Od połowy lat 70. globalne temperatury rosną o 0,2 stopnia Celsjusza na dekadę. Jednak pogoda nakłada na długofalowy trend gwałtowne górki i dołki. Wciąż możemy spodziewać się występowania niskich (a nawet rekordowo niskich) temperatur. Tak czy inaczej, w ciągu ostatniej dekady dzienne rekordy ciepła pojawiały się 2 razy częściej niż rekordy zimna. Ta tendencja w kierunku gorętszych dni wzmocni się w związku z dalszym globalnym ocieplaniem w XXI wieku.

Śnieżna zima w Europie. Zdjęcie: Fotokostic, Dreamstime.com

Kto nie słyszał, jak w zimny dzień ktoś mruczy: „Gdzie się podziało to globalne ocieplenie?!”

Większość ludzi nie patrzy na świat z punktu widzenia globalnych danych i trendów, zamiast tego postrzegając świat przez pryzmat osobistego chwilowego doświadczenia w swoim miejscu zamieszkania. Powolny przebieg zmiany klimatu, na który nakłada się „szum” pogody i pór roku, bardzo utrudnia spostrzeżenie zachodzących zmian.

Na początek warto przypomnieć sobie, jak wygląda typowa zmienność temperatur. Można to zilustrować np. wykresem zmian temperatury w Warszawie:

Rysunek 1. Temperatura dobowa dla Warszawy w okresie 1950-marzec 2013. Czarna linia oznacza stan atmosfery dzień po dniu w roku 2013,  szare, linie w tle to przebiegi z poprzednich lat, dające nam w sumie informację o klimacie. Rysunek za blogiem Doskonale Szare.

Jeśli ktoś zapyta, jak można przewidywać zmiany klimatu za 100 lat, skoro nie potrafimy prognozować pogody z wyprzedzeniem miesięcznym, możecie pokazać powyższy wykres, ilustrujący różnicę pomiędzy pogodą a klimatem. Pogoda to ta czarna kreska (stan atmosfery w danym momencie), klimat to szary, rozmyty łuk (statystyki tego stanu). Prognoza pogody to próba przewidzenia dalszej trajektorii czarnej linii, prognozy klimatyczne dotyczą natomiast zmian kształtu całego łuku w odpowiedzi na zewnętrzne wymuszenia, takie jak zmiany stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze. Widać też, że średnie dotychczasowe ocieplenie rzędu 1°C ginie w szumie dobowych i miesięcznych wahań temperatury.

Przyjrzyjmy się np. marcowi 2013 roku w kontekście historycznym, bazując na danych NASA GISS dla Warszawy. Tak układały się temperatury marca od połowy XX wieku:

Rysunek. 2. Średnia temperatura marca dla Warszawy w okresie 1951-2013.

Wahania pogody powodują, że raz jest cieplej, a raz zimniej, niż wskazuje średnia. Marzec 2013 roku, ze średnią temperaturą -1,8°C, niewątpliwie zaliczał się do tych chłodniejszych – był najzimniejszym marcem od 1987 roku, w którym średnia temperatura wynosiła -1,9°C. Czy jest to tendencja mogąca świadczyć o ochładzaniu się klimatu, czy normalna fluktuacja statystyczna?

Średnia marcowych temperatur z okresu 1951-2012 to +2,3°C, a odchylenie standardowe jest rzędu 2,5°C. Związany ze zmianami pogody rozkład prawdopodobieństwa wystąpienia marca o określonej temperaturze średniej wygląda mniej więcej tak:

Przy takim rozkładzie, prawdopodobieństwo wystąpienia wartości -2°C lub niższej jest rzędu 5,5% - oznacza to, że możemy oczekiwać wystąpienia takiego zdarzenia średnio raz na 18 lat.

W związku z ocieplaniem się klimatu temperatury mierzone w Warszawie wzrosły o około 1°C. Jak wpływa to na prawdopodobieństwo wystąpienia marca o temperaturze średniej -1,8°C lub chłodniejszego? Jeśli przyjmiemy, że na początku analizowanego okresu temperatura średnia była niższa o 0,5°C (czyli wynosiła 1,8°C), a na końcu wyższa o 0,5°C (czyli wynosiła 2,8°C), to (dla naszego rozkładu normalnego) oznacza to spadek prawdopodobieństwa wystąpienia tak zimnego marca z 7,8% rocznie (czyli raz na 13 lat) do 3,5% rocznie (czyli raz na 28 lat). Oznacza to, że mroźne marce zdarzają się już ponad dwukrotnie rzadziej, ale wciąż się zdarzają. W 2007 roku mieliśmy najcieplejszy marzec w historii warszawskich pomiarów, to jednak samo w sobie nie świadczy o ocieplaniu się klimatu.

