The long-term course of the annual total sunshine duration in Europe and changes in the phases of the thermohaline circulation in the North Atlantic (1901-2018)

The current study was based on sunshine duration data from 13 European stations during 1901–2018. It was found that the variability in the annual total sunshine duration (SD) over Europe is related to the variability in the component of the surface thermohaline circulation in the North Atlantic (NA THC). Positive NA THC phases (the condition of the ‘warm’ North Atlantic) correspond to the periods of increased SD (brightening), while negative phases correspond to the periods of decreased SD (dimming). These relationships remain stable and statistically significant. The mechanism of these relationships is based on the influence of weakened or enhanced heat flow from the ocean to the atmosphere on the course of the mid-tropospheric circulation processes. In periods of positive thermohaline circulation in the North Atlantic (NA THC) phases, the share of long waves (macrotype W according to the Wangengejm–Girs classification) increases, with the occurrence of which the frequency of anticyclonic weather over Europe increases, whereas in the periods of negative NA THC phases, the share of shorter waves (macrotypes E and C) increases, with the occurrence of which the frequency of cyclonic (frontal) weather over Europe increases. It is characterised by increased layer cloud cover, limiting the SD. Thus, along with changes in the thermal condition of the North Atlantic, the structure of cloud cover over Europe changes and becomes a factor regulating long-term changes in the annual total SD

Wpływ znaku faz NAO w okresie zimowym na bilans wodny i możliwości wystąpienia suszy w ciepłej porze roku na obszarze Polski

The study shows that the change in the NAO phase has an impact on the formation of the area averages of the most important climatic elements during winter, with the exception of winter precipitation totals. An increase in air temperature, wind speed and sunshine duration, and a decrease in cloudiness and relative humidity during the occurrence of positive NAO phases lead to an increase in field evaporation. Evaporation in winter, calculated by Ivanov’s method, shows strong and highly significant positive correlation with the value of the winter NAO index. Thus, the water balance changes, negatively affecting the size of the soil retention. Changes in the NAO index in the winter period have such a strong influence on the water balance in Poland that their influence is detected in the course of the value of the total annual outflow of Polish rivers. Additionally, after the occurrence of a positive NAO phase in winter, in May and August the sums of precipitation (in August – highly significantly), cloudiness and relative humidity decrease, and sunshine duration increases. This is an inertial effect of the winter NAO of unidentified genesis. Both the increase in evaporation in winter and the delayed effect of winter NAO contribute to an increase in the probability of a drought in the summer following winter, during which the NAO sign was positive.W pracy wykazano, że zmiana fazy NAO wywiera wpływ na kształtowanie się średnich obszarowych najważniejszych elementów klimatycznych w okresie zimy, za wyjątkiem sum opadów. Wzrost temperatury powietrza, prędkości wiatru i usłonecznienia, a zmniejszenie się zachmurzenia i wilgotności względnej w czasie wystąpienia dodatnich faz NAO prowadzi do wzrostu parowania terenowego. Parowanie w okresie zimowym obliczone metodą Iwanowa wykazuje silne i wysoce istotne, dodatnie skorelowanie z wartością zimowego indeksu NAO. Tym samym dochodzi do zmian bilansu wodnego, negatywnie wpływających na rozmiar retencji gruntowej. Zmiany indeksu NAO w okresie zimowym na tyle silnie wpływają na bilans wodny na obszarze Polski, że wykrywa się ich wpływ w przebiegu wartości rocznego odpływu całkowitego rzek polskich. Dodatkowo, po wystąpieniu dodatniej fazy NAO w okresie zimowym, w maju i sierpniu zmniejszają się sumy opadów (w tym w sierpniu wysoce istotnie) oraz zachmurzenie i wilgotność względna, a rośnie usłonecznienie. Stanowi to inercyjny efekt działania zimowego NAO o niezidentyfikowanej genezie. Łącznie wzrost parowania w okresie zimowym i opóźnione działanie zimowego NAO przyczyniają się do zwiększenia prawdopodobieństwa wystąpienia suszy w okresie lata, następującego po zimie, w czasie której znak indeksu NAO był dodatni

