Na powierzchni Ziemi notujemy bardzo duże zróżnicowanie warunków klimatycznych, od bardzo gorących i wilgotnych w strefie okołorównikowej, poprzez suche i gorące warunki pustyń i stepów, do cechujących się dużą zmiennością pogody obu stref umiarkowanych i aż surowego, mroźnego i silnie wietrznego klimatu stref podbiegunowych. Rozwój kontaktów międzynarodowych, zwłaszcza turystyki zagranicznej, sprawia, że coraz więcej osób interesuje się warunkami bioklimatycznymi różnych krajów i regionów. Zainteresowanie to jest w pełni uzasadnione, ze względu na wpływ, jaki czynniki klimatyczne wywierają na organizm człowieka i jego zdrowie.
Przyczyną zróżnicowania klimatu na kuli ziemskiej jest przede wszystkim nierównomierny dopływ energii promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi w różnych szerokościach geograficznych, co uzależnione jest w istotny sposób od wysokości słońca nad horyzontem. Wysokość słońca maleje bowiem od równika do biegunów i odpowiednio maleje też ilość otrzymywanej energii cieplnej na jednostkę powierzchni. Ten podstawowy fakt znalazł odzwierciedlenie w samej nazwie klimatu, słowo klimat wywodzi się bowiem z greckiego słowa „kli-ma„, oznaczającego stan, nachylenie – w znaczeniu kąta padania promieni słonecznych. Na tym kryterium opiera się najprostszy system klasyfikacji klimatu kuli ziemskiej na międzyzwrotnikową strefę klimatu gorącego, dwie strefy klimatu umiarkowanego – od zwrotników do kół podbiegunowych (północnego i południowego) oraz na dwie strefy polarne okołobiegunowe.
W klasyfikacji bioklimatycznej podstawę oceny stanowi stopień bodźcowego oddziaływania klimatu w danej miejscowości czy regionie. Czynniki meteorologiczne łączy się w tym celu w kilka grup zależnie od tego, jaki rodzaj bodźców reprezentują. Częstość występowania bardzo wysokich i niskich temperatur – upałów lub silnych mrozów z towarzyszącą im wilgotnością powietrza i prędkością wiatru określają, łącznie natężenie bodźców cieplnych i są podstawą do oceny warunków termicznych odczuwalnych środowiska atmosferycznego w różnych regionach.
W klasyfikacji bioklimatologicznej, uwzględniającej ilościowe i jakościowe zróżnicowanie przestrzenne bodźców klimatycznych, przyjmuje się najczęściej podział klimatu na nizinny, nadmorski i górski, wyodrębnia się też klimat leśny i klimat miast.
Jednym z głównych czynników klimatotwórczych jest wzniesienie terenu nad poziom morza, czyli położenie hipsometryczne. Na tej podstawie wyróżnia się klimat nizinny (poniżej 300 m n.p.m.) i górski.
W klimatofizjologicznej ocenie bodźców klimatu górskiego wyodrębnia się ponadto trzy jego odmiany na podstawie wysokości: 300-500 m n.p.m. – klimat podgórski (śródgórski); 500-700 m n.p.m. - górski i ponad 750 m n.p.m. – klimat wysokogórski. Głównym kryterium w tej ocenie jest obniżające się z wysokością ciśnienie cząsteczkowe tlenu, którego niedobór we wdychanym powietrzu jest bodźcem pobudzającym czynność układu oddechowego i krwiotwórczego.
Na właściwości bioklimatyczne wpływa też modyfikująco odległość danego obszaru od mórz i oceanów. Bliskość morza zaznacza się w złagodzeniu amplitud dobowych i rocznych temperatury i wilgotności powietrza na obszarach leżących w zasięgu oddziaływania dużych zbiorników wodnych.) Wpływ tego czynnika klimatotwórczego znajduje swój wyraz w wyodrębnianiu klimatu nadmorskiego i jako przeciwstawienie – klimatu kontynentalnego.
Oprócz wielkoprzestrzennych zmian klimatu w skali regionu, na terenach o bardziej urozmaiconej rzeźbie i szacie roślinnej występuje zawsze bardzo wyraźnie zaznaczające się zróżnicowanie lokalnych warunków bioklimatycznych. Zjawisko to znamy wszyscy z własnego doświadczenia, obserwowaliśmy je nieraz widząc jak na wiosnę na jednych zboczach zalegają jeszcze płaty śniegu, a na innych, bardziej nasłonecznionych, zieleni się już trawa czy rośliny uprawne.