Lokalne i chwilowe fluktuacje to rzecz normalna. Należy też pamiętać o tym, że jeśli gdzieś jest zimno, bo napływa tam zimne powietrze, to w innym miejscu będzie cieplej.

Rysunek 3. Odchylenie temperatury powierzchni Ziemi od średniej w dniu 26.03.2013. W Polsce temperatura była znacznie niższa niż zwykle, ale w wielu innych miejscach było cieplej niż normalnie o tej porze roku. Źródło NOAA.

Warto też zwrócić uwagę, że ostatnio coraz częściej dochodzi do sytuacji blokad atmosferycznych, które powodują, że zarówno okresy chłodu, jak i upałów stają się dłuższe. Szybkie ocieplanie się Arktyki może mieć wpływ na częstotliwość występowania ekstremów pogodowych (Francis 2012). W miarę jak Arktyka się ogrzewa, maleje różnica temperatur pomiędzy północą a południem, a prąd strumieniowy zaczyna zwalniać i meandrować, sięgając dalej na południe i północ. Spowolnienie prądu powoduje, że wyciągnięte daleko na północ czy południe ramiona dłużej utrzymują się nad danym obszarem. Oznacza to także dłuższe utrzymywanie się w danych obszarach tych samych mas powietrza – takich jak ta zimna masa powietrza, która zalegała nad Europa środkową w marcu 2013 roku.

Już teraz, pomimo wzrostu temperatury powierzchni Ziemi o niecały jeden stopień, wyraźne staje się coraz częstsze występowanie okresów ciepłych. Jeśli za okres odniesienia przyjąć 30 lat w latach 1951–1980 i za „zimne” w tym przedziale uznać 10 najchłodniejszych lat, za „ciepłe” 10 najgorętszych, a za „normalne” pozostałe 10 lat, to obecnie temperatury typowe dla „ciepłych” lat występują już nie raz na trzy lata, lecz dwa razy na trzy lata (Hansen 2012 – tłumaczenie polskie).

Film: Przesuwający się z roku na rok rozkład częstotliwości występowania dodatnich (kolor czerwony) i ujemnych (kolor niebieski) odchyleń letnich temperatur na półkuli północnej od średniej z lat 1951 – 1980 (tzw. „anomalii temperatury”). Animacja pokazuje, jak wykres anomalii temperatury przesuwa się w stronę gorętszych sezonów letnich. Za punkt odniesienia służy średnia temperatura powierzchni Ziemi na półkuli północnej z lat 1951–1980 (nieruchoma zielona krzywa). Na osi poziomej oznaczono odchylenia standardowe od średniej, zakres pomiędzy -0,43 i 0,43 uznawany jest za „temperatury normalne”. W miarę upływu czasu wykres przesuwa się, pokazując coraz częstsze występowanie dodatnich anomalii temperatury. Każda krzywa składająca się na animację to średnia 11-letnia. Źródło: NASA/Goddard Space Flight Center GISS and Scientific Visualization Studio

Jednak to, co jest istotne z punktu widzenia ekosystemów, to nie tyle średnia temperatura, co maksymalna temperatura, która może wpływać na istnienie gatunków - szczególnie jeśli zmiany zachodzą w tak szybkim tempie, że rośliny lub zwierzęta nie są w stanie migrować wystarczająco szybko, by utrzymać się w przedziale tolerowanych przez siebie temperatur. Jak więc wygląda sytuacja z ekstremalnie wysokimi temperaturami, powiedzmy, odpowiadającymi rekordom „raz na pół wieku”? Otóż takie ekstremalnie ciepłe lata, które wcześniej zdarzały się „raz na pół wieku”, w ostatnich latach mają miejsce mniej więcej co 3 lata, a w rekordowo ciepłym 2010 roku objęły ponad połowę powierzchni lądów.

Tak więc widać, że nawet w czasie globalnego ocieplenia należy się spodziewać zimnych dni. Jednak już teraz jest dużo większa szansa na dzień wyjątkowo ciepły niż bardzo zimny. Oczekujemy, że wraz z ocieplaniem w XXI stuleciu tendencja ta będzie coraz wyraźniejsza.

Marcin Popkiewicz na podstawie Skeptical Science i Doskonale Szare, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski