Biometeorologia i bioklimatologia jest nauką badającą wpływ czynników biometeorologicznych, geograficznych i kosmicznych na funkcjonowanie organizmów żywych. Ze względu na intensywny rozwój nauk meteorologicznych, klimatycznych i medycznych oraz coraz większe zainteresowanie tą dziedziną przeżywa ona burzliwy rozwój. Obecnie wyróżnić można z biometeorologii następujące kierunki: zoobiometeorologię, zajmującą się reakcjami organizmów zwierzęcych na organizmy żywe; fitobiometeorologię swymi zainteresowaniami obejmującą wpływ pogody na organizmy zwierzęce; oraz biometeorologię człowieka badającą wpływ typów pogody na człowieka. Ze względu na znaczny rozwój tej właśnie nauki biometeorologię dzieli się na meteorofizjologię ( zajmuje się ona wpływem klimatu i pogody na funkcjonowanie zdrowego organizmu człowieka ) oraz na meteoropatologię ( zajmującą się wpływem typów pogody na organizm człowieka chorego ).

    Biometeorologia jest nauką interdyscyplinarną wykorzystującą wiedzę z dziedziny meteorologii, klimatologii, geografii, medycyny oraz biologii. Jako pierwsze opracowanie z tej dziedziny uważa się traktat Hipokratesa (V-IV w p.n.e.) pod tytułem "O powietrzu, wodach, i okolicach", w której określił dość szczegółowo wpływ klimatu na rozwój fizyczny i psychiczny człowieka. W opracowaniu tym Hipoktrates stwierdził, iż   "...należy rozważać skutki, które może wywierać każda z pór roku; pory roku są bowiem jednakowe, lecz różnią się znacznie zarówno same w sobie, jak i w swoich przemianach... wraz z porami roku choroby ludzi zmieniają się...".

Za prekursorów współczesnej bioklimatologii uznaje się natomiast A. Humboldta oraz Ch. Hufelanda, którzy jako pierwsi wprowadzili metody naukowe (statystyczne) do określania zależności występowania określonych chorób od zmian pogodowych. Szczególną rolę odegrał przede wszystkim Humboldt, ponieważ jako pierwszy sformułował definicję bioklimatu, określając go jako "zespół czynników atmosferycznych, które działają pobudzająco na receptory zmysłowe człowieka".

Obecne kierunki badań z zakresu biometeorologii człowieka skupiają się na określeniu typów sytuacji meteorologicznych, które są najbardziej meteorotropowych.

    Istotnym elementem warunkującym funkcjonowanie elementów żywych jest pogoda, a przede wszystkim klimat danego obszaru. Jest to czynnik determinujący zarówno wygląd zewnętrzny, szybkość procesów życiowych, oraz sposobu życia zarówno ludzi, zwierząt jak i roślin. Nie poznane do końca tajniki wpływu poszczególnych elementów pogody na życie organizmów żywych wymusza stosowanie uogólnień, do których w biometeorologii zalicza się zespoły pogodowe. Są to elementy opisujące aktualny stan atmosfery działające podobnie na organizmy żywe. W praktyce stosuje się obecnie 6 zespołów czynników, do których należą:

- zespół czynników termicznych - mający wpływ na gospodarkę cieplną organizmów żywych a w szczególności stałocieplnych, zalicza się do nich temperaturę powietrza , natężenie promieniowania podczerwonego i wilgotności względnej,

- zespół czynników chemicznych - do których należy ciśnienie cząstkowe tlenu, stężenie tzw. ozonu dolnego, dwutlenku węgla, oraz innych areozoli naturalnych oraz zanieczyszczeń,

- zespół czynników areodynamicznych i barycznych - oddziaływujących mechanicznie,

- zespół czynników neuropsychotropowych atmosfery - działających bodźcowo na organizm człowieka, w szczególności krótkotrwałych zmian pogodowych, wieloczynnikowych, których bliższe zdefiniowanie jest niemożliwe, są to np. zmiany samopoczucia związane z fenem,

- zespół elektryczności atmosferycznej - do którego zalicza się takie elementy jak natężenie pola elektrycznego Ziemi, jonizacja powietrza, fale elektromagnetyczne, oraz pole magnetyczne Ziemi,

- promieniowanie ultrafioletowe.

    Jako bodźcowo działające uważa się te wartości charakteryzujące stan pogody, które przekraczają zdolność homeostazy lub wyzwalające reakcje stresowe organizmów.

Tab. 1 Ekstremalne wartości niektórych parametrów pogodowych.

