Na przełomie czerwca i lipca w Karaiby, Meksyk i USA uderzył huragan Beryl.

Według wstępnych wyliczeń firmy AccuWeather w samych Stanach doprowadził do strat sięgających ok. 30 miliardów dolarów. Najpoważniejsze szkody wyrządził w stanie Teksas, gdzie 2,5 miliona osób utraciło dostęp do energii elektrycznej, a przynajmniej 36 osób zmarło. Jak informuje publiczny nadawca PBS, wiele ofiar stanowili ludzie pozbawieni prądu – a przez to klimatyzacji – którzy nie mogli ochłodzić się w trakcie potężnej fali upałów.

Wcześniej na skutek uderzenia huraganu przynajmniej kilkanaście osób zmarło na Karaibach, a niektóre pomniejsze wyspy zostały niemal doszczętnie zniszczone.

Pierwszy taki huragan

Beryl w ciągu zaledwie 42 godzin przekształcił się z depresji tropikalnej (prędkość wiatru do 61 km/godz.) w potężny huragan piątej kategorii. Oznacza to, że prędkość wiatru przekraczała wówczas 250 km/godz.

– Beryl i tak byłby zdumiewający, ale utworzenie go w czerwcu jest całkowicie bezprecedensowe – mówi na łamach „The Guardian” Brian McNoldy, klimatolog z Uniwersytetu w Miami. – Nie sądzę, by ktokolwiek spodziewał się takiego odstającego [od średniej] zjawiska, to coś przekraczającego oczekiwania.

Jak informuje Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO), jest to wydarzenie bez precedensu. Po raz pierwszy w historii huragan 5 kategorii rozwinął się bowiem na Atlantyku jeszcze w czerwcu. Stało się to ponad dwa tygodnie wcześniej niż w przypadku jakiegokolwiek innego odnotowanego huraganu atlantyckiego.

Czemu Beryl pojawiła się tak wcześnie i była tak silna?

Złożyło się na to kilka czynników. Jak wyjaśnia WMO, najważniejszą przyczyną było ekstremalnie silne rozgrzanie oceanu. Podczas formowania się huraganu Beryl, zawartość ciepła w oceanie w rejonie Karaibów była typowa dla okresu z połowy września. Rekordowo wysokie wyniki pomiarów w tym regionie były zresztą odnotowywane przez 14 miesięcy z rzędu. A to właśnie ciepło jest paliwem zasilającym potężne huragany.

„Centralny i wschodni Atlantyk tradycyjnie stają się bardziej aktywne w sierpniu, częściowo dlatego, że temperatury oceanów miały czas, aby się ogrzać i zasilić rozwijające się systemy. Zazwyczaj temperatury oceanów w czerwcu i lipcu nie są wystarczająco wysokie, aby pomóc systemom tropikalnym w rozwoju” – wyjaśnia WMO.

Amerykańska agencja NOAA już w maju dawała 85% szans na to, że sezon huraganów na Atlantyku będzie ponadprzeciętny. Prognozy NOAA przewidują wystąpienie od 17 do 25 nazwanych burz, podczas gdy roczna średnia to 14. Przewidywana liczba dużych huraganów (kategorii 3 lub wyższej) wynosi zaś od czterech do siedmiu. To również więcej od rocznej średniej, która wynosi trzy.

Tak intensywnemu sezonowi huraganów sprzyjają jednak nie tylko ekstremalnie wysokie temperatury oceanów. Wpływ będą mieć również rozwój warunków La Nina na Pacyfiku, osłabione pasaty atlantyckie i mniejsze tzw. pionowe ścinanie wiatru, czyli różnice w prędkości wiatru na różnych wysokościach (gdy są duże, utrudniają rozwój huraganu).

Co ma do tego zmiana klimatu?

Huragany a zmiana klimatu

„Ponieważ oceany się nagrzewają, a zawartość ciepła w oceanach wzrasta wraz ze zmianą klimatu, rozsądnie jest założyć, że szybka intensyfikacja [zwiększanie prędkości wiatru w konkretnym cyklonie – przyp. red.] może stawać się coraz powszechniejsza” – tłumaczy prof. Brian Tang z Uniwersytetu w Albany. I dodaje, że w przypadku Atlantyku dowody sugerują, że tak właśnie jest.

