że sierpień z odchyleniem < -0.9°C uznajemy za miesiąc  zimny, zaś te z odchyleniem > 0.9°C za miesiąc ciepły. Normalny sierpień posiada zakres odchyleń temperatury od -0.4°C poniżej średniej wieloletniej do 0.4°C powyżej. Dla stycznia zakres ten jest oczywiście znacznie szerszy – „normalny” styczeń zawiera się w zakresie odchyleń bezwzględnych od -1.7°C do +1.7°C. Standaryzując odchylenie danego miesiąca dzielimy więc jego odchylenie bezwzględne przez jego odchylenie standardowe.

Dzięki standaryzacji możemy więc porównywać odchylenia miesięczne – bez niej możemy dojść do pewnego absurdu w przypadku ustawiania przedziałów charakterystycznych dla danego miesiąca w oparciu o wartości bezwzględne – co uznamy bowiem za miesiąc „ekstremalny”? Miesiąc ekstremalny to taki, którego wartość jest już ekstremum, czyli czymś co w skali wielolecia zdarzało się bardzo rzadko. W przypadku stycznia we Wrocławiu nie można uznać jego odchylenia równego -4°C za anomalne, bowiem zdarza się zwykle 1-2 razy w dziesięcioleciu, ale w przypadku lipca takie odchylenie byłoby skrajnie niezwykłe (w rzeczywistości w ponad 200-letniej serii pomiarowej dla Wrocławia ani razu nie zdarzył się lipiec z odchyleniem poniżej -4°C poniżej średniej z lat 1961-1990). Widzimy więc, że bardzo trudno ustanowić jednakowe przedziały charakterystyczne dla wszystkich miesięcy bez standaryzacji. Oczywiście w przypadku sezonów (np. zima, czy cały rok), standaryzacja nie polega na wyliczeniu średniej arytmetycznej z odchyleń standaryzowanych miesięcy wchodzących w ich skład, tylko osobnym wyliczeniu anomalii standaryzowanych w oparciu o ich serię temperatur.

W poniższych rozważaniach za dane wejściowe wzięto odchylenia temperatury od średniej z  lat 1961-1990 uśrednione dla obszaru Polski, które poddano standaryzacji. Za miesiące zimne wzięto takie, których odchylenie standaryzowane jest niższe od -1°, zaś za ciepłe takie z odchyleniem standaryzowanym >1°. W wieloleciu w oparciu o które robiliśmy standaryzację (1961-1990) liczba miesięcy zimnych i ciepłych jest z grubsza podobna i w skali roku wynosi 59 oraz 56, zatem w obu przypadkach około 16%. Oznacza to, że „zimnych” lub „ciepłych” miesięcy jest w okresie referencyjnym około 32%, a więc niemal 1/3.

Zmiany klimatyczne w stosunku do okresu referencyjnego zaburzają ten bilans. W wieloleciu 1981-2010 klimat znacznie się ocieplił, co miało swoje odzwierciedlenie w zmianie stosunku ilości miesięcy zimnych do ciepłych w tym okresie – tym razem miesięcy zimnych było zaledwie 39, a miesięcy ciepłych aż 105, a więc niemal trzykrotnie więcej. Zmieniła się również ogólna liczba miesięcy charakterystycznych – wzrastając o 8%, co z uwagi na zmniejszenie się miesięcy zimnych było główną zasługą wzrostu liczby miesięcy ciepłych.

Zmiany liczby miesięcy ciepłych i zimnych

W latach 1825-2012 przebieg 11-letniej średniej ruchomej liczby miesięcy zimnych i ciepłych w roku wyglądała następująco:

Jest to średnia ruchoma centrowana, zatem ostatni punkt (2007) zawiera dane za okres 2002-2012.

Pierwszą rzeczą, która się rzuca w oczy jest fakt, że od początku serii liczba miesięcy zimnych niemal bez przerwy spada. Inaczej wszak się dzieje z miesiącami ciepłymi do okolic roku 1977 (okres 1972-1982). Za wyjątkiem okresu 1933-1960 wzrost liczby miesięcy ciepłych nie był tu tak oczywisty i przeważnie liczba ta zawierała się w zakresie charakterystycznym dla XIX w. Skłania to ku stwierdzeniu, że do roku 1982 ocieplenie w Polsce było bardziej skutkiem zmniejszenia się liczby miesięcy zimnych, niż zwiększenia liczby miesięcy ciepłych (mogło być inaczej, jeśli standaryzowane odchylenia miesięcy ciepłych były znacznie wyższe od standaryzowanych odchyleń miesięcy zimnych).

