Atmospheric Precipitable Water and Precipitations in Poland

Artykuł przedstawia relacje między rocznym przebiegiem zwartości wody opadowej w atmosferze nad Polską a przebiegiem wysokości sum opadów, obfitości opadów oraz częstości dni z opadami. Wykorzystano średnie wartości 5-dobowe analizowanych charakterystyk z okresu 1958-2008. Wykazano zbieżność rocznego cyklu zmian zawartości wody w atmosferze z sumami i obfitością opadów. Składowe harmoniczne wyjaśniają znaczną część ich zmienności, przy czym cykl zawartości wody opadowej jest o ok. 10 dni opóźniony w stosunku do fazy cyklu zmian opadów. Stosunek średnich dobowych wartości sum opadowych do zawartości wody w atmosferze (efektywność wykorzystania wilgoci atmosferycznej w procesie powstawania opadu) zmienia się w ciągu roku od 0,19 w końcu września do 0,30 na początku kwietnia. Częstość opadów wykazuje słaby negatywny związek z zawartością wody opadowej. Liczba dni z opadem osiąga maksimum w drugiej połowie listopada. Na podstawie 100 wybranych najwyższych sum opadów dobowych analizowano ich związek w zawartością wody opadowej w atmosferze. Opady maksymalne występują przy zawartości wilgoci PW>14 mm, większość jednak przy zawartości wilgoci >22 mm. Współczynnik efektywności wykorzystania wilgoci przy maksymalnych opadach wynosi najczęściej 3-4. Opady maksymalne występują przy średniej zawartości wody opadowej wyższej o ok. 20% od średniej wieloletniej, charakterystycznej dla terminu wystąpienia opadu. Związek wysokości opadu maksymalnego z zawartością wody opadowej jest jednak slaby. O wysokości opadów maksymalnych decyduje przede wszystkim efektywność wykorzystania zawartości wody atmosferycznej.The paper presents relationships between annual cycle of precipitable water in the atmosphere over Poland and annual courses of precipitation totals, precipitation abundance and frequency of rainy days. Averaged 5-days values of those characteristics from the period 1958-2008 have been used. The annual cycles of precipitable water, precipitation sums and abundance of precipitation water are convergent. The harmonic components explain the most part of their variances in the year. However, it has been assumed, that the phase of precipitable water represents cycle by ca 10 days late. The ratio of averaged daily precipitation to the precipiable water (coefficient of effectiveness in use of atmospheric water) is varied from 0.19 in the end of September to 0.30 in the first part of April. In annual course the frequency of days with precipitation represents a weak negative correlation with precipitable water values. The annual maximum of number of rainy days occurs in the second part of November. On the basis on 100 extreme high daily precipitation events in Poland their relations to actual precipitable water has been analyzed. Extreme precipitations occurred in days with relative high values of precipitable water (>14 mm), the most common precipitation events correspond to the values >22 mm. The coefficients of effectiveness for extreme precipitations equal the values 3-4 in the most part of cases. On average, the values of precipitable water deviations exceed by 20% the long-term mean in days with the extreme precipitations. However, it has been stated that the connection between the values of extreme precipitation and the values of preciptable water is rather weak. Maxima of precipitation are mostly controlled by effectiveness in use of atmospheric water

Magnetotransmission Measurements of Intra-Shallow-Donor Transitions in Semi-Insulating GaAs

In this paper we present the results of an investigation of the 1s-2p$\text{}_{+}$ intra-shallow-donor transition by means of an extremely difficult magnetotransmission experiment performed on semi-insulating GaAs. We report the temperature dependence of the transition intensity. We noticed the absence in the absorbance spectra of a well-pronounced structure which is observed at low magnetic fields in photoconductivity measurements. The results are discussed in terms of a fluctuating potential from ionized centres in semi-insulating GaAs

Macro-Circulation as a Conditioning Factor for Long-Lasting Thermal Waves in Poland

