Pandemia, klimat i klimatologia

COVID-19 - ten temat nie schodzi z czołówek serwsów informacyjnych, więc również my postanowiliśmy go poruszyć. Specjalnie dla nas Piotr Florek z Met Office Hadley Centre podsumowuje, czy i jak pandemia COVID-19 wiąże się z klimatem, czy i jak może na niego wpłynąć oraz jak już teraz odbija się na jego badaniach.   

COVID-19 opanowuje świat. Ilustracja: Geralt, licencja Pixabay.

Klimat a COVID-19

Wiele wirusów atakujących układ oddechowy, takich jak grypa, powoduje więcej zachorowań na naszych szerokościach geograficznych w chłodniejszym okresie roku. W przypadku grypy mówi się nawet o „sezonie grypowym”, ze szczytem zachorowań przypadającym na luty, marzec i kwiecień. Przyczyny tego zjawiska nie są do końca znane i istnieje wiele (niewykluczających się) hipotez tłumaczących, dlaczego zimą częściej się choruje:

  • więcej ludzi przebywa w bezpośrednim kontakcie ze sobą w pomieszczeniach zamkniętych;
  • wirusy mają większą szansę na przetrwanie w niższych temperaturach;
  • … i przy mniejszym nasłonecznieniu;
  • suche powietrze powoduje łatwiejsze przenikanie wirusów przez błony śluzowe.

Powszechne było zatem oczekiwanie, że COVID-19 również będzie się wykazywać silną sezonowością, a nadzieja, że problem pandemii rozwiąże się sam, gdy tylko zrobi się cieplej, mogła zdeterminować wczesne decyzje władz niektórych państw o braku działań prewencyjnych.

Podsumowanie dotychczasowych badań nad tym zagadnieniem, wraz z kompleksową analizą wpływu klimatu na COVID-19, opublikował niedawno Robert Rohde z projektu Berkeley Earth (Rohde, 2020). Warto w tym momencie zastrzec, że nie jest to (jeszcze) recenzowana publikacja naukowa, i do jej wniosków należy podchodzić z pewną ostrożnością. Z drugiej strony, większość publikacji naukowych dotyczących COVID-19 jest nierecenzowana z tego powodu, że typowy proces recenzencki trwa dłużej, niż obecna pandemia.

Jak zauważa Rohde:

Choć opublikowano już wiele pre-printów utrzymujących istnienie związku pomiędzy COVID-19 a warunkami pogodowymi, większość analiz przeprowadzana była w podobny sposób. Badacze patrzyli, gdzie najpierw pojawił się COVID-19, zauważali że w okresie wczesnego rozprzestrzeniania się choroby panowały tam chłodniejsze warunki pogodowe, i wnioskowali że COVID-19 lepiej rozprzestrzenia się podczas zimniejszej pogody. Co więcej, większość z tych publikacji nie badała pandemii COVID-19 w okresie późniejszym niż połowa marca.

Problem w tym, że korelacja nie oznacza związku przyczynowo-skutkowego. COVID-19 pojawił się najpierw w Chinach, można zatem oczekiwać, że na początku pandemii będzie się rozprzestrzeniać przede wszystkim w bezpośrednim sąsiedztwie geograficznym, albo w krajach, które mają z Chinami dobre połączenia lotnicze i posiadają liczebną chińską diasporę. Z tego też powodu pierwsze fale epidemii pojawiły się w pasie klimatu umiarkowanego półkuli północnej. Obecnie jednak jest już jasne, że nawet jeśli jakiś (słaby) związek pomiędzy temperaturą a zachorowalnością występuje, cieplejsza pogoda nie jest czynnikiem który może, sam z siebie, zahamować lokalne postępy pandemii. Jak wskazuje Rohde, pandemia COVID-19 spowodowała do tej pory wiele ofiar również w takich miastach jak Santiago de Guayaquil w równikowym Ekwadorze (2°S), indyjskim Mumbaju (19°N) i brazylijskim Rio de Janeiro (22°S), pomimo panujących tam wysokich, dochodzących do 30 stopni Celsjusza temperatur.

Rysunek 1: Zależność dziennego tempa wzrostu liczby przypadków zachorowań na koronawirusa od średniej maksymalnej temperatury dobowej. Źródło Rohde, 2020

COVID-19 a klimat

Wiele krajów na świecie wprowadziło ograniczenia w przemieszczaniu się i działalności gospodarczej, czego konsekwencją jest mniejsze zapotrzebowanie na energię (zarówno w postaci elektryczności, jak i paliw płynnych używanych w transporcie), a zatem i zmniejszone emisje dwutlenku węgla do atmosfery.

Sama redukcja emisji jest jednak relatywnie niewielka, a nawet zmniejszone emisje wciąż oznaczają dodawanie nowych atomów węgla do atmosfery (a szerzej – środowiska). Według obliczeń Global Carbon Project, emisje dwutlenku węgla ze spalania węgla, ropy, gazu ziemnego oraz produkcji cementu wyniosły w 2019 roku niemal 37 miliardów ton. Wczesne szacunki przewidują redukcję emisji w 2020 roku o 5,5%, czyli o 2 miliardy ton dwutlenku węgla. Dla porównania, brytyjskie Hadley Centre na początku roku prognozowało wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze o 2,74 ppm (części na milion), z niepewnością prognozy wynoszącą 0,57 ppm. Nawet przy redukcji o 5,5% byłby to jeden z najwyższych wzrostów w ostatnich 60 latach.

Rysunek 2: Szara linia – historyczne zmiany koncentracji CO2 w atmosferze w obserwatorium Mauna Loa na Hawajach. Czarna linia – średnie roczne. Niebieskie gwiazdki – poprzednie prognozy średniorocznej koncentracji CO2 wg Centrum Hadleya. Czerwona linia – tegoroczna prognoza zmian koncentracji CO2 w atmosferze. Pomarańczowy pas pokazuje zakres niepewności 2 odchyleń standardowych bazujący na prognozie zmian temperatury powierzchni morza. Źródło: Hadley Centre

Nie należy zatem oczekiwać, że kilka czy nawet kilkanaście miesięcy niewielkiego zmniejszenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery rozwiąże problem kryzysu klimatycznego. Do tego niezbędna jest pogłębiająca się i trwała redukcja spalania paliw kopalnych, prowadząca do niemal całkowitego zaprzestania ich użytkowania.

Ponieważ zawartość dwutlenku węgla w atmosferze osiągnie w 2020 roku rekordowy poziom, jest prawdopodobne, że globalnie będzie to najcieplejszy rok w historii pomiarów meteorologicznych. Dotychczasowe, wczesne prognozy klimatologów z różnych instytucji szacują prawdopodobieństwo takiego zdarzenia na 50-60%.

Bardziej zauważalny jest wpływ pandemii na inne zanieczyszczenia powietrza: tlenki azotu, pył zawieszony czy ozon. Ich źródła są bardziej zlokalizowane i silniej powiązane z tymi rodzajami aktywności gospodarczej, które zostały najbardziej dotknięte walką z koronawirusem, jednocześnie ich czas przebywania w atmosferze jest znacznie krótszy, niż dwutlenku węgla. Z tego powodu obserwujemy w wielu miejscach na świecie polepszenie się jakości powietrza, z widzialnymi gołym okiem (a nawet z przestrzeni kosmicznej) skutkami.

Rysunek 3: Średnie stężenie silnie toksycznego dwutlenku azotu, emitowanego głównie przez samochody. Na górze w marcu i kwietniu 2019 roku, na dole między 13 marca a 13 kwietnia tego roku. Pokazany procentowy spadek ilości zanieczyszczeń w miastach Europy w rezultacie spadku emisji obarczony jest 15-procentową niepewnością związaną z różnicami warunków pogodowych między 2019 i 2020 r. Źródło Copernicus Sentinel-5P satellite, Europejska Agencja Kosmiczna

W pewnym sensie skutki trwającej pandemii można porównywać do eksperymentu geofizycznego na globalną skalę, który w normalnych warunkach można byłoby wykonać tylko w formie symulacji modeli klimatu. Zmiany w koncentracji zanieczyszczeń pomogą w oszacowaniach efektu aerozolowego, który poprzez pochłanianie i rozpraszanie światła słonecznego częściowo niweluje wzmocnienie efektu cieplarnianego, oraz klimatycznej roli samolotowych smug kondensacyjnych, których w obecnej sytuacji jest znacznie mniej. Spadek natężenia tego efektu może przyczynić się do pobicia w tym roku globalnego rekordu temperatury, pomimo wyjątkowo niskiej aktywności słonecznej i braku zjawiska El-Niño na Pacyfiku, podbijającego temperaturę powierzchni Ziemi.

COVID-19 i klimatolodzy

Pandemia ma również znaczący wpływ na prowadzone badania naukowe, w tym na badania nad klimatem. Podobnie jak w wielu innych dziedzinach, teoretycy i modelarze są w znacznie lepszej sytuacji niż eksperymentatorzy, bo nawet w warunkach domowych mogą przeprowadzać obliczenia, czy to na kartce papieru, laptopie albo superkomputerze.

Wiele ekspedycji polowych zostało jednak opóźnionych, skasowanych, albo ma ograniczony zakres prowadzonych badań. Sieci pomiarowe, czy to naziemne, czy oceaniczne, wymagają okresowego nadzoru, naprawy i wymiany, i z powodu ograniczeń przemieszczania się jest to obecnie mocno utrudnione, a czasem nawet niemożliwe.

Jedną z nieoczekiwanych konsekwencji pandemii jest znaczący spadek liczby obserwacji meteorologicznych przeprowadzanych przez rejsowe samoloty linii lotniczych. Są one koordynowane w programie AMDAR (Aircraft Meteorological Data Relay) Światowej Organizacji Meteorologicznej, w ramach którego wykonywano około miliona wysokiej jakości pomiarów dziennie. Niektóre instytucje meteorologiczne na świecie zaczęły niedawno wykorzystywać jeszcze inne dane pochodzące z wiadomości ADS-B i Mode-S EHS, których transmisja służy głównie zarządzaniu ruchem powietrznym, i które można zarejestrować przy pomocy sieci tanich odbiorników. Fakt ten wykorzystuje popularny serwis flightradar24, dzięki któremu można uzyskać podgląd pozycji, wysokości i prędkości tysięcy samolotów na całym świecie; ale z transmisji ADS-B/Mode-S da się również odczytać kierunek i siłę wiatru, a także temperaturę powietrza zarejestrowaną przez samolot (Hadley Centre, 2020, ECMWF, 2020). Mapka poniżej pokazuje lokalizacje pomiarów obu typów, przed i po wprowadzeniu ograniczeń lotów na całym świecie.

Rysunek 4: Lokalizacja pomiarów sieci AMDAR (po lewej) i MODE-S (po prawej), przeprowadzonych w ciągu jednej godziny, przed masowym wprowadzeniem dystansowania społecznego i ograniczeniem przelotów 15 marca 2020 roku (u góry) oraz po 27 kwietnia 2020 roku (z dołu). Źródło Piotr Florek / Met Office Hadley Centre Pomiary wykonywane przez samoloty są wykorzystywane (asymilowane) przez modele numeryczne służące do przewidywania pogody. Brak tych danych pogarsza precyzję prognoz. Na bardzo podobnej zasadzie dane są też wykorzystywane przy produkcji danych tzw. reanaliz historycznych, takich jak europejska ERA5, które coraz częściej wykorzystuje się w badaniach nad klimatem, i tutaj wpływ pandemii COVID-19 będzie najbardziej widoczny.

Są też dobre wiadomości. Wygląda na to, że pandemia w końcu zmusiła organizatorów wielu konferencji naukowych do wdrożenia zdalnej obecności, prezentacji referatów i posterów na większą skalę niż było to do tej pory praktykowane. Majowy kongres Europejskiej Unii Geofizycznej EGU, który jest największą konferencją z dziedziny nauk o Ziemi po tej stronie Atlantyku, będzie się odbywał w całości w internecie, wiele innych spotkań naukowców również będzie miało podobną formę. Można się też spodziewać, że nawet po wygaśnięciu pandemii zdalne uczestnictwo w konferencjach stanie się standardem.

Piotr Florek, Met Office Hadley Centre

Opublikowano: 2020-05-04 19:28
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.