Jeszcze mniej oczywiste były zmiany liczby miesięcy zimnych i ciepłych latem:

Tu do lat 30-tych XX w. nie da się wyznaczyć żadnego konkretnego trendu. Zmiana nastąpiła w latach 30-tych i 40-tych, kiedy mocno wzrosła liczba miesięcy ciepłych i jednocześnie spadła liczna miesięcy zimnych. Po tym krótkim okresie już w latach pięćdziesiątych XX w. liczba miesięcy ciepłych latem spadła do wartości obserwowanych w XIX w., ale – co ciekawe – o ile liczba miesięcy zimnych nieco wzrosła, nie osiągnęła wartości charakterystycznych dla okresu 1825-1920, dodatkowo zmiany liczby miesięcy charakterystycznych nie były synchroniczne – najpierw spadła liczba miesięcy ciepłych, dopiero później wzrosła liczba miesięcy zimnych – widać to wyraźnie na powiększonym fragmencie z tego okresu:

Liczba miesięcy ciepłych osiągnęła swoje maksimum 11-letnie w roku 1942 (1937-1947) i od tego momentu obserwujemy jej spadek. Minimum liczby miesięcy zimnych następuje dopiero w 1948-1949 (1943-1954) i od tego momentu następuje jej wzrost.

Po 1980 roku liczba miesięcy ciepłych latem wzrosła gwałtownie aż do ponad 2 w ostatnim okresie. Oznacza to, że przeciętnie latem tylko jeden miesiąc nie był miesiącem ciepłym. Jednocześnie liczba miesięcy zimnych spadła do 0 – ostatnim letnim miesiącem zimnym w skali całego kraju był czerwiec 2001.

Najmniejsze zmiany obserwujemy zimą:

Otóż, dość zaskakująco, w okresie zimowym największy spadek liczby miesięcy zimnych nastąpił w końcówce XIX w., przy czym równocześnie w tym samym okresie nastąpił spadek liczby miesięcy ciepłych – do 0, na ponad dekadę. Od tego momentu liczba miesięcy zimnych nie wykazywała już istotnego trendu do chwili obecnej, zaś liczba miesięcy ciepłych wzrosła osiągając maksimum w latach 1988-1998, po czym do chwili obecnej spadła niemal dwukrotnie – w dalszym ciągu jednak pozostając powyżej dowolnej wartości z lat 1825-1984. Również nieco zaskakująco liczba miesięcy zimnych nie osiągnęła swego minimum na przełomie lat 80-tych i 90-tych, tylko pod koniec lat 70-tych – w okresie 1970-1984. Po raz kolejny więc liczba maksymalna liczba miesięcy ciepłych i minimalna liczba miesięcy zimnych nie były ze sobą synchroniczne.

Warto również sprawdzić bilans dla zimy – tj. liczbę ciepłych miesięcy minus liczbę miesięcy zimnych.

Jak widać, w całym okresie obserwacyjnym bilans ten rzadko był dodatni, tj. liczba miesięcy zimnych była najczęściej przeciętnie wyższa od liczby miesięcy ciepłych. Inaczej było tylko na początku XX w., oraz w okresie po 1970. Ostatniego spadku nie można również brać jako odwrócenie ogólnego trendu, ponieważ wyraźnie widać, że podobne krótkotrwałe spadki miały miejsce już wcześniej.

Należy jednak zwrócić uwagę, że ostatnie ochłodzenia nie koniecznie wypadały w okresie zimowym (tj. grudzień-luty) – np. w tym roku pojawiło się ono w marcu. Sprawdźmy więc jak stosunek ilości miesięcy ciepłych do zimnych zmieniał się w chłodnej połowie roku (październik-marzec).

Wykres jest w zasadzie zbliżony do pierwszego z prezentowanych wykresów, odzwierciedlającego zmiany w skali roku. Ostatni spadek liczby miesięcy ciepłych w chłodnym półroczu nie jest niezwykły na tle krótkoterminowych zmian w zeszłych dziesięcioleciach, podobnie jak wzrost liczby miesięcy zimnych. Należy również zauważyć, że najmniej miesięcy zimnych w chłodnym półroczu nie było wcale na początku lat 90-tych, tylko w okresie 1999-2009.

Bilans miesięcy ciepłych i chłodnych wygląda dla półrocza chłodnego następująco:

Faktycznie w ostatnim czasie nastąpił spadek przewagi liczby miesięcy ciepłych nad zimnymi, ale to nie on jest tu niezwykły – jest to raczej „korekta” gwałtownego wzrostu, jaki nastąpił wcześniej.

Reasumując: nie da się obecnie powiedzieć, że liczba miesięcy zimnych w Polsce wzrasta. W skali rocznej jest ona najmniejsza w historii obserwacji. Pewien wzrost da się zaobserwować w ostatnich latach w półroczu chłodnym, ale póki co zmiana ta nie jest istotna na tle zmian, jakie obserwowaliśmy w zeszłych dziesięcioleciach i bardziej przypomina krótkotrwałe oscylacje z jakimi wcześniej wielokrotnie mieliśmy do czynienia.