Artykuł zawiera przegląd wyników badań klimatologicznych określających rolę cyrkulacji dolno- i środkowo-troposferycznej w kształtowaniu zmienności temperatury powietrza w Polsce. Szczególną uwagę zwrócono na związki temperatury z cyrkulacją w środkowej troposferze, opisaną w ujęciu makroform cyrkulacji wyróżnionych w klasyfikacji Vangengeima-Girsa (V-G). Na podstawie danych z lat 1958-2008 wyróżniono w Polsce 52 co najmniej 6-dniowe fale ciepła i 81 fal chłodu. Charakteryzują się one średnią obszarową temperaturą (w Polsce) wykraczającą poza zakres TŚR ± 1,28×STD (TŚR – średnia wieloletnia wartość temperatury w danym dniu, STD – odchylenie standardowe temperatury). Określono również dni z najniższą i najwyższą temperaturą dobową w każdym roku 50-lecia. Analizowano frekwencję makroform cyrkulacji V-G towarzyszących falom termicznym i dniom najcieplejszym/najzimniejszym; rozkłady tych częstości uznano za podstawę określenia makroform sprzyjających kształtowaniu fal ciepła lub fal chłodu oraz najcieplejszych i najchłodniejszych dni w Polsce. Stwierdzono m.in., że fale chłodu wykazują silniejsze niż fale ciepła statystycznie istotne związki z makroformami cyrkulacji. W ciepłej połowie roku (wiosna, lato) związki fal termicznych z makroformi cyrkulacji są słabsze niż w pozostałych porach roku. Fale ciepła w zimie występują najczęściej podczas panowania strefowej makroformy cyrkulacji W. Latem natomiast przy cyrkulacji W obserwuje się ograniczoną liczbę zarówno fal ciepła, jak i fal chłodu. W okresie wiosny i lata fale ciepła są najczęściej związane z makroformą E. Fale chłodu, zwłaszcza w przejściowych porach roku, są najczęściej uwarunkowane panowaniem makroformy C. W zimie powstawaniu fal chłodu sprzyja także makroforma E. Wystąpienia dni najcieplejszych i najchłodniejszych w roku wykazują podobną koincydencję z makroformami cyrkulacji jak fale termiczne odpowiednio w lecie i w zimie. Analiza kilku przypadków długotrwałych fal termicznych wykazuje, iż makroformie W odpowiada silna strefowa cyrkulacja nad przeważająca częścią Europy i adwekcja zachodnia nad Polską w dolnej i środkowej troposferze (rys. 2). Makroformie cyrkulacji C odpowiada układ blokadowy Rexa (z wyżem nad rejonem Morza Północnego i niżem nad Morzem Śródziemnym) oraz adwekcja chłodnych mas powietrza z północy nad Polska (rys. 4). Przy cyrkulacji w formie E stwierdzono w zimie dolny klin Wyżu Azjatyckiego nad Skandynawią, warunkujący fale mrozów w Polsce (rys. 5), latem natomiast rozległy układ antycyklonalny nad Europa Środkową, powodujący falę ciepła w Polsce (rys. 3).The article contains an overview of the climatological research concerning the role of the lower and mid-tropospheric circulation in shaping the variability of the air temperature in Poland. Particular attention was paid to the link of temperature with mid-tropospheric circulation, described in terms of macro-circulation forms distinguished in Vangengeim-Girs' (V-G) classification. Based on data from the period 1958-2008, 52 heat waves and 81 cold waves in Poland with minimum duration 6-days were selected. Wave includes the days with areal temperature (averaged for Poland's territory) falling beyond the range TŚR ± 1,28×STD (TŚR – long-term mean temperature for a given day, STD – standard deviation of temperature). Also the days with the lowest and the highest daily temperature in each year during the analyzed period were identified. The frequency of V-G macro-circulation forms accompanying thermal waves and the warmest/coldest days was analyzed; the distributions of these frequencies were considered as a basis for selecting macro-circulation forms conducive to the formation of heat/cold waves and the warmest/coldest days in Poland. It was found that the cold waves are more closely related to macro-circulation forms than heat waves – those relations proved to be statistically significant as well. Thermal waves are less apparently linked to V-G macro forms' variability during warm half of the year (spring, summer) than in other seasons. Heat waves in the winter are most common when W zonal macro-circulation form prevails. In summer, during W macroform dominance the number of heat as well as cold waves is limited. In spring and summer heat waves are most commonly associated with E macro-circulation form. Cold waves, especially in the transitional seasons, are usually steered by C macroform. In winter cold wave formation is also favored by E macro-circulation form. The warmest and coldest days coincide with macro-circulation forms in a similar manner as thermal waves, respectively in summer and winter. The analysis of several cases of long-lasting thermal waves shows that W macro-circulation form coexists with strong zonal circulation over Europe and with western advection over Poland in lower and middle troposphere (Fig. 2). C macro-form corresponds to Rex block, featured by anticyclone situated over the North Sea coupled with cyclone over the Mediterranean Sea and northerly cold air advection over Poland (Fig. 4). While E macro-circulation form is developed during winter, the so-called extension of Asiatic High towards Scandinavia is observed, causing frosty condition in Poland (Fig. 5). In summer E form is associated with widespread anticyclone over central Europe causing heat wave in Poland (Fig. 3)

