PL | EN
21.06.2018
04:12
21:03  (Warszawa)



1. Czym zajmuje się biometeorologia

Środowisko atmosferyczne jest dla organizmu człowieka źródłem bardzo wielu zróżnicowanych bodźców. Można je uporządkować w następujące grupy bodźców fizycznych (radiacyjne, termiczno-wilgotnościowe, mechaniczne, elektryczne, akustyczne), chemicznych (zawarte w powietrzu substancje gazowe - naturalne oraz wytworzone wskutek działalności człowieka) oraz biologicznych (aeroplankton). Bodźce te oddziałują na organizm i inicjują szereg wewnętrznych procesów fizjologicznych oraz biochemicznych, których zadaniem jest przygotowanie organizmu do prawidłowego funkcjonowania w nowych warunkach środowiska, czyli adaptacja. Brak adaptacji wiąże się z ryzykiem wystąpienia niekorzystnych efektów zdrowotnych. Ocena indywidualnej reakcji na bodziec jest trudna, bowiem zarówno procesy zachodzące w atmosferze, jak i mechanizmy fizjologiczne są wysoce złożone i powiązane ze sobą w bardzo skomplikowany sposób. Pomiędzy poszczególnymi osobami istnieją ponadto znaczne różnice w sposobie reagowania na bodźce klimatyczne czy pogodowe (meteorologiczne). Wynikają one stąd, że sprawność fizjologicznych mechanizmów przystosowawczych zależy od indywidualnych cech organizmu oraz może być ona modyfikowana przez rozmaite inne wpływy środowiskowe (np. sposób odżywiania, tryb życia, rodzaj wykonywanej pracy, rozmaite stresy społeczne itd.). Pomimo ograniczonej wiedzy i trudności w interpretacji, można stwierdzić, że człowiek od zawsze interesował się wpływem jaki ma środowisko jego życia (pogoda jest jednym z wyraźniejszych jego przejawów) na możliwości codziennego bytowania.

Początki biometeorologii człowieka sięgają starożytności. Można je znaleźć w obserwacjach zanotowanych przez dawnych greckich filozofów i lekarzy. Hipokrates (V/IV w. p.n.e.), zwany Ojcem Medycyny, podkreślał w swoich traktatach znaczenie klimatu i pór roku dla powstawania oraz przebiegu różnych chorób, a także - w procesie leczenia. Biometeorologia, jako odrębna gałąź nauki, wyłoniła się formalnie dopiero w początkach drugiej połowy XX wieku. Zgodnie z definicją powstałego wówczas Międzynarodowego Towarzystwa Biometeorologicznego (IBS, ang.: International Biometeorological Society) biometeorologia zajmuje się badaniem bezpośrednich i pośrednich wpływów fizycznych, chemicznych i fizykochemicznych mikro- i makrośrodowisk, zarówno atmosfery ziemskiej, jak i podobnych pozaziemskich, na systemy fizykochemiczne ogólnie, a w szczególności na organizmy żywe (roślin, zwierząt i człowieka)”. Od 1957 roku wydawane jest czasopismo zamieszczające artykuły poświęcone problematyce biometeorologicznej pod nazwą International Journal of Biometeorology. Publikacje o tej tematyce można znaleźć także w różnorodnych czasopismach specjalistycznych. Współczesna biometeorologia jest nauką wybitnie interdyscyplinarną. Posługuje się osiągnięciami innych nauk, głównie medycyny i badań z zakresu ergonomii środowiskowej. Wykorzystuje również najnowsze doniesienia z dziedzin, nierzadko odległych od medycyny, takich jak: psychologia, nauki społeczne, architektura, budownictwo, planowanie terenów zielonych, higiena i bezpieczeństwo pracy, sport wyczynowy i amatorski, turystyka i rekreacja, nauki ekonomiczne itd. Wśród rozważań, jakimi zajmuje się biometeorologia człowieka, znajdują się takie zagadnienia jak: klimat miasta i jakość powietrza, klimat pomieszczeń, meteorologiczne uwarunkowania zachorowalności i umieralności, rytmy biologiczne i fotoperiodyzm (w tym skażenie światłem), podstawowe mechanizmy adaptacji, adaptacja organizmu człowieka do warunków ekstremalnych, bioelektryczność i biomagnetyzm, zastosowania i ograniczenia scenariuszy zmian klimatu, postrzeganie klimatu a podejmowanie decyzji itp. Wyniki badań współczesnej biometeorologii człowieka mają zastosowanie w konkretnych produktach, takich jak: ekspertyzy, prognozy, komentarze do bieżącej sytuacji meteorologicznej, ogólne i specjalistyczne systemy ostrzegania o warunkach niekorzystnych dla organizmu człowieka. Są one wykorzystywane przez rozmaite instytucje rządowe i pozarządowe (w tym – co szczególnie istotne – przez instytucje odpowiedzialne za bezpieczeństwo i zarządzanie w sytuacjach kryzysowych, w sferze bezpieczeństwa i ochrony zdrowia, np. systemy ostrzeżeń dla kierowców, dla alergików i wiele innych), przez przedsiębiorstwa prywatne (w takich obszarach, jak badanie rynku, reklama, dystrybucja własnych wytworów, ochrona pracowników) oraz przez osoby indywidualne (w zakresie planowania wypoczynku w plenerze lub podróżowania).