    Badaniem wpływu poszczególnych czynników meteorologicznych na człowieka zajmuje się bezpośrednio biosynoptyka. Wyróżnia ona kilka sytuacji biometeotropowych, podczas występowania których nasilają się objawy chorobowe u osób chrych jak subiektywne odczucia chorobowe u osób chorych. Do takich sytuacji zalicza się przede wszystkim nagłe zmiany pogodowe, zktórymi wiążą się nagłe zmiany parametrów wartości opisujących stan atmosfery. Ważnym czynnikiem w analizie biometeorologicznego stanu pogody jest uwzględnienie czynników geograficznych takich jak ukształtowanie powierzchni, odległość od zbiorników wodnych ( w szczególności obszarów morskich ), sezonowości klimatycznej zarówno dobowej, sezonowej i rocznej, a także wpływów kosmicznych, z których najważniejszym jest m.in. 11 letni cykl aktywności słonecznej.

    Dla potrzeb biometeorologii człowieka zostało opracowanych kilkanaście prób klasyfikacji typów stanu pogody, z których największą popularność zdobyła sobie klasyfikacja Ungeheuera. Zakłada ona, że podczas normalnego rytmicznego przebiegu pogody procesy biologiczne przebiegają normalnie. Każde zakłócenie tego przebiegu pociąga za sobą reakcje meteotropowe. Jako najważniejsze czynniki warunkujące wyróznienie typów pogody dla potrzeb biometeorologii człowieka przyjęto odchylenia od przebiegu normalnego temperatury powietrza atmosferycznego oraz wilgotności względnej. Pozwoliło to na wróżnienie 6 typów pogody bodźcowej:

- typ 1 - średnio ładnej pogody,

- typ 2 - pięknej pogody,

- typ 3 - pogody ładnej fenowej,

- typ 4 - rozpoczynającej się zmiany pogody,

- typ 5 - całkowicie zmiennej pogody,

- typ 6 - rozpoczynającego się uspokojenia pogody.

    Typy od 1-3 kształtowane są przez promieniowanie słoneczne i wykazują normalną lub prawie normalną zmienność dobową przebiegu warunków meteorologicznych, typy 4-5 to stan pogody związany z przechodzeniem frontów atmosferycznych, gdzie notuje się znaczne odchylenia od normalnego przebiegu wartości elementów meteorologicznych oraz typ 6 gdzie zaburzony rytm przebiegu wartości meteorologicznych powoli ulega stabilizacji. Za najbardziej biometeotropowe typy pogody Ungeheuer uznał typy od 3 do 6.

    W typie 3 dokonano podziału na dwa etapy a i f. W fazie 3a pogodę kształtuje wyż ( zachodnia lub centralna jego część ) do którego zbliża się układ niżowy. Nocne wypromieniowanie oraz stały wzrost temperatury w ciągu dnia determinują normalny przebieg dobowy zarówno temperatury jak i wilgotności względnej. Dopiero pod koniec trwania fazy 3a przebieg ten zostaje zaburzony poprzez zbliżanie się frontu ciepłego lub okluzji. Faza 3f charakterystyczne jest dla obszarów górskich, a w szczególności zawietrznych obszarów tego pasma. Kiedy powietrze w nocy ochładza się następuje zjawisko wiatru fenowego, naruszając tym samym dobowy przebieg wskaźnikowych wartości stanu pogody.

    W typie 4 mamy do czynienia  z sytuacją przechodzenia przez punkt obserwatora frontu ciepłego oraz napływem ciepłej i wilgotnej masy powietrza. Obserwowany jest wzrost zachmurzenia poczynając od chmur piętra wysokiego oraz pojawiają się opady o charakterze ciągłym. Ulega zmianie dobowy rytm przebiegu wartości meteorologicznych.

    W typie 5 pogodę kształtują warunki charakterystyczne dla przechodzenia frontu chłodnego, ze zmiennym zachmurzeniem, przelotnymi opadami deszczu oraz burzami i szkwałami. Ciśnienie po przejściu frontu wykazuje tendencję rosnącą. Dobowy przebieg temperatury powietrza, jak i wilgotności względnej jest zaburzony i wykazuje cechy stłumienia.

    W typie 6 przebieg pogody związany jest z tylną częścią niżu po przejściu frontu chłodnego w rejonie możliwości uaktywnienia się drugorzędnych frontów chłodnych. Początkowo masa powietrza jest chłodna i wilgotna w miarę rozbudowy wyżu atmosferycznego staje się bardziej sucha i cieplejsza, dobowa zmienność parametrów  temperatury i wilgotności powietrza atmosferycznego powoli powraca do stanu normalnego.

