Zachmurzenie nad miastem, czyli dlaczego u mnie zawsze pada częściej?

Wielu ludzi obserwuje pogodę w swoim miejscu zamieszkania. Jedni w sposób bardziej zaawansowany – czasem umieszczając na ścianie domu ministacje meteorologiczne z termometrem, barometrem i wiatraczkiem. Inni raczej mimochodem, sprawdzą zachmurzenie nad miastem czy podpatrzą sąsiadów, by ocenić, jak się ubrać do pracy, zwłaszcza gdy obowiązki wykonywać trzeba na otwartej przestrzeni. Na podstawie takich obserwacji nabierają z czasem pewnych przekonań statystycznych, które da się sprowadzić do dwóch typów generalizacji: „Wokół często pada, ale moją miejscowość zawsze omijają deszcze” lub „Wokół rzadko pada, ale, gdy już pada, to zawsze na moją miejscowość”.

Takie obserwacje w gruncie rzeczy są jednak przygodne, a tym samym tracą merytoryczne znaczenie w dyskusji, zyskując rolę anegdotyczną. Przymiotnik ten ma na celu zdezawuowanie argumentacji. O ile w języku potocznym anegdota oznacza historię zabawną, o tyle w języku metanaukowym (czyli dotyczącym nauki o nauce) oznacza obserwację pojedynczą, pozbawioną rzetelnego umocowania statystycznego.

W istocie, jeden z mieszkańców może utrzymywać, że – w jego mniemaniu – zachmurzenie nad miastem jest szczególnie duże, podczas gdy inny – przeciwnie. W celu uniknięcia takich anegdotycznych argumentacji, naukowcy starają się zebrać duży zestaw danych i dopiero na ich podstawie wyciągać wnioski. Wtedy może okazać się, że to, co jeden z przygodnych obserwatorów uważa za normę, jest częstsze, a to, co drugi uważał za rzadkość, rzeczywiście jest wyjątkiem.

Zachmurzenie nad miastem – przykłady ze Stanów Zjednoczonych

Przykładem analizy dużej ilości danych jest publikacja z wiosny tego roku z „Proceedings of the National Academy of Science” (PNAS). Jej autorzy wzięli pod uwagę dane z 447 miast Stanów Zjednoczonych o liczbie mieszkańców powyżej 50 tys. Miasta zdefiniowano jako jednostki urbanistyczne, co czasem oznaczało połączenie sąsiednich jednostek w jedną większą, np. Nowy Jork i Newark. Do analizy zgromadzono dane satelitarne dotyczące zachmurzenia nad miastami i ich okolicą z pierwszych dwóch dekad obecnego wieku.

Użyto także danych statystycznych dotyczących średniej wilgotności danego regionu. Uwzględniono specyfikę miast górskich i nadbrzeżnych, przy czym chodzi zarówno o wybrzeże oceanów, jak i wielkich jezior. Po ich wyodrębnieniu największą grupę stanowiły miasta roboczo nazwane śródlądowymi. Najmniejszym z nich był Manhattan w stanie Kansas, największym zaś Atlanta. Przy analizach otoczenia wykluczono obszary wodne.

Oczywiście, podobnie jak z wynikami obserwacji anegdotycznych, tak w przypadku zebrania danych z kilkuset miast, dało się znaleźć zarówno przykłady na to, że gęsta zabudowa sprzyja zachmurzeniu, jak i na coś przeciwnego. W kilku lokalizacjach zauważono cykliczność tygodniową, jaką wykazywało zmieniające się zachmurzenie nad miastem. Ich mieszkańcy mogą z pełnym przekonaniem argumentować, że różnice w aktywności gospodarczej w czasie dni roboczych i weekendów przekładają się na pogodę. Jednak nie dotyczy to pozostałych kilkuset badanych obiektów.

Badania potwierdzają – nad miastami jest więcej chmur

Przejrzenie danych z wielu miast pozwala na wnioskowanie, co jest normą, a co wyjątkiem. Generalnie można uznać, że duże miasta są bardziej zachmurzone niż ich okolice. Zimą jest to wyraźniejsze za dnia, od wiosny do jesieni – nocą. Statystycznie efekt ten jest najsilniejszy w dzień w lipcu i nocą w czerwcu. Okazuje się, że zachmurzenie nad miastem jest zjawiskiem mimo wszystko dość cyklicznym.

Wzięcie pod uwagę danych z wielu miast, położonych w różnych regionach, z całego roku i różnych pór doby, jest kluczowe dla wyciągnięcia takiego wniosku. Przykładowo, gdyby wykonać analizę tylko dla lipca i wartości dziennych, podobny wniosek dałoby się wyciągnąć dla miast wschodniej części Stanów Zjednoczonych, ale wyniki dla części zachodniej nie byłyby tak jednoznaczne. Z kolei w lipcu, ale nocą, dałoby się zauważyć różnice między miastami położonymi na północy i południu. Wiosną i jesienią za to wszelkie efekty byłyby słabsze.

Zauważony efekt jest silniejszy za dnia w śródlądowych miastach w regionach wilgotnych i o umiarkowanych temperaturach. W lokalizacjach o zimniejszym i chłodniejszym klimacie jest słabszy albo wręcz odwrotny. Dotyczy to jednak tylko zachmurzenia dziennego, a nie nocnego. Z kolei w miastach nadbrzeżnych wpływ bryzy zmniejsza efekt dzienny, ale zwiększa nocny. Zjawiska mogą się na siebie nakładać lub się niwelować. Przykładowo, metropolie położone na wybrzeżu Pacyfiku z reguły leżą u stóp gór. Prowadzi to do powstawania chmur niskich, podobnych do mgły. Ostatecznie Los Angeles stało się eponimem jednego z rodzajów smogu.

Zachmurzenie nad miastem – badania europejskie

Autorzy przyznają, że ich analizy potwierdzają wnioski opublikowane kilka lat wcześniej przez innych badaczy. Zostały one wyciągnięte na podstawie mniejszego zestawu danych, jedynie dla Londynu i Paryża. Mechanizm jest podobny, związany z miejską wyspą cieplną. Co ciekawe, początkowo przewidywano, że zjawisko to będzie raczej zmniejszać zachmurzenie nad miastem.

Nagrzewające się za dnia powietrze w terenach gęsto zabudowanych unosi się intensywniej niż chłodniejsze z okolic wiejskich, zabierając ze sobą parę wodną. To zwiększa utratę wilgoci i mogłoby powodować mniejsze zachmurzenie nad miastem. Powstający komin termiczny zasysa jednak wilgotne powietrze z okolicy, a pył urbanizacyjny staje się zbiorem jąder kondensacji. W ten sposób nad miastami tworzą się chmury, które mogą utrzymywać się całkiem długo. W przypadku Londynu i Paryża efekt ten występuje z pewnym opóźnieniem i chmurzy się głównie popołudniami.

Podsumowując, statystycznie więcej racji mają ci, którzy twierdzą, że nad miastem (zwłaszcza dużym) chmurzy się częściej niż nad jego okolicą.