Variability of Mid-Tropospheric Circulation Forms According to Wangenheim-Girs Classification and Their Relations to Sea-Level Pressure Patterns

Opracowanie przedstawia wyniki statystycznej analizy zmienności form cyrkulacji atmosferycznej na podstawie klasyfikacji Wangenheima-Girsa. W analizie wykorzystano dwie miary frekwencji form cyrkulacji: 1. roczne liczby dni z formami cyrkulacji W, E i C (częstość nd), 2. roczne liczby epizodów poszczególnych form (Ne), tj. liczby okresów, w których przez kolejne dni w roku utrzymuje się dana forma. Wykonano ocenę wieloletnich zmian frekwencji form cyrkulacji na podstawie kumulowanych odchyleń częstości nd i Ne od średnich z okresu 1949-2015 oraz porównano frekwencję form cyrkulacji w trzech tzw. epokach cyrkulacyjnych: E+C (1950-1969), E (1970-1991) i W (1992-2015). Ponadto, analizowano zmiany frekwencji nd i Ne z roku na rok oraz następstwo występowania epizodów form W, E i C. W okresie 1949-2015 wydzielono 3 476 epizodów cyrkulacyjnych o średnim czasie trwania około siedmiu dni. W analizowanym okresie wzrastała znacząco częstość nd formy W, głównie wskutek wzrostu liczby epizodów (Ne). Skróceniu uległy natomiast epizody form E i C. Stwierdzono istotną, rosnącą tendencję rocznej liczby epizodów trzech form cyrkulacji Ne (W+E+C). Częstotliwość zmian form cyrkulacyjnych wzrosła szczególnie po roku 2003 (rys. 3). Istotne statystycznie różnice wystąpiły między frekwencją form cyrkulacji w trzech wyróżnionych podokresach – tzw. epokach cyrkulacyjnych. Największą zmienność można przypisać formom W i C. Największą inercją zmian czasowych wyróżnia się częstość formy W (tab. 3, 4, 5). Zmiany z roku na rok frekwencji form cyrkulacyjnych, jak i związki między zmianami rocznych częstości poszczególnych form wykazują stochastyczny charakter krótkookresowej zmienności form cyrkulacji atmosferycznej. Niemniej, w analizowanej próbie sześćdziesięciu sześciu zmian z roku na rok frekwencji nd i Ne znaleziono słabą zbieżność zmian częstości form W i C oraz E i C. Znaleziono także śladowo zaznaczoną tendencję, zgodnie z którą po epizodach formy E następują ze względnym nadmiarem epizody formy W, po epizodach W – epizody C, a po epizodach C – epizody E (rys. 4). W przeważającej liczbie przypadków (około 2/3 lat analizowanej serii) stwierdzono zbieżność względnej dominacji form W i C lub zbieżność dominacji form E i C (lata te oznaczono indeksami WWC, ECC i ECE, zob. tab. 10). Przedstawiono hipotezę, według której losowe zmiany form cyrkulacji mogą powodować powstawanie znaczących fluktuacji, obserwowanych w przebiegu częstości poszczególnych form (forma W nieznacznie sprzyja powstawaniu formy C, forma C sprzyja formie E itd., zob. rys. 8). Pole średniego ciśnienia, odpowiadające formom cyrkulacji W, E i C (rys. 6-11) wskazuje, że formie W odpowiada silnie pogłębiona depresja w strefie wysokich szerokości geograficznych nad Europą. Formom cyrkulacji południkowej E i C odpowiadają dodatnie anomalie ciśnienia, położone w pobliżu osi klinów na powierzchni 500 hPa (odpowiednio w pobliżu południków 40-50°E i 0-10°E). Podczas panowania formy E nad północno-wschodnią Europą kształtują się układy wyżowe; w zimie przybierające postać rozległego klina Wyżu Azjatyckiego. Podczas epizodów formy C wyż kształtuje się nad Europą Zachodnią; w sezonie letnim ma on postać klina Wyżu Azorskiego.The paper presents the results of a statistical analysis of the temporal variations in the occurrence of