Do takich samych wniosków doszła też dr Andra Garner, klimatolożka z Uniwersytetu Rowan. W 2023 r. na łamach czasopisma Scientific Reports opublikowano wyniki przeprowadzonych przez nią badań. Wykazały one, że ​​w ciągu ostatnich 50 lat huragany na Atlantyku rozwijają się szybciej i stały się silniejsze. W latach 2001–2020 tempo nasilania się huraganów było aż o 28,7% wyższe niż w latach 1971–1990.

Garner przewodniczyła też badaniom dotyczącym sytuacji na wodach oceanicznych w Azji Południowo-Wschodniej. Wyniki opublikowano na początku lipca 2024 r. w czasopiśmie Climate and Atmospheric Science. Najważniejsze wnioski są zbieżne z danymi dla Atlantyku. W cieplejszym klimacie cyklony tropikalne formują się więc wcześniej i szybciej intensyfikują. Do tego częściej dzieje się to blisko linii brzegowych, burze przesuwają się wolniej, a ich czas życia po wejściu nad ląd jest dłuższy. Wszystko to powoduje, że wyrządzane przez nie szkody mogą być jeszcze większe.

To samo zauważają też inni badacze. – Istnieją również dowody na to, że huragany poruszają się wolniej i coraz częściej całkowicie zatrzymują się w pobliżu wybrzeża, co prowadzi do większej liczby powodzi, ponieważ więcej deszczu spada w jednym miejscu. Był to jeden z powodów, dla których huragan Harvey, który uderzył w Teksas i Luizjanę w 2017 r., był tak niszczycielski – wyjaśniają Ben Clarke (Uniwersytet Oksfordzki) i Friederike Otto (Imperial College London).

Z kolei wspomniana NOAA zwraca uwagę, że spowodowana przez człowieka zmiana klimatu nie tylko ociepla oceany, ale i topi lód na lądzie. Oba procesy prowadzą zaś do wzrostu poziomu morza, a w rezultacie – wzrostu ryzyk związanych z wezbraniami sztormowymi (wpychaniem wody morskiej na ląd przez silne wiatry). „Wzrost poziomu morza stanowi wyraźny wpływ człowieka na potencjalne szkody wyrządzone przez dany huragan” – podkreśla amerykańska agencja badawcza. Więcej na ten temat przeczytasz także w artykule Huragany – skąd się biorą, jak sieją zniszczenie i jak wpływa na nie zmiana klimatu?

Huraganów nie więcej, ale…

Co to wszystko oznacza? Że z powodu zmiany klimatu huragany na Atlantyku stają się silniejsze, zaczynają się wcześniej, rozwijają szybciej, trwają dłużej i mogą wywoływać większe szkody. To wszystko nie oznacza jednak, że huraganów będzie więcej. W skrócie: zmieni się nie tyle ilość, co „jakość”.

– W szybko ocieplającym się świecie ciepłe, wilgotne powietrze i wysokie temperatury oceanów występują w dużej ilości. Nie ma jednak dowodów na to, że huragany zdarzają się częściej, a naukowcy nie spodziewają się, że zmieni się to wraz z dalszą zmianą klimatu – tłumaczą Clarke i Otto.

Szymon Bujalski, konsultacja merytoryczna: dr. Aleksandra Kardaś

The post Symbol zmiany klimatu. Potęga huraganu Beryl zadziwiła naukowców  appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Szymon Bujalski: Czy zmiana klimatu napędza więcej bolesnych w skutkach burz?