W IMGW-PIB od lat 60 XX w. istnieje komórka zajmująca się biometeorologią człowieka. Każdego dnia wydawany jest komentarz biometeorologiczny do aktualnej prognozy pogody dla całej Polski. Zawiera on ocenę warunków prognozowanych, w tym sytuacji ekstremalnych, możliwość wystąpienia objawów meteorotropowych (dotyczących samopoczucia, nastroju i ogólnej sprawności organizmu, uwarunkowanych reakcją organizmu na bodźce meteorologiczne), jak również rekomendacje, zastosowanie których pozwala na lepsze planowanie zajęć z uwzględnieniem oddziaływania zmian pogody na ludzki organizm. Zespół biometeorologów IMGW-PIB śledzi najnowsze doniesienia naukowe. Oprócz prognoz biometeorologicznych wykonywane są Ekspertyzy i opracowania bioklimatologiczne. Na bieżąco pracuje nad rozwojem metod prognozowania, rozszerzeniem oferty i udostępnianiem prognoz szerszemu gronu odbiorców, m.in. poprzez zakładkę Biometeo na portalu Pogodynka. Osoby zainteresowane zapraszamy do kontaktu poprzez Biuro Prasowe IMGW-PIB.


2. Jak powstaje nasza prognoza

Każde opracowanie biometeorologiczne poprzedzone jest szczegółową analizą i oceną aktualnych i prognozowanych warunków meteorologicznych, z uwzględnieniem ich czasowej i przestrzennej zmienności. W pierwszym etapie biometeorolog konsultuje się z synoptykiem meteorologiem opracowującym prognozę pogody dla Polski. Omawiana jest prognoza rozwoju układów ciśnienia i ruchu frontów atmosferycznych, warunki wystąpienia zjawisk meteorologicznych, a także podejmowana decyzja o wyborze modelowej prognozy elementów meteorologicznych do procesu dalszej oceny warunków biometeorologicznych. Na ich podstawie możliwe jest obliczenie szeregu wskaźników biometeorologicznych, między innymi służących ocenie warunków biotermicznych np. temperatury odczuwalnej, subiektywnego odczucia cieplnego czy najnowszego, złożonego wskaźnika obciążeń cieplnych organizmu (UTCI – Universal Thermal Climate Index). Wyliczane są także dodatkowe wskaźniki specjalistyczne, jak m.in. wskaźnik strat wody z organizmu, czas ekspozycji w zimnym środowisku do momentu wystąpienia wychłodzenia organizmu czy odmrożenia. W większości przypadków wskaźniki wyliczane są na podstawie skomplikowanych algorytmów, uwzględniających wiele dodatkowych elementów poza temperaturą powietrza, wilgotnością powietrza, prędkością wiatru czy wartością strumieni promieniowania. W kolejnym etapie wartości wybranych dla danej sytuacji pogodowej wskaźników odnoszone są do norm biometeorologicznych, opracowanych na podstawie światowych i krajowych badań naukowych, m.in. rozległych badań termicznej wrażliwości mieszkańców Polski. Niektóre normy są zróżnicowane sezonowo i regionalnie. Ich prawidłowe wykorzystanie wymaga dobrej znajomości klimatu Polski i dużego doświadczenia, nad czym w IMGW-PIB Zespół biometeorologów pracuje już od niemal 60 lat. Dodatkowa analiza polega na odniesieniu się do schematów biosynoptycznych (oceniających wpływ pogody na ludzi) i innych przyjętych kryteriów oceny. Na podstawie ww materiałów dokonywana jest biometeorologiczna ocena bieżącej i prognozowanej sytuacji synoptycznej i związanych z nimi możliwych objawów meteorotropowych. W celu uproszczenia przekazu finalna prognoza dla wybranych miast Polski, dostępna powyżej, podawana jest jako ocena ogólnych warunków biometeorologicznych (korzystne – obojętne – niekorzystne), z uwzględnieniem ich czasowej zmienności (rano – południe – wieczór). Graficzną prezentację uzupełnia szczegółowy komentarz, zawierający dodatkowo rekomendacje postępowania. Ich zastosowanie może pomóc odpowiednio przygotować się na warunki pogodowe prognozowane danego dnia.

