Cykl hydrologiczny. Wpływ opadów śniegu na bilans wodny

Zmiana klimatyczna skutkująca wzrostem globalnej temperatury powietrza w oczywisty sposób wpływa na stan zasobów wodnych. Na podstawie aktualnych prognoz IPCC ocenia się, że zjawisko wzrostu temperatury powietrza w latach 2011-2020 wynosi nieco ponad 1°C w stosunku do ery przedindustrialnej (1850-1900) i będzie postępowało w przyszłości, a skutki zmiany klimatu mogą być nieodwracalne. Zależność przyczynowo-skutkowa pomiędzy zmianą klimatu a zasobami wodnymi ma swoje uzasadnienie w cyklu hydrologicznym. Z uwagi na wzrost temperatury zmienia się faza opadów.

Śnieg a sezonowy obieg wody i susza zimowa

Topnienie śniegu decyduje o reżimie wodnym większości polskich rzek. Funkcją zalegającego śniegu jest nie tylko podniesienie ich stanu. Topniejąca pokrywa śnieżna przesącza się do gleby, nawilżając ją i użyźniając, a także zasilając pokłady wód gruntowych. Obecnie w okresie zimowym obserwuje się wzrost częstości występowania deszczy przy jednocześnie malejącej częstotliwości opadów śniegu oraz skróceniu okresu zalegania i zmniejszeniu grubości pokrywy śnieżnej. Następuje obniżenie się poziomu wód w ciekach na skutek ograniczonego spływu wód roztopowych. W efekcie rzeki, zamiast zasilać warstwy wodonośne, drenują zasoby wód podziemnych, co stanowi jedną z przyczyn występowania suszy hydrogeologicznej.

Jest to zjawisko wysoce niekorzystnie oddziałujące na sezonowy bilans wody. Deszcz jest niezbędny w przyrodzie wiosną i latem, gdy rośliny się rozwijają. Po zimie deszczowej lub z wieloma głębokimi odwilżami nie powstaje „zapas wody” z pokrywy śnieżnej i wody zmarzniętej w gruncie, co w konsekwencji powoduje występowanie niedoborów w okresie wegetacyjnym. Przewiduje się, że zjawiska te będą się nasilały w przyszłości. Śnieg jest podstawą odnawiania się zasobów wód podziemnych, które zasilają ekosystemy wodne (rzeki, zbiorniki, jeziora) i ekosystemy od wód zależne (obszary wilgotne, podmokłe, bagienne, torfowiska), zatem jego brak może prowadzić do powstawania i pogłębiania się deficytów wody.

To bardzo istotna zmiana w kształtowaniu relacji między częściami składowymi bilansu wodnego. Śnieg to „darmowa” retencja w zimie. Ten element bilansu wodnego aktualnie ulega drastycznej zmianie. Coraz częściej mówi się o zjawisku „zimowej suszy”, którą rozumie się jako brak wody w danym okresie. Pomimo iż w przypadku deszczowej zimy woda jest chwilowo dostępna, to jej braki i susza są odczuwalne wiosną (np. przez systemy korzeniowe roślin) ze względu na szybki jej spływ do cieków.

Geneza powstawania śniegu i zmiana klimatu

Śnieg, poza niedocenianą rolą w obiegu wody, pełni również istotną funkcję jako czynnik nasilający zmianę klimatyczną. Brak lub krótkotrwałe zaleganie pokrywy śnieżnej znacząco wpływa na przyspieszenie procesu ocieplania. Wyjaśnieniem tego zjawiska jest wysokie albedo śniegu, które skutecznie blokuje dopływ energii. A zatem mniejsza ilość śniegu i dni z pokrywą śnieżną przekładają się na większą ilość ciepła pochłanianego przez powierzchnię ziemi.

Warunkiem powstania opadu śniegu jest starcie się wilgotnego powietrza znad Atlantyku lub Arktyki z zimnymi masami z innego obszaru. Są to złożone uwarunkowania, które wynikają z przestrzennych relacji między niżowymi i wyżowymi układami barycznymi. Jedną z przyczyn bezśnieżnych zim w Polsce jest zaburzenie dotychczasowej cyrkulacji mas powietrza. Współcześnie obserwujemy występowanie wyższych temperatur, które należy wiązać z prawdopodobnymi zmianami adwekcji mas powietrza.