Wpływ zmian temperatury wód w Bramie Farero-Szetlandzkiej na temperaturę powietrza w Arktyce (1950-2005)

Praca analizuje związki między wskaźnikiem charakteryzującym zasoby ciepła w wodach atlantyckich wprowadzanych do Prądu Norweskiego, a dalej przez Prąd Zachodniospitsbergeński i Prąd Nordkapski do Arktyki, a roczną temperaturą powietrza w Arktyce. Analizę związków przeprowadzono dla Arktyki jako całości oraz jej sektorów: atlantyckiego, syberyjskiego, pacyficznego kanadyjskiego i sektora Morza Baffina. Wykazano istnienie silnie rozciągniętych w czasie (od 0 do 9 lat opóźnienia) związków z temperaturą powietrza w całej Arktyce, potwierdzających istotny statystycznie wpływ zmian zasobów ciepła w wodach na zmiany temperatury powietrza w Arktyce. Związki regionalne wykazują silne zróżnicowanie – na wzrost zasobów ciepła niemal natychmiastowo reaguje temperatura powietrza w Arktyce Atlantyckiej, z 2–6 letnim opóźnieniem temperatura powietrza w Arktyce Kanadyjskiej. Związki z temperaturą powietrza w sektorach syberyjskim i pacyficznym nie przekraczają progu istotności statystycznej. Zmiany temperatury powietrza w sektorze Morza Baffina wyprzedzają w czasie zmiany zasobów ciepła w wodach atlantyckich wprowadzanych następnie do Arktyki. To ostatnie może stanowić przyczynę okresowości w przebiegu temperatury powietrza w niektórych częściach Arktyki i strefy umiarkowanej

Recent warming on Spitsbergen - influence of atmospheric circulation and sea ice cover

Spitsbergen has experienced some of the most severe temperature changes in the Arctic during the last three decades. This study relates the recent warming to variations in large-scale atmospheric circulation (AC), air mass characteristics, and sea ice concentration (SIC), both regionally around Spitsbergen and locally in three fjords. We find substantial warming for all AC patterns for all seasons, with greatest temperature increase in winter. A major part of the warming can be attributed to changes in air mass characteristics associated with situations of both cyclonic and anticyclonic air advection from north and east and situations with a nonadvectional anticyclonic ridge. In total, six specific AC types (out of 21), which occur on average 41% of days in a year, contribute approximately 80% of the recent warming. The relationship between the land-based surface air temperature (SAT) and local and regional SIC was highly significant, particularly for the most contributing AC types. The high correlation between SAT and SIC for air masses from east and north of Spitsbergen suggests that a major part of the atmospheric warming observed in Spitsbergen is driven by heat exchange from the larger open water area in the Barents Sea and region north of Spitsbergen. Finally, our results show that changes in frequencies of AC play a minor role to the total recent surface warming. Thus, the strong warming in Spitsbergen in the latest decades is not driven by increased frequencies of “warm” AC types but rather from sea ice decline, higher sea surface temperatures, and a general background warming

Long-term fluctuations of annual discharges of the main rivers in Poland and their association with the Northern Atlantic Thermohaline Circulation

Praca dotyczy przyczyn występowania multidekadowej zmienności średnich rocznych przepływów największych rzek Polski (Wisła, Bug, Odra, Warta). Taka zmienność powoduje, że w wieloletnich przebiegach przepływów rocznych zaznaczają się zmiany znaków trendów (z dodatnich na ujemne i odwrotnie). Przyczyną jest długookresowa zmienność składowej powierzchniowej cyrkulacji termohalinowej na północnym Atlantyku (NA THC – Northern Atlantic Thermohaline Circulation), która, poprzez wymuszanie zmian charakteru cyrkulacji atmosferycznej, reguluje zmienność temperatury powietrza nad Europą Środkową. Podczas występowania dodatnich faz NA THC przepływy roczne rzek maleją, zmniejsza się również zakres zmienności międzyrocznej oraz rośnie prawdopodobieństwo wystąpienia przepływów niskich. W okresie ujemnych faz NA THC przepływy rosną i rośnie zakres ich zmienności. Przeciętne różnice przepływów rocznych między okresami z występowaniem dodatnich a ujemnych faz NA THC wynoszą około 10%. Wzrost temperatury powietrza w czasie dodatnich faz NA THC, silny zwłaszcza w kwietniu, lipcu i sierpniu, powoduje wzrost ewapotranspiracji w zlewniach, co zmniejsza wartości odpływu. Nie można wykluczyć, że zmienność NA THC w znaczącym stopniu wpływa również na częstość występowania susz w Polsce