Bioklimat Polski
Obszar naszego kraju leży w zasięgu umiarkowanej strefy klimatycznej, która cechuje się dużą zmiennością cyrkulacji powietrza – z wyraźną przewagą wiatru z kierunków zachodnich. Otwarty, równinny obszar północno-zachodniej i środkowej Europy sprzyja w tym układzie swobodnemu napływowi na obszar naszego kraju różnych mas powietrza – chłodnego polarnego lub zimnego arktycznego z północy, ciepłego powietrza podzwrotnikowego – czystego i wilgotnego znad oceanów lub powietrza suchego i bardziej zanieczyszczonego, które wędrowało nad kontynentem. Wynikiem swobodnego napływu mas powietrza oraz ścierania się wpływów klimatycznych Oceanu Atlantyckiego i wielkiego lądu euroazjatyckiego jest duża zmienność pogód, która stanowi charakterystyczną cechę klimatu Polski. Zmienność ta ma też istotne znaczenie bioklimatyczne – oznacza bowiem częste, a zarazem stosunkowo duże zmiany w natężeniu zespołu bodźców klimatycznych, które wymagają od naszego organizmu sprawności i częstego przystosowywania się do zmiennych warunków środowiska atmosferycznego.
Warunki bioklimatyczne regionu nizinnego
Podstawą klasyfikacji klimatu nizinnego jest wzniesienie terenu w granicach do 300 m n.p.m. Z tego faktu wynikają już pewne konsekwencje klimatyczne, a mianowicie, że ciśnienie powietrza oraz temperatura powietrza na terenach nizinnych są zwykle wyższe w stosunku do wartości reprezentatywnych dla danego regionu geograficznego (szerokości geograficznej). Jest bowiem rzeczą oczywistą, że klimat nizinny w strefie równikowej będzie różnił się wartościami czynników meteorologicznych od klimatu nizinnego strefy umiarkowanej czy polarnej. Klimat nizinny, jako typowy dla przeważającego obszaru Polski, przyjmowany jest najczęściej jako punkt odniesienia w porównawczej charakterystyce regionów bioklimatycznych naszego kraju. Jest to także klimat, w którym żyje i do którego zaadaptowała się przeważająca część ludności naszego kraju (około 90% terenu Polski to niziny). Również z tego względu warunki bioklimatyczne regionu nizinnego Polski ocenia się jako stosunkowo słabiej bodźcowe. Oznacza to, że zmiana miejsca pobytu w obrębie nizinnego regionu klimatycznego nie pociąga za sobą konieczności aklimatyzacji organizmu do nowych warunków.
Klimat nizinno-leśny stanowi łagodniejszą formę klimatu nizinnego, cechuje się bowiem mniejszym natężeniem i bardziej wyrównanym przebiegiem bodźców klimatycznych. Jest to wynikiem wpływu rozleglejszych zespołów zieleni na zmniejszenie amplitud dobowych i rocznych temperatury powietrza, na wyższą i bardziej wyrównaną w swym przebiegu wilgotność powietrza, na osłabienie prędkości wiatru, a także ograniczenie przez zieleń dopływu promieniowania słonecznego. Większe zespoły zieleni przyczyniają się do podniesienia walorów higienicznych powietrza. Zieleń spełnia bowiem „rolę filtra”, oczyszczając powietrze z pyłów, pochłania też niektóre zanieczyszczenia gazowe, poza tym nasyca powietrze substancjami aromatycznymi, w skład których wchodzą tzw. fitoncydy, wykazujące działanie bakteriobójcze. Z punktu widzenia klimatologii lekarskiej, klimat nizinny, a zwłaszcza nizinno-leśny, określany jest ogólnie jako stosunkowo słabo bodźcowy – w porównaniu z klimatem górskim czy nadmorskim ze względu na wartości charakteryzujących go czynników meteorologicznych, a także dlatego, że jest klimatem, w którym żyje i do którego zaadoptowana jest zdecydowana większość mieszkańców naszego kraju.
Warunki bioklimatyczne regionu górskiego
Specyficzną cechą klimatu górskiego jest obniżanie się ciśnienia powietrza w miarę wzrostu wysokości (8 mmHg na 100 m wzniesienia). Równolegle z obniżającym się w sposób regularny ciśnieniem atmosferycznym maleje proporcjonalnie ciśnienie cząsteczkowe tlenu. Niedobór tlenu w powietrzu, zwiększający się wraz z wysokością, stanowi specyficzną właściwość klimatu górskiego, a zarazem główne kryterium w ocenie jego bodźcowości i podstawę klasyfikacji klimatofizjologicznej. W przystosowanej do naszych warunków geograficznych klasyfikacji wg A. Sabatowskiego wyodrębniamy trzy odmiany klimatu górskiego, a mianowicie: stosunkowo najmniej bodźcowy klimat podgórski (300—500 m n.p.m.) określony też jako śródgórski (zwłaszcza wtedy, gdy chodzi o warunki rozległych kotlin, położonych wśród masywów górskich) klimat górski (500—750 m n.p.m.), stanowiący bardziej bodźcową odmianę, nazywany też średniogórskim. Tereny wzniesione powyżej 750 m n.p.m. zaliczane są w naszych warunkach geograficznych już do typu klimatu wysokogórskiego.
