The relationship between air and soil temperature as a local indicator of climate change in a small agricultural catchment

• Autorzy: Hejduk A.J. , Hejduk L. , Jozwik K.

Warianty tytułu

PL

Relacje pomiędzy temperaturą powietrza i gleby jako lokalny wskaźnik zmian klimatu w małej zlewni rolniczej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of the study The aim of the study was to identify the trends in changes in air and soil temperature and their relationship, as well as to investigate if short data set can be an indicator of local climate change. Material and methods The study was based on the data of air and soil temperature collected between 2009 and 2015 at Czarna gauging station. It includes calculation of the average daily, monthly, semi-annual and annual air and soil temperature at particular depths of the soil profile. Monthly average values were used to determine the relationship between air and soil temperature. Based on the maximum air temperature, the number of frost, cold, cool, warm, hot and very hot days was calculated, according to the methodology provided by the Polish Climate Atlas. The basic statistical measures, trends in temperature change and linear regression were determined, as well as the statistical significance of equation coefficients using the Student’s t-test. Results and conclusions The study shows a statistically significant increasing trend in average air temperature in summer. The annual average and winter average air temperature demonstrate an statistically insignificant increasing trend. The number of frost days shows a decreasing trend, contrary to the number of cold and very hot days. The average soil temperature appears to be increasing for the surface layer. The monthly distribution of average soil temperature corresponds with the monthly distribution of average air temperature. There is a strong relationship between air temperature and soil temperature.

PL

Cel pracy Celem pracy było rozpoznanie trendów zmian temperatury powietrza i temperatury gleby oraz ich wzajemnych zależności, jak również sprawdzenie, czy krótkie ciągi danych pomiarowych mogą być wskaźnikiem lokalnych zmian klimatu. Materiały i metody Podstawę obliczeń stanowiły dane pomiarowe temperatury powietrza oraz gleby na czterech głębokościach profilu glebowego, gromadzone z dziesięciominutowym krokiem czasowym na stacji w Czarnej w latach 2009–2015. Na podstawie posiadanych danych obliczono minimalną, maksymalną i średnią dobową temperaturę powietrza oraz gruntu na poszczególnych głębokościach profilu glebowego w ujęciu dobowym, miesięcznym, półrocznym i rocznym. Wartości średnie miesięczne posłużyły do wyznaczenia zależności pomiędzy temperaturą powietrza i gleby na poszczególnych głębokościach. W oparciu o temperaturę maksymalną powietrza obliczono liczbę dni mroźnych, zimnych, chłodnych, ciepłych, gorących i upalnych, zgodnie z metodyką podaną w Atlasie Klimatu Polski. Wyznaczono trendy zmian temperatury i regresję liniową. Zarówno w przypadku trendów jak i równań regresji liniowej sprawdzono istotność statystyczną współczynników równań przy zastosowaniu testu t–Studenta. Wyznaczono też podstawowe miary statystyczne. Wyniki i wnioski Wykazano istnienie statystycznie istotnego trendu rosnącego średniej temperatury powietrza w półroczu letnim. Średnia temperatura powietrza w zimie oraz w ujęciu rocznym również wykazuje tendencję wzrostową, lecz trend nie jest istotny statystycznie. Liczba dni mroźnych wykazuje tendencję malejącą, w przeciwieństwie do liczby dni zimnych i upalnych. Liczba dni gorących w badanym okresie pozostawała na podobnym poziomie. Średnia temperatura gleby wykazuje tendencję wzrostową dla w warstwy powierzchniowej, natomiast w warstwach głębszych zmienność temperatury jest bardziej zróżnicowana. Miesięczny rozkład średniej temperatury gleby jest zbieżny z miesięcznym rozkładem średniej temperatury powietrza. Wykazano związek pomiędzy temperaturą powietrza, a temperaturą wierzchnich warstw gleby.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.161-175,fig.,ref.

Twórcy

autor

Hejduk A.J.

• Water Center Laboratory, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw, Poland

autor

Hejduk L.

• Faculty of Civil and Envirnonmental Engineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159, 02-787 Warsaw, Poland

autor

Jozwik K.