Powstająca w ten sposób prognoza ma charakter ogólny. Ze względu na uwarunkowania osobnicze czy przebyte choroby, każdy organizm może reagować na zmiany pogody w zróżnicowany i specyficzny (właściwy tylko dla siebie) sposób. Kryteria poddawane ocenie są ogólne i ograniczone, nie sposób bowiem ocenić wszystkich potencjalnie wpływających na funkcjonowanie organizmu człowieka bodźców środowiskowych (również tych pozameteorologicznych). Bywają sytuacje synoptyczne trudne do jednoznacznej oceny, np. pogoda wyżowa w okresie zimowym. Generalnie pogoda taka wpływa korzystnie na nastrój i samopoczucie (wzrost i stabilizacja ciśnienia atmosferycznego, mniejsze zachmurzenie i zwiększony dopływ promieniowania słonecznego), może jednak negatywnie wpływać na obciążenie cieplne organizmu (np. przy silnym mrozie). Ponadto istotny jest również stan atmosfery. Przy niższej temperaturze powietrza wzrasta zapotrzebowanie grzewcze i dostawa pyłów z palenisk domowych będzie większa. Stężenie pyłów zawieszonych w powietrzu prawdopodobnie wzrośnie, przy słabym przewietrzaniu (niskie prędkości wiatru i tzw. „osiadanie” są charakterystyczne dla pogody wyżowej) może wystąpić smog, zwłaszcza na terenach zurbanizowanych. Wtedy warunki biometeorologiczne lokalnie ulegną pogorszeniu. Oprócz ogólnej prognozy biometeorologicznej udostępniamy Państwu również prognozy szczegółowe, które są pomocne w podejmowaniu indywidualnych decyzji przy planowaniu aktywności w terenie otwartym. Zachęcamy do korzystania.


3. Co to jest temperatura odczuwalna i odczucie termiczne?

Często warunki termiczne, jakich doznajemy na zewnątrz, wydają się nam odmienne w stosunku do tych, jakich spodziewaliśmy się doświadczyć. Sprawdzenie ogólnej prognozy pogody lub odczytanie wskazania zaokiennego termometru przed wyjściem z domu to dobre nawyki, ale mogą być niewystarczające do oceny warunków panujących na zewnątrz. Większość źródeł dostarcza nam informacji o wartości temperatury powietrza. Na subiektywny odbiór temperatury otoczenia duży wpływ mają również inne parametry meteorologiczne jak na przykład prędkość wiatru i wilgotność powietrza. Kształtują one przebieg podstawowych procesów wymiany ciepła między ciałem człowieka a jego otoczeniem i  wpływają na odczucia termiczne.

