Air temperature changes in the Arctic from 1801 to 1920

In this paper, the results of an investigation into the thermal conditions in the Arctic in the period from 1801 to 1920 are presented. For this ‘early instrumental’ period limited meteorological data exist. Generally, the first meteorological stations in the Arctic were established in the second half of the 19th century and almost all of them were located in the coastal parts of Greenland. In order to get at least a rough idea of thermal conditions in the Arctic in the study period, data from different land and marine expeditions were collected. A total of 118 temperature series of monthly means have been gathered. Although the area and time periods covered by the data are variable, it is still possible to describe the general character of the temperature conditions. The results show that the areally averaged Arctic temperature in the early instrumental period was 0.8 °C lower than the next 60-year period (1861–1920). In comparison to present-day conditions, winter and autumn were significantly colder (winter by 1.6 °C and autumn by 0.9 °C) than were summer (colder by 0.4 °C) and spring (colder by only 0.2 °C). The air temperature in the real Arctic during the first International Polar Year (IPY) was, on average, colder than today by 1.0–1.5 °C. Winter was exceptionally cold with the average temperature being lower by more than 3 °C in all months except February. On the other hand, spring (March–May) was slightly warmer than today, and April was exceptionally warm (1.1 °C above present norm). The temperature differences calculated between historical and modern mean monthly temperatures show that majority of them lie within one standard deviation (SD) from present long-term mean. Thus, it means that the climate in the early instrumental period was not as cold as some proxy data suggest

Ocena dokładności stosowanych metod obliczania średnich i ekstremalnych dobowych wartości temperatury powietrza w Arktyce Amerykańskiej w XIX wieku

W artykule omówiono różne metody obliczania średnich dobowych temperatury powietrza w Arktyce Amerykańskiej w XIX wieku. Oceniono dokładność stosowania tych metod biorąc pod uwagę jako średnią wzorcową tzw. średnią dobową rzeczywistą temperaturę powietrza obliczaną z 24 danych cogodzinnych. Drugim problemem badawczym, który podjęto w artykule, jest oszacowanie wielkości błędów jakie się popełnia wybierając z różnych zbiorów danych godzinowych (co 1-, 2-, 3-godziny itd.) najwyższe i najniższe dobowe temperatury powietrza. Jako wzorzec w tym przypadku wykorzystano wartości temperatur maksymalnych i minimalnych powietrza odczytane z termometrów ekstremalnych. Podobną analizę przeprowadzono także dla amplitudy dobowej temperatury powietrza. Dla wszystkich analizowanych parametrów termicznych i dla wszystkich metod obliczania/wyznaczania średnich dobowych temperatury powietrza i temperatur ekstremalnych obliczono m. in. przeciętne błędy estymacji ich średnich miesięcznych wartości

Atmospheric pressure changes in the Arctic from 1801 to 1920

In this article, the results of an investigation into the atmospheric pressure conditions in the Arctic in the period from 1801 to 1920 are presented. For this period, which can be described as ‘early instrumental’, limited meteorological data exist from a network of regular stations. As a result, in order to get at least a rough idea of pressure conditions in the Arctic in the study period, data from different land and marine expeditions were collected. A total of 94 pressure series of monthly means have been gathered, the duration of which is usually less than 2 years. While the area and time periods covered by the data are variable, it is still possible to describe the general character of the pressure conditions. The results show that the areally averaged Arctic pressure in the early instrumental period (1861–1920) was 0.8 hPa lower than today (1961–1990). Lower values of atmospheric pressure were also observed in all study regions, excluding the Atlantic. The greatest negative differences (−2.1 hPa) have been found for the Canadian Arctic. The greatest changes between the historical and present times were noted in all winter months and in winter as a whole (−1.9 hPa), while in summer and autumn they were very small and their average differences came to −0.1 and −0.2 hPa, respectively. Comparison of historical and contemporary annual courses of atmospheric pressure in the whole of the Arctic and in its particular regions reveals general consonance. There is evidence to show that changes in Arctic atmospheric pressure during the whole study period were insignificant. Atmospheric pressure in the first International Polar Year (IPY) period (September 1882 to July 1883) was, on average, 1.4 hPa higher than in modern period (1961–1990). The greatest positive seasonal differences between historical and contemporary pressure values occurred in autumn (2.6 hPa), while the lowest were in winter (only 0.2 hPa). Spatial patterns of average annual and seasonal atmospheric pressure in the Arctic were very similar to present day ones. The pressure differences calculated between historical and modern mean monthly values show that almost all of them lie within one standard deviation from present long-term mean (1961–1990). Thus, this means that the atmospheric pressure in the early instrumental period was not significantly different to that of the present day. Recent, commonly used gridded datasets of the sea level atmospheric pressure (HadSLP2 and the 20th Century Reanalysis Project) reveal quite a large positive bias in the period 1850–1920 in comparison to the real data from the instrumental observations