• Faculty of Civil and Envirnonmental Engineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159, 02-787 Warsaw, Poland

Bibliografia

• Banasik, K. (1994). Model sedymentogramu wezbrania opadowego w małej zlewni rolniczej. Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
• Banasik, K., Hejduk, L. (2013). Flow Duration Curves for Two Small Catchments with Various Records in Lowland Part of Poland. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 287–300.
• Banasik, K., Hejduk, L., Hejduk, A., Kaznowska, E., Banasik, J., Byczkowski, A. (2013). Long-term variability of runoff from a small catchment in the region of the Kozienice Forest. Sylwan, 157(8), 578–586.
• Barman, D., Kundul, D.K.,, Soumen, Pal, Susanto, Pal, Chakraborty, A.K., Jha, A.K., Mazumdar, S.P., Saha, R., Bhattacharyya, B. (2017). Soil temperature prediction from air temperature for alluvial soils in lower IndoGangetic plain. International Agrophysics, 31, 9–22.
• Biernacka, B. (2010). Półempiryczne równanie opisujące naturalne pole temperatury gruntu w rejonie Białegostoku. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockie, 1, 5–9.
• Bochenek, W., Dedo, J., Marczewski, W. (2013). Zróżnicowanie długości i warunków termicznych okresu wegetacyjnego na obszarze Beskidów i Pogórzy w latach 2001–2011 na podstawie danych zgromadzonych w bazie GLDAS. Monitoring Środowiska Przyrodniczego, 14, 79–85.
• Byczkowski, A., Banasik, A., Hejduk, L., Mandes, B. (2001). Wieloletnie tendencje zmian procesów opadu i odpływu w małych zlewniach nizinnych (na przykładzie rzeki Zagożdżonki). W: Dynamika obiegu wody w zlewniach rzecznych, red. J. Jaworski i J. Sekutnicki, PTG IMGW Warszawa, 43–52.
• Bryś, K. (2008). Wieloletni wpływ pokrywy roślinnej na termikę gleby. Acta Agrophysca, 12(1), 39–53.
• Cebulak, E., Limanówka D. (2007). Dni z ekstremalnymi temperaturami powietrza. W: Piotrowicz K., Twardosz R. (red.), Wahania klimatu w różnych skalach przestrzennych i czasowych. Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej, UJ Kraków, 185–194.
• Czarnecka, M. (2012). Częstość występowania i grubość pokrywy śnieżnej w Polsce. Acta Agrophysica, 19(3), 501–514.
• Czarnecka, M., Nidzgorska-Lencewicz, J. (2017). Zmienność termicznej zimy w Polsce w latach 1960–2015. Acta Agrophysica, 24(2), 205–220.
• Fang, X., Luo, S., Lyu, S.(2019). Observed soil temperature trends associated with climate change in the Tibetan Plateau, 1960–2014. Theoretical and Applied Climatology, 135,169–181.
• Hejduk, A. Hejduk, L. (2014). Thermal and snow conditions of winters and winter floods on example of Zagożdżonka River. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Land Reclamation, 46(1), 3-15, DOI: 10.2478/sggw-2014-0001
• Hejduk, L., Banasik, K., Hejduk, A. (2010). Monitoring of water quantity and quality for small catchment. Hydrologia w inżynierii i gospodarce wodnej. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, 68, 401–409.
• Hejduk, L., Hejduk, A, Banasik, K. (2015). Determination of Curve Number for snowmelt-runoff floods in a small catchment changes in flood risk and perception in catchments and cities. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences (IAHS), 370, 167–170 .
• IMGW (2015). Monitoringu Klimatu Polski.
• IMGW (2015). Biuletyn Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej.
• Jóźwik K. (2019). Zmienność temperatury powietrza i gleby na stacji w Czarnej w latach 2009–2015, SGGW, praca dyplomowa.
• Jungqvist G., Oni S.K., Teutschbein C., Futter M.N. (2014). Effect of climate change on soil temperature in Swedish boreal forests. PLOS ONE 9(4): e93957. DOI:10.1371/ journal.pone. 009395