Jak przebiega wymiana ciepła między ciałem człowieka a jego otoczeniem – czytaj więcej


Wymiana ciepła między ciałem człowieka a jego otoczeniem zachodzi na drodze procesów fizycznych takich jak przewodzenie (kondukcja), unoszenie (konwekcja), parowanie i promieniowanie cieplne. Wielkość strumieni ciepła oddawanych z organizmu do otoczenia zależy od intensywności wspomnianych procesów. W zależności od warunków pogodowych (pory roku) zmienia się udział poszczególnych sposobów wymiany ciepła między ciałem człowieka a jego otoczeniem. W chłodnej połowie roku istotnym mechanizmem utraty ciepła z organizmu jest przewodzenie, czyli proces polegający na wymianie ciepła między ciałami o różnej temperaturze pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Wielkość przewodzenia jest tym większa, im większa jest różnica temperatury pomiędzy ciałem a ośrodkiem (powietrze, woda), z którym ciało się styka. Oprócz różnicy w termice, istotna jest też pojemność cieplna. W przypadku wody jest ona 10-25 razy większa niż powietrza (woda nagrzewa się wolniej niż powietrze, ale może zakumulować dużo więcej ciepła, stąd występowanie różnicy termicznej będzie wzmagało przewodzenie ciepła w wodzie), dlatego osoby w przemokniętym ubraniu mogą ulec wychłodzeniu organizmu znacznie szybciej, niż osoby w suchej odzieży przebywające w takich samych warunkach pogodowych. Konwekcja, czyli unoszenie cieplejszych od otoczenia porcji powietrza (w warstwie powietrza otaczającego ciało człowieka), jest istotnie modyfikowana przez ruch powietrza. Ze wzrostem prędkości wiatru, wzrasta również tempo konwekcji, co w konsekwencji oznacza większy wpływ ochładzający. Największe straty ciepła z organizmu obserwuje się w przedziale prędkości wiatru 0-32km/h (do 8m/s). Ruch powietrza powoduje również nasilenie parowania. Trzeba jednak podkreślić, że proces parowania, w głównej mierze jest uwarunkowany występowaniem niedosytu pary wodnej w powietrzu. Przy dużej wilgotności powietrza (bliskiej stanu nasycenia zawartej w nim pary wodnej, wilgotność względna > 95%), parowanie ulega zahamowaniu. Latem, ze względu na wielkość strumienia ciepła, parowanie jest najważniejszym sposobem wymiany ciepła pomiędzy ciałem człowieka a jego otoczeniem. Pot parujący z powierzchni skóry pomaga usunąć znaczne ilości energii cieplnej z organizmu, chroniąc go w ten sposób przed przegrzaniem. Przy wysokiej wilgotności i temperaturze powietrza ciało, zamiast ochładzać, przegrzewa się. Zwłaszcza, kiedy nie dochodzi do przekazania nadmiaru wewnętrznego ciepła wraz z potem, a dodatkowo następuje przyjęcie (na drodze przewodzenia) ciepła z otoczenia.
W okresie zimowym straty energii na parowanie są zwykle raczej marginalne. Dotyczą głównie pary wodnej zawartej w powietrzu oddechowym, choć przy zastosowaniu odzieży o zbyt dużej izolacyjności cieplnej w stosunku do panujących warunków, będzie dochodzić również do odparowania potu. Ciało człowieka emituje również energię w postaci promieniowania cieplnego. Wielkość tego promieniowania jest zależna od temperatury organizmu człowieka. Wpływ warunków meteorologicznych na tę wielkość jest raczej drugorzędny w typowych warunkach pogodowych. O efekcie, jaki wywiera promieniowanie cieplne na odczuwalne warunki termiczne, można przekonać się na przykład podczas pobytu w dużych skupiskach ludzi; zwykle w takich sytuacjach robi się odczuwalnie cieplej.


