Relationship between plant cover and land relief with solar conditions in the Tatras (the case study of Hala Gąsienicowa)

Stale wzrastające zainteresowanie środowiskiem przyrodniczym Tatr było bodźcem do podjęcia szczegółowych badań dotyczących powiązań pomiędzy elementami rzeźby terenu i różnymi zespołami roślinnymi a promieniowaniem słonecznym. Przeprowadzone prace były uzupełnieniem badań prowadzonych w Tatrach od roku 1998 przez Zakład Klimatologii IGiPZ PAN. Od tego czasu prowadzone są pomiary różnych strumieni promieniowania słonecznego na Hali Gąsienicowej. Zastosowanie nowoczesnych technik pomiarowych pozwoliło na uzyskanie ciągłej rejestracji oraz stworzenie znaczącej bazy danych meteorologicznych. Zainteresowanie promieniowaniem słonecznym wynika z faktu, iż jest ono źródłem energii dla wszystkich procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących na Ziemi. W obliczu dużego zurbanizowania i silnej antropopresji środowisko przyrodnicze Tatr zmienia się. Zmianie ulegają również relacje pomiędzy promieniowaniem słonecznym a środowiskiem przyrodniczym. W tym przypadku roślinność jest wskaźnikiem zachodzących zmian, także w odniesieniu do promieniowania słonecznego.

W badaniach terenowych wykorzystywano trzy stacje automatyczne wraz z kompletem czujników. Jedna z tych stacji rejestruje warunki meteorologiczne na Hali Gąsienicowej przez cały rok, pozostałe były wykorzystywane okresowo. Pomiarami objęto całkowite i odbite promieniowanie słoneczne, temperaturę powietrza, prędkość i kierunek wiatru, strumień ciepła w warstwie czynnej. Do pomiarów całkowitego i pochłoniętego promieniowania słonecznego wykorzystano pyranometry CM3 firmy Kipp&Zonen, jak i szklane pyranometry Bellani'ego.

Badania składały się z trzech podstawowych etapów. W pierwszym przeprowadzono analizę statystyczną dotychczas zebranych danych pomiarowych. Uzyskane wyniki, w porównaniu z istniejącymi materiałami kartograficznymi dotyczącymi szaty roślinnej i rzeźby terenu oraz z ogólnymi danymi aktynometrycznymi z działających na tym terenie stacji meteorologicznych (Hala Gąsienicowa, Kasprowy Wierch, Zakopane), pozwoliły na wytypowanie miejsc, w których konieczne było przeprowadzenie uzupełniających badań terenowych (drugi etap prac).

Obserwacje prowadzono na kilku poziomach szczegółowości związanych ze skalą badań oraz rodzajem wykorzystanych metod i materiałów pomiarowych. Podjęto próbę charakterystyki całkowitego i pochłoniętego promieniowania słonecznego, w zależności od szaty roślinnej oraz makroform rzeźby terenu i usytuowania względem głównej grani tatrzańskiej. Objęła ona w pierwszej fazie pomiary terenowe prowadzone w sierpniu w latach 1997-2001. Kolejnym etapem było zebranie i uporządkowanie danych pomiarowych oraz stworzenie bazy danych.

W celu pokazania zróżnicowania przestrzennego bezpośredniego promieniowania słonecznego padającego na daną powierzchnię obliczono jego sumy dla przedziału godzinnego 11.00-12.00 dla wybranych dni, w polach podstawowych o wymiarach 50x50 m. Wynikiem tych obliczeń są mapy cyfrowe sum (potencjalnych) bezpośredniego promieniowania słonecznego. Do obliczeń wykorzystano program komputerowy POLEPODS, autorstwa A. Styszyńskiej z Wyższej Szkoły Morskiej w Gdyni. Obróbkę cyfrową map wykonano za pomocą programu IDRISI.

Opracowano również cyfrowe mapy badanego terenu: wysokości nad poziomem morza, ekspozycji stoków, nachylenia stoków i pokrycia szatą roślinną. Na podstawie uzyskanych map: orografii, roślinności i sum promieniowania słonecznego wydzielono jednostki o podobnych warunkach solarnych, jak również zbiorowiska roślinne posiadające konkretne wymagania dotyczące orografii i dopływu promieniowania słonecznego. Podsumowaniem była szczegółowa analiza rozmieszczenia uzyskanych jednostek.

W celu określenia związków sum promieniowania słonecznego z innymi elementami środowiska przyrodniczego wykonano serię pomiarów gęstości strumienia ciepła w warstwie czynnej. Punkty pomiarowe zlokalizowano na powierzchniach o różnych warunkach orograficznych i roślinnych. Wykorzystując metody statystyczne określono, w jakim stopniu różne zbiorowiska roślinne wpływają na wielkość gęstości strumienia ciepła przepływającego przez warstwę czynną oraz na jego kierunek.

Ilościową charakterystyką mikroklimatu jest temperatura powietrza uwarunkowana promieniowaniem słonecznym i rzeźbą terenu. Od jej wartości zależy bezpośrednio zasięg większości zbiorowisk roślinnych. Wykonano szczegółowe pomiary temperatury powietrza w rejonie Hali Gąsienicowej oraz określono jej związki z rzeźbą terenu i szatą roślinną.

Podstawowym efektem zrealizowanego projektu badawczego jest rozprawa doktorska pt. "Lokalne zróżnicowanie warunków solarnych w Tatrach i jego związki z rzeźbą terenu i szatą roślinną (na przykładzie Hali Gąsienicowej)", obroniona w grudniu 2003 r.