Reanaliza NCEP/NCAR i możliwości jej wykorzystania do badań rozkładu przestrzennego temperatury powietrza w Arktyce i Subarktyce Amerykańskiej

Dane gridowe (2,5x2,5°) z reanalizy NCEP/NCAR (Kalnay i in. 1996, Kistler i in. 2001) o różnej rozdzielczości czasowej (terminowe, dobowe i miesięczne) są obecnie coraz powszechniej wykorzystywane w klimatologii, szczególnie w przypadkach, kiedy dane ze stacji meteorologicznych nie są dostępne. Dla obszarów polarnych mogą być one bardzo przydatne, gdyż sieć stacji jest tu bardzo rzadka, co powoduje, iż odległości pomiędzy sąsiednimi punktami pomiarowymi sięgają setek kilometrów. Przed wykorzystaniem tych danych do różnych badań należy jednak sprawdzić ich poprawność i wiarygodność. Najlepiej to zrobić poprzez ich porównanie z istniejącymi obserwacjami dla stacji meteorologicznych. Vízi i Przybylak (2006) zbadali, które bazy danych (reanaliza NCEP/NCAR, dane gridowe 0,5x0,5 i 5x5 stopni, Global Historical Climatology Network /GHCN/ i Adjusted Historical Canadian Climate Database /AHCCD/) i metody interpolacji przestrzennej (np. metody krigingu, liniowa regresja przestrzenna, metoda ważonych odwrotnych odległości) są najwiarygodniejsze do przedstawienia współczesnych warunków klimatycznych na badanym obszarze. Stwierdzili, że wpływ wyboru metody interpolacji na rozkład przestrzenny temperatury powietrza w Arktyce i Subarktyce Amerykańskiej jest niewielki. Okazało się natomiast, że spośród wszystkich analizowanych baz danych najgorsze wyniki (najczęściej znacznie zaniżone wartości temperatury) uzyskano dla danych wziętych z reanalizy NCEP/NCAR dlatego też temat ten zdecydowano się przedstawić bardziej szczegółowo w niniejszym opracowaniu

Homogenisation of seasonal and annual air temperature series from Bydgoszcz and Toruń

Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie wyników prac dotyczących homogenizacji serii średnich sezonowych i rocznych temperatur powietrza z Bydgoszczy (1851-1990) oraz średnich rocznych temperatur powietrza z Torunia (1921-1990). Serie temperatury powietrza z Bydgoszczy i z Torunia zostały zhomogenizowane przy użyciu testów opartych na metodach statystyki przestrzennej (test Alexanderssona oraz test opracowany przez Vincent). Do sprawdzenia jednorodności badanej serii danych potrzebne jest porównanie jej z ciągami danych z innych stacji (tzw. referencyjnych) należących do tego samego regionu klimatycznego i charakteryzujących się jednocześnie wysoką korelacją z badaną stacją. W zbiorze tych stacji powinny znaleźć się jednak także stacje zagraniczne, gdyż ich obecność pozwala wyeliminować wpływ zmian wprowadzonych jednocześnie na obszarze danego kraju, np. zmian metod obliczania średnich wartości lub zmian używanych instrumentów. Do homogenizacji serii temperatury z Bydgoszczy zostały wykorzystane serie temperatury z Gdańska, Helu, Warszawy, Berlina i Pragi. W przypadku Torunia wykorzystano oprócz wyżej wymienionych stacji także wcześniej zhomogenizowaną serię z Bydgoszczy. 1. Jednoczesne zastosowanie dwóch różnych testów dało podobne wyniki odnośnie do miejsc zerwania jednorodności badanych serii termicznych z Bydgoszczy i z Torunia. Takie podejście badawcze powiększa wiarygodność uzyskanych wyników. 2. Pierwsze zerwanie jednorodności w serii rocznej temperatury z Bydgoszczy rzędu 0,4°C stwierdzono od 1887 r. Jego przyczyną była prawdopodobnie zmiana lokalizacji stacji. Ponownie jednorodność analizowanej serii została zerwana od 1971 r., co należy wiązać ze zmianą godzin wykonywania obserwacji meteorologicznych oraz jednoczesną zmianą obliczania średnich dobowych wielkości. Wartość wprowadzonej poprawki wyniosła 0,5°C. 3. Seria z Torunia wykazała, podobnie jak seria bydgoska, dwa miejsca zerwania jednorodności, które wystąpiły jednak w innych latach, a mianowicie od r. 1947 (poprawka -0,2°C) i od 1977 r. (0,2°C). W pierwszym przypadku niejednorodność serii wywołana została przeniesieniem stacji meteorologicznej, a w drugim najprawdopodobniej była związana z rosnącą zabudową wokół stacji, głównie w latach siedemdziesiątych