Temperatura odczuwalna
wskazuje wartość temperatury powietrza do jakiej można przyrównać warunki termiczne odbierane przez człowieka w danej sytuacji pogodowej.
Odczucie termiczne jest natomiast efektem naszej subiektywnej oceny tych warunków. Bardzo często zdarza się, że subiektywne odczucia są zróżnicowane względem tych samych warunków termicznych, nawet w niewielkiej grupie ludzi zdrowych (patrz Rysunek 1). Dzieje się tak ze względu na szereg uwarunkowań wynikających z cech organizmu, jego ogólnej kondycji i stylu życia, które determinują naszą wrażliwość na bodźce fizyczne


Rysunek 1. Średnie odczucie termiczne badanych po 1, 2 i 3 godzinach pobytu w kontrolowanych warunkach termicznych i wilgotności względnej powietrza zmiennej w zakresie 15-85% [Fiala, 1998]


Ponadto nasza ocena warunków termicznych jest zwykle zależna od czasu i miejsca. Jeśli zimą wychodzimy z ogrzewanego pomieszczenia na zewnątrz, to zwykle nasze pierwsze, chwilowe odczucie jest wyższe (na przykład „chłodno”, a nie „zimno”) niż to, które deklarujemy po kilku minutach pobytu w terenie. Warto o tym pamiętać planując dłuższy pobyt na zewnątrz. Subiektywna ocena warunków termicznych jest ponadto względna (na zasadzie porównań), czyli zależna na przykład od kontrastu termicznego pomiędzy miejscami naszego pobytu. Im jest on większy tym bardziej skrajne mogą być nasze odczucia, nawet w stosunku do podobnej sytuacji, ocenianej na przykład innego dnia lub poprzedzonej dodatkową adaptacją do ciepła lub zimna. Wraz ze wzrostem naszej adaptacji do danych warunków termicznych wzrasta ich tolerancja, a ocena bywa mniej skrajna. Na przykład pierwsze mrozy w danym sezonie zimowym przeciętnie zostaną ocenione jako bardziej surowe, niż odpowiadające im w środku sezonu. Dużą rolę w kształtowaniu naszych odczuć termicznych odgrywa wspomniana adaptacja (długookresowa) do klimatu lokalnego i jego zmienności. Badania klimatu odczuwalnego Polski, przeprowadzone wśród obserwatorów na stacjach synoptycznych IMGW, potwierdziły, że odczucia termiczne są zróżnicowane sezonowo i regionalnie (Rysunek 2). To znaczy, że odczucie „ciepło” może występować w ciągu całego roku, natomiast w zależności od pory roku i regionu będzie ono odnosić się do innej wartości temperatury efektywnej (wskaźnik wykorzystywany do łącznej oceny warunków termiczno-wilgotnościowych i wiatrowych). Mieszkańcy Polski północno-wschodniej, gdzie występuje bardziej surowy klimat o przewadze cech kontynentalnych, są lepiej przystosowani do występowania „chłodniejszych” warunków termicznych. Odczucia „chłodno” i „zimno” występują u nich przy niższych wartościach wskaźników biotermicznych i istotnie rzadziej w ciągu roku, w porównaniu do mieszkańców Polski południowo-zachodniej, gdzie występuje łagodniejszy klimat o przewadze cech klimatu morskiego. Mieszkańcy Suwalszczyzny i Podlasia będą natomiast bardziej wrażliwi na napływ cieplejszych mas powietrza. W ciągu roku zwykle częściej deklarują odczucie „ciepło” i „gorąco”, na przykład w odniesieniu do warunków termicznych ocenionych jedynie jako „komfortowe” przez mieszkańców Dolnego Śląska.


Rysunek 2. Średnie odczucie termiczne mieszkańców Polski w ciągu roku, w odniesieniu do skali temperatury efektywnej. Mieszkańcy regionów południowo-zachodnich (lewy wykres) i północno-wschodnich (prawy wykres) [Baranowska i in., 1986]


Fiala D., 1998: Dynamic Simulation of Human Heat Transfer and Thermal Comfort, PhD Thesis https://core.ac.uk/download/pdf/2749294.pdf

Baranowska M., Boniecka-Żółcik H., Gurba A., 1986, Weryfikacja skali klimatu odczuwalnego dla Polski, Przegląd Geofizyczny, 1986, XXXI, Z1: 27-39

Zespół Prognoz Biometeorologicznych
Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju

sms