Pory roku okiem meteorologa, agrometeorologa i astronoma

Od prawie trzech tygodni mamy w Polsce wiosnę meteorologiczną, a 20 marca 2024 r. o godzinie 4:06 rozpoczęła się astronomiczna wiosna.

Od prawie trzech tygodni mamy w Polsce wiosnę meteorologiczną, która rozpoczęła się 1 marca. Meteorologiczne pory roku określane są na podstawie wartości średniej dobowej temperatury powietrza. W oparciu o określone progi termiczne określa się nie cztery, a sześć pór roku:

zima: średnia dobowa temperatura powietrza niższa lub równa 0 °C;
przedwiośnie: średnia dobowa temperatura powietrza ponad 0 °C, ale poniżej 5 °C;
wiosna: średnia dobowa temperatura powietrza od 5 °C do 15 °C;
lato: średnia dobowa temperatura powietrza ponad 15 °C;
jesień: średnia dobowa temperatura powietrza od 5 °C do 15 °C;
przedzimie: średnia dobowa temperatura powietrza pomiędzy 0 °C a 5 °C.

W każdym regionie naszego kraju czas rozpoczęcia się danej pory roku wypada innego dnia, co jest uwarunkowane czynnikami klimatycznymi danego regionu. Wspomniany wyżej podział pór roku został wprowadzony przez E. Romera. W przestrzeni medialnej, ale i nie tylko, przyjęło się określać konkretne, wspólne dla całego kraju terminy rozpoczęcia meteorologicznych pór roku:

wiosna – 1 marca;
lato – 1 czerwca;
jesień – 1 września;
zima – 1 grudnia.

W oparciu o zjawiska fitofenologiczne dr E. Ihne wyróżnił siedem fenologicznych pór roku oraz ósmą, w okresie której nie zachodzą żadne zjawiska fitofenologiczne. Według M. Molgi poszczególne pory roku identyfikowane są w oparciu o następujące zjawiska fitofenologiczne:

zaranie wiosny: budzenie wegetacji;
wczesna wiosna: zakwitanie drzew, krzewów, roślin, listnienie drzew późno zakwitających;
pełnia wiosny: kwitnienie drzew, roślin, krzewów, które kwitną dopiero wtedy, kiedy rozwiną się liście;
wczesne lato: początek przyjmuje się z chwilą rozpoczęcia kwitnienia zbóż, a kończy, kiedy dojrzeją wczesne jagody;
lato: kwitnienie lip, dojrzewanie porzeczek czerwonych, porzeczki złotej, pokrzyku wilczej jagody, wiciokrzewu tatarskiego, dzikiego bzu czarnego;
wczesna jesień: dojrzewanie owoców kasztanowca zwyczajnego, derenia, świdwy, ligustru pospolitego;
jesień: przygotowanie roślin do spoczynku zimowego;
zima: spoczynek wegetacji.

Powyżej wymienione pory roku (z wyjątkiem lata) charakteryzują się tym, że nie rozpoczynają się w tym samym dniu na terenie całego kraju. Większość fitofenologicznych pór roku charakteryzuje się kierunkiem ruchu z południa na północ wykazując równoleżnikowy rozkład terminów rozpoczęcia się poszczególnych pór fitofenologicznych.

Astronomiczne pory roku

Z punktu widzenia astronomii pory roku identyfikowane są z okresami przebycia przez Słońce 90-stopniowych łuków ekliptyki, zawartych między punktami kardynalnymi. Przez punkty kardynalne rozumie się cztery punkty:

punkt Barana, punkt równonocy wiosennej (obecnie znajdujący się w gwiazdozbiorze Ryb, około 2597 roku wkroczy do konstelacji Wodnika),
stanowisko letnie Słońca, punkt przesilenia letniego (obecnie znajdujący się w gwiazdozbiorze Byka, ingres do znaku Barana nastąpi dopiero w 4609 roku),
punkt Wagi, punkt równonocy jesiennej (obecnie znajdujący się w gwiazdozbiorze Panny, dokona tranzytu do gwiazdozbioru Lwa w 2439 roku),
stanowisko zimowe Słońca, punkt przesilenia zimowego (obecnie znajdujący się w gwiazdozbiorze Strzelca, w 2269 roku wkroczy do konstelacji Wężownika).

Astronomiczne pory roku związane są z ruchem obiegowym Ziemi wokół Słońca, którego skutkiem jest pozorny ruch Słońca wzdłuż ekliptyki. Płaszczyzna równika niebieskiego i ekliptyki nachylone są pod pewnym kątem, który w naszej epoce wynosi 23°26’, w związku z czym równik niebieski i ekliptyka przecinają się w dwóch punktach: w punkcie Barana (równonocy wiosennej) oraz w punkcie Wagi (równonocy jesiennej).

Kiedy Słońce w swej rocznej wędrówce znajdzie się w punkcie Barana (równonocy wiosennej), jego długość ekliptyczna wynosi 0°. Takie położenie Słońca na ekliptyce wyznacza nam początek astronomicznej wiosny na półkuli północnej (astronomicznej jesieni na półkuli południowej). W dniu równonocy* Słońce na sferze niebieskiej zakreśla łuk, który przecina punkt wschodu i zachodu.

^{Nachylenie krzywej terminatora na Ziemi zmienia się wraz z porami roku. Podczas równonocy terminatorem jest prosta linia północ-południe przebiegająca przez równik. Źródło: NOAA/GOES East}

Z upływem czasu długość ekliptyczna Słońca zwiększa się. Zwiększa się także deklinacja Słońca. Słońce porusza się po ekliptyce, której fragment znajduje się na północnej sferze niebieskiej. Słońce zakreśla krzywą spiralną, oddalając się od równika niebieskiego w kierunku niebieskiego bieguna północnego. W tym okresie wydłuża się długość dnia - Słońce znajduje się każdego dnia coraz wyżej nad horyzontem (na półkuli północnej). W trakcie trwania wiosny Słońce zakreśla łuk na ekliptyce między punktem Barana i stanowiskiem letnim.

Kiedy długość ekliptyczna Słońca wyniesie 90°, wówczas Słońce znajduje się w takim położeniu ekliptyki, gdzie jego odległość od równika niebieskiego w kierunku północnym jest największa. Mówi się, że Słońce osiągnęło stanowisko letnie. Rozpoczyna się astronomiczne lato, zwane przesileniem letnim. Od tej chwili każdego kolejnego dnia wysokość Słońca nad horyzontem maleje. Deklinacja Słońca zmniejsza się. Długość dnia skraca się. Słońce na sferze niebieskiej zakreśla krzywą spiralną przesuwając się w kierunku równika, w kierunku południowym. W okresie lata Słońce zakreśla łuk ekliptyki zawartej między stanowiskiem letnim i punktem Wagi.

Kiedy długość ekliptyczna Słońca wyniesie 180°, wówczas Słońce osiąga punkt Wagi (równonocy jesiennej). Rozpoczyna się astronomiczna jesień. Zrównanie długości dnia i nocy następuje kilka dni po dniu równonocy jesiennej. Podczas tranzytu Słońca przez punkt Wagi następuje przejście Słońca z niebieskiej półkuli północnej na półkulę południową. Wzrasta deklinacja ujemna Słońca. Długość dnia skraca się i jest krótsza od długości nocy. Podczas jesieni Słońce zakreśla łuk ekliptyki zawarty między punktem Wagi i stanowiskiem zimowym Słońca.

Chwila przejścia Słońca przez punkt o długości ekliptycznej 270° wyznacza nam przesilenie zimowe, czyli moment rozpoczęcia astronomicznej zimy. Słońce w okresie jesieni poruszało się na sferze niebieskiej po krzywej spiralnej, oddalając się od równika niebieskiego, osiągając w dniu przesilenia zimowego największą odległość od równika (tzw. stanowisko zimowe). Słońce kontynuując wędrówkę po ekliptyce zaczyna poruszać się na sferze niebieskiej po krzywej spiralnej zbliżając się do równika niebieskiego. Dzień staje się coraz dłuższy, chociaż w dalszym ciągu pozostaje krótszy od długości nocy. Ujemna deklinacja Słońca maleje, a wysokość Słońca nad horyzontem wzrasta. W okresie zimy Słońce przesunie się po ekliptyce od stanowiska zimowego do punktu Barana.

W momencie, kiedy Słońce osiąga punkt równonocy wiosennej, jego długość ekliptyczna jest równa 0°. Słońce przechodzi z niebieskiej półkuli południowej na północną i rozpoczyna się astronomiczna wiosna.

Na półkuli południowej przebieg pór roku i ruch Słońca na sferze niebieskiej przebiega odwrotnie w porównaniu z półkulą północną.

Długość następujących po sobie pór roku nie jest jednakowa, co wynika z faktu, że Ziemia porusza się po orbicie w przybliżeniu eliptycznej. Co ciekawe długość poszczególnych pór roku też nie jest stała. Przyczyny należy upatrywać w zmieniających się parametrach orbity ziemskiej, a dokładniej w wyniku zmian mimośrodu orbity ziemskiej oraz położenia peryhelium orbity Ziemi w stosunku do punktu Barana (długość peryhelium). Amplituda zmian mimośrodu orbity ziemskiej zależy od obiektów zaburzających tor, po którym porusza się Ziemia wokół Słońca tj. Jowisza, Saturna, a w mniejszym stopniu także od Wenus czy Marsa. Ważna jest tutaj ich konfiguracja na orbitach planetarnych względem Ziemi. Z obserwacji wynika, że obecnie wiosna skraca się średnio o 66 sekund rocznie, a lato wydłuża się średnio o 36 sekund rocznie. Jesień wydłuża się średnio o 63 sekundy rocznie. Zima natomiast skraca się średnio o 33 sekundy rocznie.

Tegoroczna wiosna na półkuli północnej rozpoczęła się 20 marca 2024 roku o godzinie 4:06.

^{*Wiosna astronomiczna często nazywana jest równonocą wiosenną. Nazwa pochodzi od zjawiska polegającego na zrównaniu długości dnia i nocy. W rzeczywistości zrównanie długości dnia i nocy następuje kilka dni wcześniej. Spowodowane jest to tym, że Ziemia posiada powłokę gazową, jaką jest atmosfera, która wywołuje zjawisko refrakcji. Refrakcja powoduje, że Słońce wschodzi wcześniej i zachodzi później w porównaniu z sytuacją, kiedy Ziemia nie byłaby otoczona atmosferą. Zjawisko refrakcji zatem wydłuża długość czasu, kiedy Słońce znajduje się nad horyzontem. Dokładne przyspieszenie lub opóźnienie zrównania długości dnia i nocy zależy od szerokości geograficznej miejsca obserwacji.

(Refrakcja wpływa także na azymut punktu wschodu i zachodu oraz zniekształcenie tarcz Słońca lub Księżyca - każdy obserwator obserwując wschód Słońca lub Księżyca spostrzegł, że tarcze obu ciał są nieco zniekształcone, są bardziej owalne. Dolny brzeg tarczy znajduje się bliżej horyzontu niż górny, co skutkuje tym, że dolny brzeg tarczy jest silniej zniekształcony w wyniku silniejszej refrakcji.)}

Więcej:

Opracowanie w ramach #AkademiaCMM w serwisie informacyjnym IMGW-PIB Centrum Modelowania Meteorologicznego

Autor: dr Grzegorz Duniec, IMGW-PIB CMM
Opracowanie: Magda Maszewska

Ilustracja: ślady wędrówki Słońca na niebie zarejestrowane na papierze światłoczułym zamkniętym w kamerze otworkowej, czas naświetlania: pół roku, fot. Marcin Lilla, AstroCamera 2023