Rzeki atmosferyczne: prawdziwe oberwanie chmury

12 i 13 października 2018 roku mieszkańcy Wielkiej Brytanii doświadczyli wyjątkowo nietypowej pogody. Podczas gdy we wschodniej części kraju świeciło słońce, a temperatura dochodziła do 26 stopni, zachodnia część walczyła z najgorszymi od 50 lat powodziami: w wyższych partiach Walii przez 2 dni spadło prawie 200 mm deszczu. Choć zazwyczaj strefy opadów w Wielkiej Brytanii przesuwają się z zachodu na wschód, 13 października front był zupełnie inny – przemieszczał się z południa na północ, „karmiąc się” ciepłym, wilgotnym powietrzem znad tropikalnego Atlantyku. Takie długie, wąskie strumienie powietrza niosące ogromne ilości pary wodnej znad regionów równikowych oceanów w stronę obszarów polarnych bywają nazywane „rzekami atmosferycznymi” i często są przyczyną wysokich, a niejednokrotnie ekstremalnych opadów w różnych miejscach na Ziemi.

Rysunek 1. Rzeka atmosferyczna niosąca 18 listopada 2018 r. wilgoć znad Morza Karaibskiego przez Atlantyk nad Azory i dalej na północ. Wizualizacja: earth.nullschool.net.

Rzeki atmosferyczne mają szerokość kilkuset kilometrów, długość kilku tysięcy kilometrów i mogą nieść w postaci pary wodnej tyle wody co Amazonka u swojego ujścia. Takie zjawiska są często spotykane – przeciętnie w atmosferze Ziemi jest ich jednocześnie około dziesięciu.

Rzeki atmosferyczne zaopatrują w wodę wiele regionów. Dostarczają 30-50% opadów podczas pory wilgotnej w kontynentalnej części USA i 20-30% na sporej części obszarów Europy. Potrafią jednak przynieść także niszczycielskie powodzie. Zaobserwowano, że na zachodnim wybrzeżu Europy (Wielka Brytania, Francja, Norwegia) 8 wśród 10 najsilniejszych epizodów opadowych związanych jest z rzekami atmosferycznymi, co powoduje, że na przykład w Wielkiej Brytanii są one przyczyną 40-80% zimowych podtopień i powodzi. Rzeki atmosferyczne potrafią sięgać też dalej w głąb lądu – nawet nad obszar Niemiec czy Polski (D. A. Lavers i in., 2012, D. A. Lavers i G. Villarini, 2013, A. E. Payne i G. Magnusdottir, 2014, L. Gimeno i in., 2014, D. A. Lavers i G. Villarini, 2015, A. M. Ramos i in., 2018).

Rysunek 2. A: Opad potencjalny, czyli zawartość wody w kolumnie powietrza od powierzchni do najwyższych warstw atmosfery (ang. Integral of total column of water vapour, IWV) w godzinach 0-18 UTC 19 listopada 2009, pokazująca rzekę atmosferyczną związaną z ekstremalnymi opadami na terenie Wielkiej Brytanii. B: Obszary, na których widać rzeki atmosferyczne (w czerwonych kółkach) oraz obszary lądowe, gdzie odnotowano pojawienie się rzek atmosferycznych, które spowodowały ekstremalne ulewy i powodzie (białe kółka). Źródło: L. Gimeno i in., 2014.

Nic więc dziwnego, że zjawiska te interesują badaczy, szczególnie w kontekście zmiany klimatu. Większa ilość danych na temat rzek atmosferycznych dostępna jest jednak głównie dla dwóch obszarów świata: zachodniego wybrzeża USA i Europy Zachodniej. Na dodatek te dane, ze względu m.in. na odmienną metodykę identyfikacji rzek atmosferycznych, trudno ze sobą porównywać. Jednak ostatnio zespół badaczy podjął to wyzwanie, aby określić przyszłe wieloletnie trendy w kształtowaniu się rzek atmosferycznych i ilości niesionej przez nie wody (Espinoza i in., 2018). Z analizy wynika, że w przypadku scenariusza „Biznes-jak-zwykle” rzek atmosferycznych będzie około 10% mniej globalnie, ale będą o około 25% szersze i dłuższe. W związku z tym częstość związanych z nimi zdarzeń, takich jak ulewy i silne wiatry, wzrośnie na całym świecie o połowę, a intensywnych burz – prawie podwoi się.

 Rysunek 3: Planowanie lotów pomiarowych badających rzeki atmosferyczne w Scripps Institution of Oceanography. Źródło: CW3E/Scripps Institution of Oceanography at UC San Diego.

Wyraźny związek rysujący się pomiędzy stopniem ocieplenia klimatu, a częstotliwością i uciążliwością warunków związanych z rzekami atmosferycznymi powoduje, że w wielu obszarach trzeba będzie zmienić plany zabezpieczenia przeciwpowodziowego. Na przykład w Kalifornii, praktycznie wszystkie największe w historii powodzie rzeczne związane były z opadami wywołanymi rzekami atmosferycznymi. Ponieważ w cieplejszym klimacie w tym regionie wydłuży się sezon występowania rzek atmosferycznych i będą one transportować więcej pary wodnej, będzie on zagrożony częstszymi i silniejszymi powodziami. Podobnego scenariusza należy spodziewać się w Europie, gdyż pod koniec wieku wzrośnie liczba (nawet dwukrotnie) i intensywność rzek atmosferycznych nad północnym Atlantykiem (M. Dettinger, 2011, D. A. Lavers i G. Villarini, 2013, L. Gimeno i in., 2014, A. E. Payne i G. Magnusdottir, 2015).

Rysunek 4: Schemat powstawania gwałtownych opadów z rzeki atmosferycznej „napływającej” nad Kalifornię. Źródło: NOAA.

Jak podsumowuje główna autorka pracy Espinoza i in., 2018:

Wiedza, w jaki sposób zjawiska związane z rzekami atmosferycznymi mogą zmienić się w przyszłych warunkach klimatycznych, pozwala naukowcom, samorządom i mieszkańcom żyjącym w regionach podatnych na te zdarzenia, na przykład w zachodnich USA, na zachodzie Ameryki Południowej, południu Afryki, Nowej Zelandii i zachodniej Europie, zrozumieć potencjalne implikacje, takie jak zmiany w ekstremalnych epizodach opadowych

Badania zachowania rzek atmosferycznych mają więc bardzo konkretne, praktyczne znaczenie przy planowaniu działań koniecznych do uchronienia przed zniszczeniem m.in. wrażliwej infrastruktury. Wpisują się też w grupę badań, które pokazują, że im bardziej zmienimy klimat, tym te działania będą trudniejsze i bardziej kosztowne.

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna prof. dr. hab. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2019-03-04 10:47
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.