• Kossowska-Cezak, D. (2010). Fale upałów i okresy upalne – metody ich wyróżniania i wyniki zastosowania. Prace Geograficzne, zeszyt 123, Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, Kraków, 143–14.
• Koźmiński, C., Michalska, B. (2011). Zmienność liczby dni zimnych, chłodnych, ciepłych, gorących i upalnych w Polsce w okresie kwiecień–wrzesień. Przegląd Geograficzny, 83, 1, 91–107.
• Kruk, E., Malec, M., Klatka, S., Brodzińska-Cygan, A. (2018). Concept of soil temperature coefficient for determining spatial distributio n of soil temperature. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 17(2), 95–103. DOI: http://dx.doi.org/10.15576/ASP.FC/2018.17.2.95
• Linderholm, H. (2006). Growing season changes in the last century. Agricultural and Forest Meteorology 137, 1–14.
• Lorenc, H. (red.).(2005). Atlas klimatu Polski, Warszawa: IMGW.
• Lorenc, H. (2000). Termiczno-opadowa ocena klimatycznych sezonów roku w Polsce oraz ich tendencje czasowo-przestrzenne. Projekt badawczy 9, IMGW, raport syntetyczny.
• Marosz, M., Wójcik, R., Biernacik, D., Jakusik, E., Pilarski, M., Owczarek, M., Miętus, M. (2011). Zmienność klimatu Polski od połowy XX wieku. Rezultaty projektu KLIMAT, Prace i Studia Geograficzne, 47, 51–66.
• Michalska, B. (2009). Variability of air temperature in North western Poland. in Z. Szwejkowski (red.), Environmental aspects of climate change, UW-M, Olsztyn, 89–107.
• Michalska, B. (2011). Tendencje zmian temperatury powietrza w Polsce. Prace i Studia Geograficzne 2011, 47, 67–75.
• Mularz, S., Wróbel, A. (2003). Badanie rozkładu temperatury powierzchni terenu z wykorzystaniem zobrazowań termowizyjnych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii Teledetekcji. Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich, 441–450.
• Nieróbca, A., Kozyra, J., Mizak, K., Wróblewska, E. (2013). Zmiana długości okresu wegetacyjnego w Polsce, Woda – Środowisko - Obszary Wiejskie, 81–94.
• Oni, S., Mieres, F., Futter, M., Laudon, H. (2017). Soil temperature responses to climate change along a gradient of upland–riparian transect in boreal forest. Climatic Change, 143, 27–41
• Peano, D., Materia, S., Collalti, A., Alessandri, A., Anav, A., Bombelli, A., Gualdi, S. (2019). Global variability of simulated and observed vegetation growing season. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 124. https://doi.org/10.1029/2018JG004881
• Pralińska, M., Praliński, J. (2003). Badania statystyczne z Excelem. Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
• Rojek, E., Usowicz, B. (2018). Zmienność przestrzenna temperatury gleby w Polsce. Acta Agrophisica, 25 (3), 289–305.
• Szyga-Pluta, K. (2018). Roczna i dobowa zmienność temperatury gruntu na polanie śródleśnej w Wielkopolskim Parku Narodowym. Prace Geograficzne, 155, 69–83.
• Tomczyk, A., Szyga-Pluta, K. (2016). Okres wegetacyjny w Polsce w latach 1971–2010. Przegląd Geograficzny, 88, 1, 75–86.
• Trepińska J. (2001). Fluktuacje termiczne w Europie od małej epoki lodowej do końca XX wieku. Prace i Studia Geograficzne, 29, 73–76.
• Wojkowski, J., Skowera, B. (2017). Związek temperatury gleby z temperaturą powietrza w warunkach Jurajskiej Doliny Rzecznej. Inżynieria Ekologiczna, 18, 1, 18–26.
• WMO. (2018). Statement on the State of the Global Climate in 2018. https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=5789.
• Żmudzka, E. (2010). Changes in thermal conditions in the high mountain areas and con-temporary warming in the central Europe. Miscellanea Geographica, 14, 59–70.