atmospheric circulation forms based on the Wangenghim-Girs classification. Two statistical measures of the occurrence of circulation forms are used: 1) annual frequency of circulation forms, i.e. the number of days with individual forms (nd); 2) annual frequency of circulation episodes (Ne). An episode denotes a period in which a sole form in successive days occurs. An assessment of long-term changes in frequencies of circulation forms is provided on the basis of cumulative deviations from averages of the period 1949-2015, and so in the comparison of the frequency of circulation forms in three so-called circulation epochs: E+C (1950-1969), E (1970-1991) and W (1992-2015). Moreover, the year to year changes in nd and Ne frequencies, and the succession of the circulation episodes of W, E and C forms were analyzed. In the 1949-2015 period 3 476 circulation episodes with average duration of ca. 7 days were identified. In the analyzed period, the nd frequency of the form W was significantly growing, mostly due to the rise of the number of W episodes. In contrast, the episodes of the E and C forms shortened. A remarkable rising tendency in the number of episodes of the three forms Ne (W+E+C) was also identified. The changeability of circulation form rose particularly after 2003 (fig. 3). Statistically significant differences were observed between the frequency of circulation forms in three identified sub-periods – the so called circulation epochs. The greatest variability may be attributed to the W and C forms. The greatest persistence in temporal changes characterizes the frequency of the W form (tab. 3, 4, 5). Year to year changes in frequencies of circulation forms, and relations between changes in yearly frequencies of particular forms demonstrate stochastic character of short-term variability of circulation patterns. However, in the analyzed sample of 66 year to year changes in nd and Ne frequencies a slight association in frequency changes of the W and C forms, and E and C forms was identified. Moreover, a detectable tendency was observed for the W form episodes to succeed with relative higher frequency the E form episodes, as the C form episodes succeed the W form episodes, and the E form episodes succeed the C form episodes (F=fig. 4). The majority of he analyzed cases (about 2/3 of the years in question) were characterized by the association of relatively dominant W and C forms, or the association of the E and C forms prevalence (these years were marked with WWC, ECC, and ECE indexes, see tab. 10). According to the hypothesis presented random changes in circulation forms may cause significant frequency fluctuations of particular forms (the C form occurs slightly frequently after the W form, and the E form after the C one, etc., see fig. 8). The average sea level pressure field, related to the W, E and C circulation forms (fig. 6-11) indicates that zonal W form is related to a deep depression in high latitudes over Europe. Meridional circulation forms E and C are related to the positive pressure anomalies located near the axes of ridges at the 500 hPa level (near to the 40-50°E and 0-10°E meridians respectively). During the prevalence of the E form over North-Eastern Europe highs are being formed, which take the shape of the spacious ridge of the Asian high in winter. During the C form episodes the high is being formed over Western Europe, and it takes shape of the ridge of the Azorian high in summer

