The influence of the horizontal component of the atmospheric circulation on the convection over Poland

Abstract

Konwekcja to jeden z najważniejszych procesów wpływających na kształtowanie warunków pogodowych. Celem niniejszej rozprawy było określenie wpływu składowej poziomej cyrkulacji atmosferycznej na rozwój konwekcji nad Polską. Sformułowano hipotezę, że składowa pozioma cyrkulacji atmosferycznej wpływa w istotny sposób na konwekcję nad Polską w warunkach termiki naniesionej, a wpływ ten zaznacza się poprzez zmianę siły i potencjału procesów konwekcyjnych. W badaniach realizowanych na potrzeby niniejszej rozprawy wykorzystano różnorodne materiały źródłowe odnoszące się do rozwoju konwekcji oraz panujących warunków cyrkulacyjnych. Charakter oraz siła konwekcji zostały określone na podstawie wyników sondaży aerologicznych z godziny 12 UTC, przeprowadzanych na jedenastu stacjach aerologicznych (trzech polskich i ośmiu zagranicznych) w latach 2000-2015. Wykorzystano obliczone na podstawie danych aerologicznych wartości siedemnastu wskaźników konwekcyjnych przekazujących informacje na temat różnorodnych aspektów konwekcji, m.in. jej potencjału rozwoju, siły, chwiejności atmosfery, ryzyka powstawania niebezpiecznych zjawisk pogodowych związanych z konwekcją czy możliwości wystąpienia opadów konwekcyjnych. Składowa pozioma cyrkulacji atmosferycznej została określona na podstawie wartości ciśnienia atmosferycznego zredukowanego do poziomu morza, pochodzących z reanaliz NCEP/NCAR. Wykorzystując autorskie algorytmy komputerowe dokonano analizy zróżnicowania przestrzennego oraz zmienności konwekcji podczas różnych warunków cyrkulacyjnych. Określono istotne statystycznie zależności zmian właściwości konwekcji odzwierciedlanych przez wskaźniki konwekcyjne od charakteru cyrkulacji atmosferycznej, kierunku adwekcji i typu cyrkulacji. Stwierdzono, że największy potencjał rozwoju konwekcji oraz siła procesów konwekcyjnych są związane z cyrkulacją cyklonalną, a najmniejsze – z antycyklonalną. Wykazano, że napływ mas powietrznych z sektora zachodniego i południowego skutkuje wzrostem chwiejności atmosfery oraz siły procesów konwekcyjnych, a adwekcja ze wschodu (zwłaszcza zimą) przyczynia się do zwiększenia stabilności atmosfery. Zwrócono uwagę na różnice wynikające z uwarunkowań fizycznogeograficznych, np. opóźnienie rocznego maksimum ilości energii potencjalnej dostępnej konwekcyjne na wybrzeżu Morza Bałtyckiego w porównaniu do obszarów śródlądowych. Potwierdzono postawioną hipotezę badawczą, udowadniając, że zarówno potencjał jak i siła konwekcji ulegały istotnym zmianom w zależności od składowej poziomej cyrkulacji atmosferycznej w warunkach termiki naniesionej.Convection is one of the most important processes shaping weather conditions. The goal of this dissertation was to determine the influence of the horizontal component of the atmospheric circulation on the development of the convection over Poland. The following hypothesis has been formulated: the horizontal component of the atmospheric circulation significantly influences the convection over Poland during the situation with advective thermals and that influence appears due to changes in strength and potential of convective processes. In researches conducted for the purpose of this dissertation various source materials regarding convection development and atmospheric circulation conditions were used. The character and strength of the convection were determined on the basis of the atmospheric soundings from 12 UTC, performed at eleven sounding stations (three Polish and eight foreign ones) in years 2000-2015. All values of seventeen convective indices, calculated from the sounding data were used, each of them containing information about different aspects of convection, i.e. its potential, strength, atmosphere buoyancy, the risk of convection-dependent severe weather phenomena or the possibility of convective precipitation. The horizontal component of atmospheric circulation has been determined on the basis of the sea level pressure acquired from the NCEP/NCAR reanalysis. The analysis of the spatial distribution and the variability of the convection during various circulation conditions was performed using authorial computer algorithms. Statistically significant changes in convection properties reflected by those convective indices related to the character of the atmospheric circulation, direction of the advection and circulation type were established. It has been concluded that the biggest potential of the convection development and the strength of the convection are related to the cyclonic circulation, while the smallest – to the anticyclonic circulation. It also has been demonstrated that the advection of the air masses from the western and southern quadrants results in increased buoyancy of the atmosphere and the strength of convective processes, while the advection from the East (especially in Winter) causes increased stability of the atmosphere. The differences caused by some physical-geographical factors have been noticed, i.e. delay in the annual maximum of the convective available potential energy at the shore of the Baltic Sea in comparison to the inland areas. The research hypothesis has been confirmed, proving that both the potential and strength of the convection were significantly modified by the horizontal component of the atmospheric circulation during the situation with advective thermals