Na przestrzeni ostatnich kilku dekad zauważa się diametralną zmianę charakteru i przebiegu zimy w Polsce. Jak podaje prof. Malinowski w latach 1961-1990 średnia liczba dni z pokrywą śnieżną na nizinach wahała się od ok. 40 na zachodnich krańcach Polski do ponad 90 na północno-wschodnich (listopad/grudzień – marzec/kwiecień). W latach 2011-2020 liczba dni uległa znaczącemu obniżeniu, od 18-20 na zachodzie kraju do ok. 60 na krańcach północno-wschodnich. Grubość pokrywy śnieżnej w okresie 1952-1990 wynosiła średnio od 2,5 do 12,9 cm, natomiast już w latach 1991-2013 wartość ta zmalała do 1,7-9,7 cm.

Ostatnie bardziej obfite opady śniegu wystąpiły w Polsce w dniach 1-3 grudnia 2023 r. Alerty trzeciego, najwyższego stopnia zostały wydane przez IMGW w województwie małopolskim i podkarpackim, a zagrożenie drugiego stopnia ogłoszono w województwach śląskim, opolskim i lubelskim. W ciągu 24 godzin zaobserwowano wzrost grubości pokrywy śnieżnej o 30 cm do ponad 50 cm (w zależności od wysokości n.p.m.) oraz spadki temperatury do -5°C na północnym wschodzie do 0°C na południowym wschodzie. Wydawałoby się zatem, że w tym roku mieliśmy do czynienia z „prawdziwą zimą”, co zaprzeczać by mogło globalnej zmianie klimatu.

Nic bardziej mylnego, ponieważ nie sam fakt wystąpienia opadu śniegu, a jego rozkład w czasie będzie miał kluczowe znaczenie. Globalne ocieplenie w przypadku występowania ujemnych temperatur w półroczu zimowym przyjmuje często formę opadów śniegu, natomiast czas zalegania pokrywy śnieżnej jest zazwyczaj krótki ze względu na wzrost temperatury powietrza. Taki przebieg zjawiska obserwowaliśmy w grudniu. Po około dwutygodniowym okresie mrozów nastąpiła odwilż i roztopy. Ale to nie koniec zimy. Na powrót śniegu i mrozu nie musieliśmy długo czekać. W pierwszych tygodniach stycznia 2024 r. w północno-wschodniej części Polski wystąpiły intensywne opady śniegu i silne mrozy, które stopniowo rozprzestrzeniły się na teren całego kraju.

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej w dniach 1-2 stycznia wydał alerty pierwszego stopnia w rejonie województwa pomorskiego i warmińsko-mazurskiego, informując o prognozowanej pokrywie śnieżnej do grubości około 10 cm i temperaturze -7°C. Według synoptyków te zjawiska znajdują swoje uzasadnienie w układzie wyżów i niżów w północnej części Oceanu Atlantyckiego. Coraz cieplejsze wody Atlantyku powodują formowanie się coraz silniejszych cyklonów w szerokościach umiarkowanych.

Dyskutowana na szerokim forum globalna zmiana klimatu odzwierciedla się zatem również w kapryśnej aurze. Jej prognozowanym i aktualnie obserwowanym symptomem jest zaburzenie cyrkulacji powietrza nad Arktyką przez wyjątkowo silny napływ ciepła, zarówno przy powierzchni ziemi, jak i wysoko w atmosferze, który przesunie surowe zimne masy nad Europę. A zatem – paradoksalnie – na skutek globalnego ocieplenia czeka nas mróz.

Nie ulega wątpliwości, że zmiana klimatyczna oddziałuje znacząco na składowe sezonowego obiegu wody. W okresie zimowym mamy do czynienia ze stopniowym zmniejszaniem się ilości opadów śniegu na skutek globalnego ocieplenia. Aktualnie zjawiska opadów śniegu w grudniu, które powinny być traktowane jako normalne w naszej strefie klimatycznej, stały się ekstremami pogodowymi (anomaliami). To najlepszy dowód na pogłębianie się kryzysu wodnego również w aspekcie słabej pamięci klimatycznej oraz gorszego przygotowania na radzenie sobie ze skutkami opadów śniegu.