Activity of Mediterranean Lows over Poland Versus Upper and Middle Tropospheric Circulation

Przedmiotem opracowania jest zbiór 351 niżów, które w latach 1958-2008 przemieściły się znad basenu Morza Śródziemnego nad obszar Europy Środkowo-Wschodniej. Wyróżniono 4 klasy trajektorii tych niżów: 46% z nich przemieszczało się szlakiem z południa przez obszar Polski (szlak centralny, C), 22% − szlakiem wschodnim (E), biegnącym na wschód od granic kraju, 10% − szlakiem zachodnim (W) przez Niemcy, a 22% niżów przemieszczało się w kierunku wschodnim przez kraje leżące na południe od Polski (szlak południowy, S). Ponad 2/3 niżów śródziemnomorskich wystąpiło w czasie panowania południkowego makrotypu E cyrkulacji środkowo-troposferycznej (wg klasyfikacji Vangengeima-Girsa). W latach 1958-2008 częstość niżów śródziemnomorskich wykazywała istotną tendencję malejącą: roczna liczba niżów zmniejszyła się o 3,7 w ciągu 51 lat, tj. o ½ średniej wartości wieloletniej (tab. 3). Stwierdzony trend zniżkowy niżów MEC jest zbieżny z oceną zmian częstości niżów przekraczających z południa na północ równoleżnik 52º N między 20 i 35ºE, ustaloną przez Seppa (2005, tab. 1). W okresie 1958-2008 spadła także znacząco liczba dni występowania makrotypu cyrkulacji E (spadek o 1/3 w ciągu 51 lat, tab. 3, rys. 4). Opady związane z działalnością niżów śródziemnomorskich zmalały w Polsce o 40% (tab. 3, rys. 5), zmniejszyła się także średnia zawartość wody opadowej w atmosferze nad Polską (tab. 3, rys. 6). Występowanie oraz trajektoria niżów śródziemnomorskich są związane z wyraźnie zaznaczającą się zatoką w polu izohips i długą falą cyrkulacji górnotroposferycznej na powierzchni izobarycznej 300 hPa nad środkową i zachodnią Europą. W południowej części tej zatoki, nieco na wschód od jej osi, występują maksima prędkości podzwrotnikowego prądu strumieniowego (rys. 7). We wschodnim skrzydle fali górnotroposferycznej rozwija się silna dywergencja, sprzyjająca aktywności niżów śródziemnomorskich, szczególnie na wschodnim torze ich wędrówki. Po zachodniej stronie fali powstaje konwergencja (rys. 8). Cyrkulacja górnotroposferyczna, także zgodnie z opiniami innych autorów (Ulbrich i in., 2003), jest głównym czynnikiem wpływającym na frekwencję i aktywność niżów śródziemnomorskich przemieszczających się nad Europą Środkowo-Wschodnią. Niże te stanowią potencjalne źródło ekstremalnie wysokich opadów oraz powodzi w Polsce i w krajach sąsiednich. Stwierdzono, że w analizowanym okresie częstość niżów śródziemnomorskich w Europie Środkowo-Wschodniej charakteryzowała się tendencją malejącą.351 cyclones that migrated from the Mediterranean Sea basin over the area of Central and Eastern Europe in the period 1958-2008 constitute the subject of the study. Those systems were grouped into 4 classes depending on their trajectories: 46% of them traveled meridionally crossing the territory of Poland (central track, C), 22% moved along the eastern route (E), east of the borders of the country, 10% migrated along the western track (W), across Germany and 22% of lows traveled eastward along trajectories situated south of Poland (southern route, S). More than 2/3 of the Mediterranean lows occurred during the presence of E meridional macro-circulation form in the middle troposphere (according to Vangengeim-Girs classification). The number of Mediterranean lows showed a significant downward trend in the period 1958-2008: the annual number of cyclones decreased by 3.7 within 51 years, i.e. approximately ½ of the long-term average (tab. 3). The observed downward trend of MECs is in accordance with Sepp's (2005) assessment concerning changes in frequency of lows crossing the 52ºN parallel between 20 and 35ºE on their way to the north (tab. 1). Number of days with E macro-circulation type also declined significantly in the period 1958-2008 (a decrease of 3.1 in 51 years, Tab. 3, Fig. 4). Precipitation associated with the activity of Mediterranean lows decreased in Poland by 40% (Table 3, Fig. 5). The average content of the precipitable water in the atmosphere over Poland also reduced (Tab. 3, Fig. 6). Location and trajectory of Mediterranean cyclones are associated with distinct trough and long wave developed at 300 hPa isobaric surface over central and western Europe. Jet streak is embedded in the subtropical jet stream in the southern part of that trough, just east of its axis (Fig. 7). In the eastern branch of the trough a strong divergence is present, enhancing the activity of Mediterranean cyclones, particularly those traveling along the eastern track (~Vb cyclones). Convergence is dominant in the western branch of the trough (Fig. 8). Upper-tropospheric circulation, as also other authors claim (e.g. Ulbrich et al., 2003), constitutes a major factor affecting frequency and activity of Mediterranean lows traveling through Central and Eastern Europe. These systems create favorable conditions for the formation of extremely high rainfall and floods in Poland and neighboring countries. It is found that the number of Mediterranean lows in Central and Eastern Europe declined in the analyzed period