Analiza zmienności temperatury wody w jeziorze Necko w sezonach letnich 2005-2011

0. PROLOG
Temperatura wody w jeziorach jest bardzo ważnym czynnikiem przesądzającym o jakości krajowych wakacji. Polacy coraz częściej odwiedzają zagraniczne kurorty, przez co rosną ich oczekiwania odnośnie pogody, a więc również i temperatury wody. Niestety, w większości przypadków subiektywne wrażenia kąpieli poprzedzone są obiektywnym oglądem temperatury wody na tablicy informacyjnej. Jako, że wiedza na temat zakresu możliwych temperatur często ogranicza się do wartości basenowych, kąpielowicz może zostać podświadomie uprzedzony.
Obowiązkiem udzielania informacji na temat temperatury wody obciążeni są ratownicy wodni pracujący na kąpieliskach i miejscach wykorzystywanych do kąpieli. Muszą też oni dokonywać rejestracji swoich pomiarów. To właśnie na podstawie ich analizy można wyciągnąć ciekawe wnioski i lepiej zrozumieć naturę sezonowych wahań temperatury. Będzie to miało kolosalny wpływ na zwiększenie świadomości klientów wszelkiego rodzaju strzeżonych obszarów wodnych na śródlądziu.

1. CEL
Celem badania było wyodrębnienie i sklasyfikowanie typowych przebiegów sezonowych maksymalnej dobowej temperatury wody na podstawie danych z 7 lat oraz analiza przyczyn zastanej sytuacji. Ponadto analizie poddano wartości ekstremalne.

2. WPROWADZENIE
Zróżnicowanie temperatury wody wraz z głębokością jest zależne od pory roku i jest związane z faktem, iż największą gęstość woda posiada przy 4˚C. W polskich jeziorach o dostatecznej głębokości, w tym w jeziorze Necko, latem występuje tzw. stratyfikacja normalna (anotermia). Charakteryzuje się ona spadkiem temperatury wraz z głębokością. W związku z tym występuje trzy strefy termiczne (rys. 1):

• epilimnion - bezpośrednio docierają do niej promienie słoneczne, dlatego odbywają się tam procesy fotosyntezy, powodując, że epilimnion jest nasycony tlenem. Temperatura spada tutaj stopniowo wraz z głębokością.
• metalimnion - jest to warstwa skoku: termicznego (termoklina), stężenia tlenu (oksyklina) i innych substancji chemicznych (chemoklina).
• hypolimnion - woda posiada tutaj ustaloną, niską temperaturę. W hypolimnionie zachodzą procesy gnilne.

Rys. 1. Pionowe strefy termiczne podczas stratyfikacji normalnej: A - przebieg zmian temperatury wraz z głębokością, B - zmiany gradientu temperatury wraz z głębokością, C - układ stref termicznych w jeziorze [1]

Zimą występuje zjawisko stratyfikacji odwrotnej. Wraz z głębokością temperatura rośnie (aż do 4˚C). Natomiast wiosną i jesienią występują okresy homotermii, w których temperatura w całym akwenie wyrównuje się do wartości 4^oC.

Rys. 2. Sezonowe zmiany termiczne w jeziorze: a - cyrkulacja wiosenna, b - stratyfikacja normalna (letnia), c - cyrkulacja jesienna, d - stratyfikacja odwrotna (zimowa) [1]

Oprócz zróżnicowania pionowego temperatury wody należy wspomnieć o jej zróżnicowaniu powierzchniowym. Jest ono zależne m.in. od bliskości położenia powierzchniowych i podziemnych cieków wodnych, ekspozycji danej części jeziora na wiatr, morfometrii misy jeziora oraz stopnia zarośnięcia roślinnością wodną.
Więcej szczegółów na temat termiki jezior w rozdziale 9 książki Adama Choińskiego [1].