Dr Mateusz Taszarek: Na podstawie obecnych wyników z projekcji klimatycznych i reanaliz (połączenie numerycznych modeli pogody z historycznymi danymi obserwacyjnymi) możemy powiedzieć, że wraz z efektami zmian klimatu, czyli wzrastającą temperaturą i wilgotnością powietrza, burz w ujęciu globalnym będzie więcej. Natomiast nie możemy jeszcze wiarygodnie określić, jak zmieni się intensywność tych zjawisk w skali regionalnej. Czynnikiem, który w sposób fundamentalny wpływa na intensywność burzy, jest uskok wiatru (zmiana prędkości i kierunku wiatru w pionie), a ten w dużym stopniu zależy od siły i stopnia meandrowania prądu strumieniowego w środkowej i górnej troposferze.

Jednoznaczna odpowiedź na to pytanie jest więc trudna, ponieważ burza burzy jest nierówna. Na przykład w szerokościach umiarkowanych, w Stanach Zjednoczonych w kwietniu i maju, burze rozwijające się w środowisku silnych uskoków wiatru (tzw. superkomórki – burze z rotującym prądem wstępującym) generują ekstremalne zjawiska jak opady dużego gradu oraz tornada, doprowadzając przy tym do ogromnych strat materialnych i ofiar śmiertelnych. Z drugiej strony w strefie tropikalnej mamy codziennie burze, które są związane z cyklem dobowym konwekcji – i one tych tornad czy opadów gradu już nie generują, gdyż tworzą się w środowisku bardzo słabych uskoków wiatru.

Słabnący prąd strumieniowy w szerokościach umiarkowanych może więc doprowadzić do sytuacji, że burze będą miały paradoksalnie mniejszy potencjał do generowania zjawisk ekstremalnych.

Skupiając się jednak wyłącznie na pomiarach w skali globalnej, to po ich uśrednieniu widzimy, że – jako efekt ocieplania się klimatu – rośnie ilość energii potencjalnej dostępnej konwekcyjnie, czyli tzw. CAPE (ang. convective available potential energy), a uśredniony w skali globalnej uskok wiatru w strefach umiarkowanych spada. W skali regionalnej te zmiany mogą jednak mieć odmienny charakter, dlatego do każdego rejonu świata należy podchodzić indywidualnie. Na przykład w jednym rejonie wzrost CAPE i uskoku wiatru doprowadzi zarówno do wzrostu liczby burz i ich intensywności, a w innym regionie wzrost CAPE i spadek uskoku doprowadzi tylko do wzrostu ich liczby.

Warto również dodać, że w ujęciu klimatologicznym największe wartości CAPE występują w strefie międzyzwrotnikowej, a uskoku wiatru w strefie umiarkowanej. Jak długo silny uskok wiatru jest dostępny, potrzebne są tylko niewielkie ilości CAPE do powstania ekstremalnie silnych burz. Z tego powodu najsilniejsze burze na naszej planecie obserwuje się w strefach umiarkowanych.

Burze w Polsce

Powiedzmy trochę więcej o naszym regionie, o Polsce. Czego możemy się spodziewać?

M.T.: Dane z sondaży atmosferycznych, z reanaliz meteorologicznych czy z projekcji klimatu wskazują, że w kolejnych dekadach w Polsce będzie wzrastać zarówno temperatura, jak i zawartość wilgoci w warstwie granicznej atmosfery. Oznacza to, że wspomniana energia atmosferyczna (wskaźnik CAPE), będzie dostępna w coraz większym stopniu, a to spowoduje, że burze też będą występowały częściej.

Jednocześnie prąd strumieniowy, który występuje nad Polską podczas incydentów burzowych, według szacunków będzie słabszy – ale na tyle nieznacznie, że w zasadzie nie powinno to powodować spadku intensywności tych zjawisk.

Na podstawie danych, z którymi pracowałem i na podstawie wyników badań, z którymi się zapoznałem, zakładałbym więc, że w Polsce możemy spodziewać się stopniowo wzrastającej liczby burz – również tych, które mogą generować trąby powietrzne oraz opady gradu. Jednak te zmiany zachodzą relatywnie powoli, w tempie około 2-6 dodatkowych dni burzowych na dekadę.

Czy burze będą powodować coraz większe straty materialne?