Zmierzone parowanie potencjalne we Wrocławiu a parowanie terenowe obliczone za pomocą wskaźnika Iwanowa (1961–2020)

The study shows that the variability of field evaporation sums (Ev) calculated using the Ivanov formula from monthly series of air temperature and relative humidity from the IMWM-PIB Wrocław-Strachowice station relatively accurately reproduces the variability of the potential evaporation values measured in the Agro- and Hydrometeorology Wrocław-Swojec Observatory of the Wrocław University of Environmental and Life Sciences. The largest absolute errors in the estimated monthly Ev values are affected in the period from April to August (±11.7–14.8 mm), and the lowest from November to February (±4.8–10.6 mm). In the cool half-year (October–March), the Ev estimation gives “area-averaged” evaporation values close to reality with an error of about ±24–25 mm, and in the warm half-year (April–September) with an error of ±54–55 mm. In the case of estimated annual evaporation sums, Ivanov’s formula has an average error of about75 mm, which is about 10–12% of this value. The most important factor contributing to the differences between the observed Ev in Wrocław-Swojec and the estimated Ev in Wrocław-Strachowice are the differences in monthly values of relative humidity between these stations (up to 10%). The obtained results allow for the conclusion that the sums of evaporation calculated by Ivanov’s method, especially the annual sums, can be reliably used for various types of hydrological calculations, including the estimation of the climatic water balance in Poland.W pracy wykazano, że zmienność sum parowania terenowego (Ev) obliczonych za pomocą formuły Iwanowa z miesięcznych szeregów temperatury powietrza i wilgotności względnej ze stacji IMGW-PIB Wrocław-Strachowice względnie dokładnie odtwarza zmienność wartości parowania potencjalnego mierzonych w Obserwatorium Agro- i Hydrometeorologii Wrocław-Swojec Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Obliczone miesięczne sumy Ev są obarczone największymi błędami bezwzględnymi w okresie od kwietnia do sierpnia (±11,7–14,8 mm), a najmniejszymi – w okresie od listopada do lutego (±4,8–10,6 mm). W półroczu chłodnym (październik–marzec) estymacja Ev daje „obszarowo” zbliżone do rzeczywistości wartości parowania z błędem około ±24–25 mm, a w półroczu ciepłym (kwiecień–wrzesień) z błędem ±54–55 mm. W przypadku szacowanych rocznych sum parowania formuła Iwanowa obarczona jest przeciętnym błędem około75 mm, co stanowi około 10–12% tej wielkości. Najważniejszym czynnikiem stanowiącym przyczynę różnic między zmierzonymi Ev we Wrocławiu-Swojcu i estymowanymi Ev we Wrocławiu-Strachowicach są różnice w miesięcznych wartościach wilgotności względnej między tymi stacjami (do 10%). Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że obliczane metodą Iwanowa sumy parowania, zwłaszcza sumy roczne, można z dużą wiarygodnością stosować do różnego rodzaju obliczeń hydrologicznych, w tym do szacowania klimatycznego bilansu wodnego na obszarze Polski

Structure of bryozoan communities in an Antarctic glacial fjord (Admiralty Bay, South Shetlands)

Bryozoans are among the most important groups of the Southern Ocean benthic macrofauna, both in terms of species richness and abundance. However, there is a considerable lack of ecological research focused on their distribution patterns and species richness on smaller scale, especially in the soft bottom habitats of Antarctic glacial fjords. The aim of this study was to describe those patterns in the Admiralty Bay. Forty-nine Van Veen grab samples were collected at the depth range from 15 to 265 m, in the summer season of 1979/1980, at three sites distributed along the main axis of the fjord. Among 53 identified species of bryozoans, 32 were recorded in the Admiralty Bay for the first time. The most common and abundant species were Himantozoum antarcticum, Inversiula nutrix and Nematoflustra flagellata. Genera such as Arachnopusia, Cellarinella and Osthimosia were the most speciose taxa. It was demonstrated that depth was important for the distribution of the bryozoans. More than half of the recorded species were found only below 70 m. An influence of glacial disturbance was reflected in the dominance structure of colony growth-forms. The inner region of the fjord was dominated almost entirely by encrusting species, while the diversity of bryozoan growth-forms in less disturbed areas was much higher. In those sites the highest percentage of branched, tuft like species represented by buguliform and flustriform zoaria was observed.The study was supported by a grant of Polish Ministry of Science and Higher Education No. 51/N-IPY/2007/0 as well as Census of Antarctic Marine Life Project. Krzysztof Pabis was also partially supported by University of Lodz internal funds. This research was also supported by the Polish Geological Institute-National Research Institute during the realization of the project numbered 40.2900.0903.18.0 titled “Bryozoan assemblage of Admiralty Bay—richness, diversity and abundance.” Urszula Hara is deeply grateful to Leszek Giro (Micro-area Analyses Laboratory at the Polish Geological Institute-National Research Institute, Warsaw), for providing SEM assistance during the project. We also want to thank two anonymous reviewers for their suggestions that helped us improve this article. Thanks are also due to Magdalena Błażewicz-Paszkowycz for language correction and polishing the final version of the manuscript

The negative trend of annual precipitation sum at the Arctowski Station (King George Island, South Shetland Islands, West Antarctica)

The paper treats variabiliry of annual precipitation sum registred at the Arctowski Station for the 1978-1996 time period. The annual sum of precipitation show a big variability, its to possible to distinguish three periods in their course. For the period 1978-1985 mean annua1 precipitation sum amounted 560 mm (δn = 26 mm), for the next period (1986-1989) precipitation sum was characterised by a very strong variability (min = 377, max = 630 mm) mean precipitation sum amounted 472 mm,where δn = 95.4 mm. For the last, third period (1990-1996) mean precipitation sum amounted 456 mm (o n = 26.1 mm) (tab. l, fig. 1). Occurrence of strong periodicty every 6.0, 2.0, 4.50, 2.57 and 9.0 years has been found for the course of annual precipitation sum (fig. 2). Also, the spectrum analysis of a course of monthly precipitation sum in March (maximum of precipitation) and August (minimum of precipitation) has been led. Analysis showed the existence strong common periodicity (for annual and month sum: maximum and minimum) every 2.00, 3.60 and 6.00 years. Analysis of amplitudes and phases of periodicity do not explain the occurrence of so big variability of observed precipitation sum. The strong negative trend of annual precipitation sum, significant from the statistic point of view occurs here (fig. 3, formula l). Negative trends were also found in: the course of mean monthly precipitation sum for 8 from 12 monts of a year (the strongest and significant in February), in the course of number of days with measurable precipitation, in the mean annual twenty-four-hours precipitation sum. The negative trend of precipitation sum at Arctowski Station is not conformable to signalised (Ackley S., Bentley C., Foldvik A., Clarke A., King J, Priddle J. 1996.) positive trend of precipitation sum, which appears on the west coast of the Antarctic Peninsula. The examination of relation between precipitation sum at the Arctowski Station with walues of SOI shows, that the strongest relations between annual and maximum precipitation sum in a given year appears with one year delay (SOI of the previous year - precipitation of the present year), whereas in case of minimum sum the strongest relation appears with three years defay (tab. 2). The significant relation between monthly precipitation sum at the Arctowski Station and values of SOI appears in January and February (fig. 4, the strongest correlation with values of SOI are the end of winter and spring of the previous year). The negative trend of SOI correspond with the negative annual precipitation sum at the Arctowski Station. The observed environmental results, which confirms decrease of precipitation sum at the Arctowski Station has been shortly discussed (decrease of fields of permanent snow, disapperance of lakes and seasonal streams, drying of seashore terraces, hastening of ablation of glaciers ice from a surrounding glaciers, hastening of deglaciation processes)