3. METODA I PRZEBIEG BADANIA
Miejsce pomiarów

Rys. 3. Mapa batymetryczna jeziora Necko [2]

Miejsce pomiarów (jedno z popularniejszych kąpielisk w Augustowie) zostało zaznaczone na mapie batymetrycznej jeziora Necko (rys. 3) czerwoną kropką. Od przeważających w Polsce wiatrów z sektora zachodniego miejsce to jest lekko osłonięte. Nie wpływają w tym rejonie również większe powierzchniowe cieki wodne.
Sprzęt pomiarowy

Rys. 4. Zestaw pomiarowy: termometr "rybka" wraz z linką i obciążnikiem

Sprzętem wykorzystywanym do pomiarów był termometr firmy Canpol Babies (oficjalnie służący do pomiaru temperatury wody przed kąpielą dziecka). Przez wiele lat były to inne "rybki", w różnych kolorach, zamocowane z metalowym obciążnikiem na lince.
Niestety od producenta nie udało się uzyskać jakichkolwiek danych na temat niepewności pomiarowej tego typu termometru. Jedyną poszlaką umożliwiającą wnioskowanie na temat poprawności pomiarów była zadziwiająca zbieżność z codwutygodniowymi pomiarami lokalnego Sanepidu (różnice w granicach 0,5˚C).
Podziałka pozwalała na odczyt z dokładnością co najwyżej 0,5˚C. Ze względu na naniesione pogrubione kreski odpowiadające wartościom krytycznym dla kąpanego dziecka, istniało duże ryzyko popełnienia błędu grubego. Niefortunnie dla przeprowadzanych badań jedna z nich została umieszczona przy temperaturze 21˚C przez co początkowo była mylona z okrągłą wartością 20˚C.
Metoda pomiarów
Zgodnie z umownymi wytycznymi temperaturę na kąpieliskach (od 2011 także na Miejscach Wykorzystywanych do Kąpieli - MWdK) mierzy się na głębokości 1m (a więc w obrębie epilimnionu). Wynika to ze średniego zanurzenia człowieka podczas różnych czynności kąpielowych.

4. PREZENTACJA WYNIKÓW
Temperaturę (w ˚C) mierzono podczas trwania dyżuru ratowniczego (brak stałych godzin) kilka razy dziennie, zależnie od szybkości grzania się wody. W zestawieniu uwzględniono dobowe wartości maksymalne. Długość sezonu różniła się w poszczególnych latach, dlatego oś czasu znormalizowano i wybrano pomiary od 28.06 do 28.08. Poniżej przedstawiono wykresy dla poszczególnych lat wraz z wartościami średnimi. Większymi punktami zaznaczono maksima charakterystycznych okresów, a na ich podstawie wyznaczono krzywe regresji liniowej.

Rys. 5. Temperatura wody w sezonie 2005

Rys. 6. Temperatura wody w sezonie 2006

Rys. 7. Temperatura wody w sezonie 2007

Rys. 8. Temperatura wody w sezonie 2008

Rys. 9. Temperatura wody w sezonie 2009

Rys. 10. Temperatura wody w sezonie 2010

Rys. 11. Temperatura wody w sezonie 2011

Poniżej przedstawiono tabelę z wartościami średnimi, ekstremalnymi i dynamiką. Czerwoną czcionką oznaczono najwyższe wartości w danej kategorii, a niebieską - najniższe.

	średnia	max	min	dynamika
2005	22,4	26,5	18	8,5
2006	23,44	28,5	20	8,5
2007	19,94	23,5	16	7,5
2008	20,92	24	19	5
2009	21,99	24,5	19,5	5
2010	24,01	28	20	8
2011	21,36	24	18,5	5,5

5. WNIOSKI
Nie trudno zauważyć (chociażby na podstawie rejestracji warunków atmosferycznych z Dziennika Pracy ratowników WOPR) korelację temperatury wody z temperaturą powietrza oraz nasłonecznieniem, które w Polsce bywają bardzo zmienne. Woda jako substancja o większej bezwładności termicznej działa jako filtr łagodzący szybkie zmiany tych czynników.
Dane z 7 lat są dość ubogim materiałem do analizy wszystkich zjawisk. Jednakże, mając w pamięci pomiary ze wcześniejszych sezonów (niestety nigdzie niezachowane), można wysnuć pewne wnioski.
Na podstawie obserwacji wykresów z rysunków 5 do 11 przebiegi zmian temperatury można podzielić na dwa typowe profile:

• Profil płaski - charakteryzuje się małą dynamiką zmian temperatury, na wykresach ciężko wyróżnić istotne okresy wyższych i niższych temperatur. Są to np. lata 2008 (rys. 8), 2009 (rys. 9) i 2011 (rys. 11). Były to sezony z kapryśną pogodą, bez długich fal jednakowej pogody (upałów lub chłodów).
• Profil opadających maksimów - charakteryzuje się dużą dynamiką zmian. Występują wyraźne okresy wyższych temperatur, z reguły trzy, przy czym amplituda każdego z nich jest niższa. Przykładem są tutaj sezony 2005 (rys. 5) i 2006 (rys. 6), w których fale upałów były przedzielone okresami brzydszej pogody. Okres występowania pierwszego maksimum przypada z reguły na początek lipca. Opadanie maksimów jest związane z coraz niższym położeniem Słońca oraz z coraz dłuższymi nocami.

Od typowych przebiegów wystąpiły również poważne odchylenia. Podczas wyjątkowo deszczowego lata 2007 (rys. 7) zamiast profilu opadających maksimów zaobserwowano profil rosnących minimów. Ponadto przebieg temperatury w tamtym roku jest niemal lustrzanym odbiciem przebiegu z roku poprzedzającego (rys. 6). O ile rok 2006 charakteryzował się mroźną i długą zimą, tak w roku 2007 zima była bardzo słaba. Co ciekawsze to właśnie w roku 2006 pierwsze maksimum temperaturowe wystąpiło najszybciej i miało największą amplitudę spośród wszystkich obserwowanych sezonów. Może to mieć pewien związek z występowaniem zjawisk El Niño i La Niña.
Inną ciekawostką jest rok 2010, w którym wystąpiły jedynie dwa maksima i to o bardzo zbliżonej amplitudzie, pomimo, że drugie wystąpiło dopiero w połowie sierpnia. Przeżywaliśmy wtedy niespotykaną jak na tę fazę lata falę upałów.

∞. EPILOG
Zaobserwowane prawidłowości pozwalają na rozgraniczenie kilku typowych schematów przebiegu zmian temperatury wody w sezonie. Znając średnią wieloletnią jesteśmy w stanie estymować przebieg reszty sezonu już na podstawie jego pierwszego kwartału. Dzięki takiej wiedzy potencjalni kąpielowicze są w stanie dokładnie zaplanować aktywności wakacyjne. Najważniejszą nauką płynącą z powyższego badania jest jednak fakt, że spadki temperatury wody poniżej progu przyzwoitości (umowne 20˚C) zdarzają się niezwykle rzadko. Wakacyjne kąpiele są więc jak najbardziej wskazane. Najlepiej pod czujnym okiem ratowników.

Literatura:
[1] Choiński Adam. Limnologia fizyczna Polski. Uniwersytet Adama Mickiewicza, Poznań, 2007.
[2] Gospodarstwo Rybackie PZW w Suwałkach. Jezioro Necko i Rospuda. http://www.pzw.suwalki.com.pl/necko.html.
[3] Pogodynka. Temperatury wód. http://www.pogodynka.pl/polska/temperaturywod.
[4] Wikipedia. Necko. http://pl.wikipedia.org/wiki/Necko.

Powiązane akty prawne:
Dyrektywa 2006/7/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej z dnia 15 lutego 2006 r. dotycząca zarządzania jakością wody w kąpieliskach i uchylająca dyrektywę 76/160/EWG http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:064:0037:0051:PL:PDF
Prawo wodne (tekst jednolity z 10.01.2012) http://dziennikustaw.gov.pl/du/2012/145/D2012000014501.pdf
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 27 lutego 2012 r. w sprawie wymagań dotyczących wyposażenia wyznaczonych obszarów wodnych w sprzęt ratunkowy i pomocniczy, urządzenia sygnalizacyjne i ostrzegawcze oraz sprzęt medyczny, leki i artykuły sanitarne http://dziennikustaw.gov.pl/du/2012/261/D2012000026101.pdf

Koordynacja pomiarów oraz sprawozdanie: Marcin Domański