Powietrze w górach jest suche. Mimo bowiem stosunkowo dużych opadów, woda nie tyle wsiąka w glebę, ile spływa po zboczach do górskich strumieni. Im wyżej wzniesione są tereny górskie, tym powietrze jest bardziej chłodne i bardziej suche. Położenie hipsometyczne wpływa też na stan higieniczny środowiska atmosferycznego: im wyżej położone są tereny, tym powietrze jest mniej zanieczyszczone. Oznacza to praktycznie, że w terenach górskich zmieniają się z wysokością warunki termiczne odczuwalne i że zwiększają się walory higieniczne środowiska atmosferycznego.
Cechą charakterystyczną klimatu górskiego jest stosunkowo duże natężenie promieniowania słonecznego, przenikającego podczas małochmurnej pogody bez większych strat przez czyste, suche i mniej gęste powietrze górskie. W takim środowisku atmosferycznym zmniejsza się bowiem pochłanianie i rozpraszanie promieni słonecznych. Natężenie promieniowania wzrasta z wysokością. Przyrost ten początkowo jest rzędu 2—4% na 100 m wzniesienia, lecz stopniowo maleje, tak że w partiach wysokogórskich szczytów natężenie całkowitego promieniowania słońca wzrasta już tylko w około 1% na 100 m wzniesienia.
W górach natężenie promieniowania wzrasta dodatkowo w wyniku dużej ilości promieniowania odbitego od powierzchni śniegu. Albedo[1] śniegu należy bowiem do największych, dochodząc w przypadku świeżej, dostatecznie grubej warstwy śniegu, do 90%.
Właściwości bioklimatyczne regionu nadmorskiego
Właściwości bioklimatyczne Wybrzeża różnią się od właściwości klimatu nizinnego wnętrza kraju, kształtują się bowiem pod modyfikującym wpływem wielkiej powierzchni wodnej. Efektem oddziaływania morza jest zatem zmniejszenie dobowych i rocznych amplitud termicznych na Wybrzeżu.. Odzwierciedlają to wartości maksymalne i minimalne temperatury powietrza, określające rozpiętość bodźców klimatycznych na Wybrzeżu w porównaniu z wartościami reprezentatywnymi dla obszarów wewnątrz lądu, reprezentujących klimat kontynentalny. Klimat nadmorski naszych szerokości geograficznych cechuje się jednak – w porównaniu z klimatem nizinnym wnętrza kraju – przewagą czynników o charakterze bodźcowym. Nad morzem wzrasta bowiem wielkość ochładzająca powietrza (łączny ochładzający wpływ temperatury, wilgotności i ruchu powietrza), głównie w wyniku częstszego występowania wiatru o średniej i dużej prędkości, łącznie z podwyższoną wilgotnością powietrza. Pod wpływem silniejszego wiatru kształtuje się wielkość ochładzająca powietrza, stanowiąca pierwszorzędny czynnik bodźcowy klimatu Wybrzeża. Oddziaływaniu tego czynnika przypisać można korzystny wpływ na termoregulację i hartowanie organizmu człowieka podczas pobytu nad morzem.
Warunki bioklimatyczne miast
Warunki bioklimatyczne środowiska zurbanizowanego są przykładem zmian w biosferze, zachodzących w wyniku działalności gospodarczej człowieka. Modyfikacja warunków bioklimatycznych miast zależy w dużej mierze od ich wielkości, lecz także od położenia topograficznego miasta (na wzgórzu, w dolinie, na zboczu), stanu zazielenienia, charakteru zabudowy miejskiej itd. Na zmiany środowiska atmosferycznego w miastach wpływa głównie:
1) zakłócenie równowagi radiacyjnej i termiczno-wilgotnościowej w wyniku zmian właściwości podłoża,
2) emisja do atmosfery wielkich ilości zanieczyszczeń i energii cieplnej
3) osłabienie naturalnej wymiany powietrza przez zwartą zabudowę
Zmiany środowisk zurbanizowanych i uprzemysłowionych są ponadto modyfikowane zredukowaniem naturalnej szaty roślinnej i zmianami stosunków hydrogeologicznych.
Zasadniczą cechą klimatu miast, wyróżniającą środowisko zurbanizowane od naturalnego, jest wzrastające zanieczyszczenie powietrza przez pyły, dymy oraz toksyczne zanieczyszczenia gazowe.
Typowymi zanieczyszczeniami powietrza w miastach są produkty spalania paliw stałych i płynnych: pyły, dymy, dwutlenek siarki i dwutlenek węgla. Opad pyłu oraz stężenie dwutlenku siarki są podstawowymi wskaźnikami zanieczyszczenia powietrza i głównymi kryteriami w ocenie stanu higienicznego środowiska atmosferycznego.
W niesprzyjających warunkach atmosferycznych – podczas dłuższych okresów bezwietrznych, przy zstępujących ruchach powietrza i inwersyjnym układzie temperatury powietrza (tzw. pogody inwersyjnej) — dochodzi często do znacznego kumulowania się zanieczyszczeń w powietrzu, niekiedy do występowania tzw. „smogu”, czyli bardzo brudnej, gęstej mgły. Smog występuje najczęściej w okresie jesienno-zimowym. W powietrzu zanieczyszczonym następuje szybki proces utleniania się dwutlenku siarki w kropelkach mgły na aerozol kwasu siarkowego, bardziej toksyczny od zanieczyszczeń gazowych. Ziarna pyłów zawierające sole metali przyspieszają ten proces.
Pod wpływem działania promieniowania słonecznego na zanieczyszczone powietrze powstaje tzw. smog fotochemiczny. Następuje bowiem utlenianie również na aerozol kwasu siarkowego, a w wyniku tego procesu powstają kwaśne mgły submikronowe, nazywane także „białym smogiem”.
W miastach charakteryzujących się znacznym stężeniem spalin samochodowych pod działaniem promieni słonecznych występuje inna odmiana smogu fotochemicznego, tzw. smog utleniający, który powstaje w wyniku reakcji tlenków azotu z węglowodorami. Nad miastem pojawia się często toksyczna mgła zawierająca tlenki azotu, nadtlenki organiczne i ozon, wywołująca między innymi podrażnienie błon śluzowych, uszkodzenie roślinności itd. Podczas występowania smogu utleniającego wykryto ponad 60 substancji zanieczyszczających powietrze, a stężenie ozonu wzrastało 20-krotnie. Składniki organiczne w obecności utleniaczy tworzą w powietrzu substancje działające drażniąco na błony śluzowe oczu. Związki te powstają w reakcjach chemicznych między powstałym fotochemicznie ozonem i węglowodorami z gazów spalinowych. Wiele substancji tworzących aerozol w środowisku atmosferycznym miasta cechuję się toksycznością i szkodliwym wpływem na zdrowie. Na szczególną uwagę zasługują 2,4-benzopireny, wykazujące działanie rakotwórcze. Stężenie ich w atmosferze waha się w szerokich granicach — od 0,1 do 300 mg/1000 m3 powietrza. W niezamieszkanych obszarach benzopireny w powietrzu nie występują.
Zapylenie i zadymienie powietrza w mieście wpływa również na zmianę właściwości elektrycznych atmosfery. Badania jonizacji powietrza przeprowadzone w różnych miastach wskazują zgodnie na zwiększanie się w środowisku zurbanizowanym koncentracji dużych jonów (aerozolowych) w powietrzu oraz wzrastającą przewagę jonów z dodatnim ładunkiem elektrycznym w porównaniu ze stanem jonizacji w naturalnym środowisku atmosferycznym. Oznacza to pogorszenie właściwości biometeorologicznych i higienicznych powietrza – tym bardziej, że ładunek elektryczny ułatwia przenikanie obdarzonych nim cząsteczek aerozolu do głębszych partii dróg oddechowych i przez te przyspiesza i zwiększa efekty toksycznego działania zanieczyszczeń zawartych w powietrzu.
Warunki termiczno-wilgotnościowe ulegają również znacznej modyfikacji w zurbanizowanym środowisku wielkomiejskim. Zabudowa miejska oraz zmieniony charakter podłoża wpływają bowiem na} podwyższenie temperatury powietrza, zmniejszenie prędkości wiatru, osłabienie procesów wentylacyjnych oraz rozkład przestrzenny opadów.
1 albedo oznacza ilość (%) promieniowania słonecznego, które zostaje odbite od powierzchni, na którą pada