Klasyfikacja ta zawiera kilka wad a jedną z podstawowych jest ta, iż zawiera dużo uogólnień i klasyfikacja do danego typu pogody, przy całej złożoności procesów ją kształtujących jest problematyczna.

    W Polsce stosowana jest odmienny sposób określania klasyfikacji do poszczególnych stanów   oddziaływania bodźcowego stanów pogodowych. Za kryterium decydujące przyjęto tu sytuację baryczną oraz jej zmienność oraz odległość punktu obserwacyjnego od centrów układów barycznych. W skrócie można przyjąć, iż według tej metody najbardziej bodźcowa pogoda to taka w której zmany pola ciśnienia atmosferycznego przebiegają szybko i niecyklicznie, natomiast pogoda charakteryzująca się dużym zachmurzeniem i opadami, lecz stabilna nie obciąża w sposób znaczący procesów fizjologicznych człowieka. Taki typ stabilnej, lecz "złej" pogody charakterystyczny jest dla tzw. zgniłych wyżów. Według badaczy posługujących się powyższą klasyfikacją biometeorologiczną pogody najbardziej niekorzystne warunki biometeorologiczne występują przy zmianie masy powietrza ( szczególnie gdy charakteryzują się diametralnie różnymi cechami fizycznymi ) np. gdy w półroczu chłodnym suche i mroźne powietrze pochodzenia arktyczno kontynentalnego związane z występowaniem wyżu rosyjskiego jest wypierane przez niż znad północnego Atlantyku i napierające wraz z nim powietrze pochodzenia polarno morskiego ( oprócz zmien cech fizycznych obu mas powietrza mamy do czynienia ze zmianami ciśnienia atmosferycznego i ewolucją układów barycznych ). Warunki biometeorologiczne ulegają także znacznemu pogorszeniu podczas przechodzenia frontów atmosferycznych oraz chwiejnej równowadze masy powietrza. Pogoda w wyżu atmosferycznym jednak we wszystkich klasyfikacjach uznawana jest za stabilną pod względem biometeorologicznym.

     W wyniku ewolucji wpływ klimatu i stanów pogodowych na organizmy żywe ulegał ciągłym zmianom dążącym do największego uniezależnienia się od ich wpływu. Zwiększyły się warunki adaptacyjne do panujących warunków atmosferycznych. Jednak osiągnięcie pełnej niezależności jest niemożliwe nawet w odniesieniu do człowieka. Najdobitniejszym tego przykładem jest stan pogody obfitujący w skrajności mierzonych wartości pogodowych np. obfite opady, burze, huraganowe wiatry i susze.

    Bodźcowe oddziaływanie na organizm człowieka poszczególnych warunków meteorologicznych uzależnione jest od poziomu odporności zarówno fizjologicznej jak i psychicznej. Co za tym idzie najbardziej niekorzystny oraz korzystny wpływ pogody na organizm ludzki ma miejsce podczas choroby. Do chorób meteotropowych zalicza się m.in. reumatyzm, dychawica oskrzelowa, oraz choroby układu krążenia.

    Temperatura powietrza determinuje gospodarkę cieplną organizmu i intensywność przenoszenia ciepła przez skórę ( np. poprzez regulację temperatury skóry poprzez intensywność parowania ). Szybki napływ ciepłego powietrza powoduje u człowieka przspieszenie tętna, obniżenie ciśnienia tętniczego krwi, zwiększenie wentylacji płuc, zwiększenie krążenia krwi i tym podobne. Istotnym zagadnieniem dotyczącym temperatury powietrza jest tzw. temperatura odczuwalna ( ang. wind chill ), której istnienie odkryto w latach czterdziestych podczas badań nad czasem zamarzania wody w otwartej przestrzeni. Paul Splee oraz Charles Passel prowadząc badanie na Antarktydzie doszli do wniosku iż czas zamarzania wody w zbiorniku umieszczonym na otwartej przestrzeni jest uzależniony nie tylko od temperatury powietrza ale też od prędkości wiatru. Wniosek ten sprawił, iż zaczęto badać wpływ temperatury powietrza i prędkości wiatru na reakcję organizmów żywych oraz w przypadku człowieka na sposób odczuwania temperatury powietrza.

Tab. 2 Zależność pomiędzy temperaturą powietrza a prędkością wiatru.

Przygotował,
Wojciech Czarnecki