M.T.: Badam zjawiska konwekcyjne od 12-13 lat i im dłużej siedzę w tym temacie, tym bardziej uświadamiam sobie, że wiarygodne określanie tego typu rzeczy nie jest takie proste. Sam nie potrafię tego zrobić, ponieważ jest mnóstwo czynników, które na to wpływają, chociażby ekspansja urbanistyczna.

Mogę natomiast powiedzieć, że większa liczba burz w przyszłości przyczyni się do częstszego występowania lokalnych powodzi błyskawicznych, ponieważ w wyniku zmian klimatu w atmosferze wzrastać będzie zawartość wody, która będzie uwalniana w postaci bardziej obfitych opadów nawalnych. Natomiast jeśli chodzi o opady gradu czy tornada, to jest to sprawa bardziej złożona ponieważ te zjawiska zależą od czynników co do których nie mamy pewności jak się będą zmieniać w przyszłości.

Gdy z Natalią prowadziliśmy badania dotyczące trąb powietrznych w Polsce i przeglądaliśmy historyczne zapiski, znajdywaliśmy bardzo dużo informacji o silnych trąbach powietrznych z XVIII czy XIX w. Jestem również współautorem publikacji naukowej dotyczącej tego zagadnienia (Taszarek i Gromadzki, 2017). Co prawda w tamtych czasach nie nazywano tego trąbami powietrznymi, ale opisy nie pozostawiały żadnych złudzeń. Relacjonowano np., że ciemny, cylindrowy wir powietrza uniósł w powietrze zwierzęta, które wraz z odłamkami zostały rozrzucone na dużej przestrzeni.

A więc nie jest tak, że trąby powietrzne w Polsce i Europie z ostatnich lat to coś, co się nagle pojawiło. Powiedziałbym nawet, że liczba raportów dotyczących trąb powietrznych nie jest obecnie większa niż w latach 30 XX w., a przecież dziś mamy media społecznościowe czy też aparaty w telefonach komórkowych. Nie dysponujemy wieloma raportami zjawisk niebezpiecznych z okresu komunizmu z wiadomych względów i być może brak tego typu informacji przyzwyczaił ludzi żyjących w tamtych latach do utopijnej rzeczywistości, w której tornada były zarezerwowane tylko dla „złych” kapitalistycznych Stanów Zjednoczonych. Obecnie jednak wiemy, że w Polsce każdego roku występuje od kilku do kilkunastu trąb powietrznych.

Dr Natalia Pilguj: Choć bardzo trudno jest nam określić, czy straty materialne będą rosnąć, to myślę, że tak czy inaczej powinniśmy poświęcić sporo uwagi rozwojowi systemów ostrzegania. Dobrym przykładem jest system, który obecnie funkcjonuje w Stanach Zjednoczonych. Ktoś może pomyśleć, że nic dziwnego, skoro takie zjawiska występują tam o wiele częściej. Jednak obszar Wielkich Równin zamieszkuje średnio mniej niż 10 os/km2, podczas gdy w Europie – a szczególnie w Europie Środkowej – gęstość zaludnienia jest zdecydowanie większa. Wystarczy, że wystąpi jedna rozległa linia szkwału bądź dobrze rozwinięta superkomórka burzowa, a w gęsto zaludnionym obszarze Europy straty materialne będą bardzo duże. To pokazuje, że mimo mniejszej częstości gwałtownych burz w Europie, powinniśmy nad takim systemem ostrzegania pracować.

A pracujemy?

N.P.: Pewne kroki w Polsce już podjęto, ale myślę, że najlepiej byłoby taki system rozwijać w skali np. całej Europy, a nie poszczególnych krajów. Jak wiadomo, zjawiska pogodowe nie respektują granic administracyjnych, a skoordynowanie działań i wymiana informacji pomogłaby lepiej oceniać potencjalne zagrożenia – przykładowo, gdy burza zostanie zainicjowana kilkaset kilometrów od granicy kraju, w którego kierunku się przemieszcza. Bazując na naszym doświadczeniu, myślę że śmiało można powiedzieć, że dzięki wyliczeniom modeli i danym obserwacyjnym możemy wskazywać na możliwe zagrożenia związane z ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi w czasie rzeczywistym. Jednak aby system działał sprawnie, konieczne jest skoordynowanie pracy wielu jednostek, które są zaangażowane w jego funkcjonowanie.

W pogodni za burzami

Wspomnieliście o Polskich Łowcach Burz. Z tego co mi wiadomo, macie coś z nimi wspólnego…

M.T.: Polscy Łowcy Burz to organizacja działająca w ramach stowarzyszenia Skywarn Polska. Założono je w 2008 r., ja jestem w nim od 2014. Celem stowarzyszenia jest m.in. promowanie wiedzy związanej z ekstremalnymi zjawiskami atmosferycznymi, wykonywanie prognoz oraz wydawanie ostrzeżeń. W ostatnich latach wielu członków stowarzyszenia prowadzi badania nad charakterem klimatologicznym zjawisk burzowych w Polsce.

Najważniejszą rolą stowarzyszenia jest jednak zbieranie raportów ekstremalnych zjawisk atmosferycznych z obszaru Polski. To właśnie oni zbierają raporty dotyczące opadów gradu, nawalnych opadów deszczu, trąb powietrznych oraz silnych porywów wiatru. Ich działalności od 2008 r. zawdzięczamy obecnie ponad 50 000 raportów, które są w bazie danych ESWD. Dlatego chciałbym w tym miejscu serdecznie podziękować za ogromną pracę wykonywaną w stowarzyszeniu w szczególności przez Igora Laskowskiego oraz Artura Surowieckiego, ale również wszystkich osób zaangażowanych w raportowanie zjawisk do bazy ESWD. Te dane są niesłychanie ważne w naszej pracy, bo są kluczowe dla prowadzenia badań nad warunkami atmosferycznymi rozwoju gwałtownych burz i tworzenia modeli.

Jeździliście za burzami?

N.P.: Tak, zdarzało się zarówno w Polsce, jak i w Stanach. Dwa lata temu dołączyłam do Mateusza, żeby prowadzić badania w jednostce NOAA National Severe Storms Laboratory, która znajduje się w Oklahomie. Wiosną tych zjawisk jest tam zdecydowanie najwięcej, więc mieliśmy okazję obserwować burze w „alei tornad”.

Jak to jest, gdy widzi się to na żywo, a nie w modelu?

N.P.: Spektakularnie. Wymiar tych zjawisk w Stanach jest naprawdę potężny, a to powoduje, że budzi się poczucie bardzo dużego respektu do natury. Osobiście życzę sobie obserwować takie zjawiska w obszarach niezabudowanych, kiedy wiem, że nie stanowią zagrożenia dla ludzi i mienia. To też ciekawe doświadczenie z punktu prowadzonych przez nas badań. Ciekawie jest obserwować cykl życia superkomórki burzowej na żywo, przyglądać się cechom chmury. To coś zupełnie innego niż analiza schematów w publikacjach naukowych czy uruchomienie symulacji. Obserwacje terenowe powszechnie prowadzi się w Stanach Zjednoczonych, gdzie każdego roku organizowane są kampanie pomiarowe, w których biorą udział wiodące instytucje badawcze.

M.T.: Powiedziałbym, że razem z Natalią jesteśmy bardziej entuzjastami i naukowcami niż łowcami burz, ale na pewno możliwość zobaczenia superkomórki burzowej na żywo jest bardzo wartościowa. Model numeryczny prognozuje i wyświetla nam na ekranie pewne liczby. Jeśli jednak nie zobaczy się na własne oczy, co się kryje za tymi liczbami, to nie do końca potrafi się odpowiednio interpretować wyniki symulacji modeli numerycznych. Obserwacje w terenie mają więc bezpośrednie przełożenie na naszą pracę przed komputerem i pomagają usprawniać badania.

W USA miałem okazję zobaczyć dziewięć tornad, począwszy od tych najsłabszych do najpotężniejszego z prędkością wiatru przekraczającą 350 km/h, co odpowiada najwyższej skali EF5. Na początku miałem do tego bardzo entuzjastyczne podejście, chciałem jak najbliżej podjechać, porobić zdjęcia, być blisko tego zjawiska. Dwa razy znalazłem się jednak w bardzo niekomfortowym położeniu. Po tych wydarzeniach nabrałem dystansu i uświadomiłem sobie, że to nie są żarty. Ludzie od tych burz giną. Kiedyś nie bałem się tych zjawisk, ale im więcej z nimi pracuję, tym bardziej respektuje superkomórki burzowe i zagrożenia z nimi związane. Wjeżdżanie samochodem w rdzeń burzy nie jest dla mnie, ale obserwować i robić zdjęcia wciąż lubię. Tylko z odpowiedniej odległości.

Modelowanie numeryczne w badaniach burz

Wróćmy do waszej pracy. Korzystacie w niej z tzw. mezoskalowych modeli numerycznych. Brzmi skomplikowanie.

N.P.: Modele numeryczne, z których korzystamy, to programy komputerowe uwzględniające równania ruchu atmosfery. Dzięki nim jesteśmy w stanie rekonstruować pogodę z przeszłości oraz wskazywać, jakich warunków pogodowych możemy się spodziewać w kolejnych dniach, miesiącach, a nawet dekadach.

Wspomniane pojęcie mezoskali dotyczy zjawisk atmosferycznych o skali poziomej od kilku do kilkuset kilometrów, w tym burz, linii szkwałów, frontów atmosferycznych. W naszych badaniach ograniczamy się najczęściej do zjawisk o skali poziomej z zakresu od 2 km do 20 km, a szerokość oczka siatki modelu wynosi od 1 km do 4 km.

Modele pracujące dla takich rozdzielczości pozwalają na bezpośrednie symulowanie konwekcji (ang. convection-allowing). Odtworzenie chmur burzowych czy frontów nie wymaga w nich żadnych uproszczeń matematycznych (tzw. parametryzacji). Pozwalają też dość szczegółowo uwzględniać rzeźbę terenu, dzięki czemu są odtwarzane lokalne zjawiska, które potrafią mieć czasem kluczowe znaczenie w procesie inicjacji (zapoczątkowywania) konwekcji.

Obliczenia przeprowadzamy zwykle dla regionu lub kontynentu, ponieważ wykonywanie obliczeń o dużej rozdzielczości dla obszaru całego świata wymagałoby bardzo dużych zasobów obliczeniowych.

I czego możemy się z takich modeli dowiedzieć?

N.P.: W jednej z naszych prac opublikowanych w czasopiśmie naukowym Geophysical Research Letters, analizowaliśmy na przykład najsilniejsze incydenty trąb powietrznych w Europie (Pilguj i in., 2022). Model mezoskalowy wskazał, że warunki atmosferyczne (takie jak profil wiatru w dolnej troposferze) sprzyjały ich wystąpieniu bardziej, niż wskazywały analizy z użyciem modeli o mniejszej rozdzielczości.

Modele mezoskalowe pozwalają nam także na symulowanie samej chmury burzowej. Wskazanie, w jakim miejscu zostanie zainicjowana komórka burzowa i jaka będzie jej dalsza trasa, jest szczególnie istotne z punktu prognozowania, ponieważ jesteśmy w stanie określić obszar, który może być narażony na skutki występowania gwałtownych burz. O tym, czy symulowana chmura będzie posiadać potencjał do generowania groźnych zjawisk decyduje charakter burzy. Przykładowo, linie szkwału będą najczęściej związane z silnymi porywami wiatru na dużym obszarze, podczas gdy superkomórki burzowe mogą generować opady dużego gradu i trąby powietrzne. Wyniki modelowania mogą nam więc pomóc określić, który scenariusz jest bardziej prawdopodobny, aby lepiej ostrzegać przed potencjalnym zagrożeniem.

Jak wygląda praca z takimi modelami? Czego jeszcze możecie się z nich dowiedzieć?

N.P.: Praca z modelami jest dość wymagająca pod kątem umiejętności programowania i obsługi superkomputerów. Samo uruchomienie modelu i wykonanie symulacji to jedno, druga część pracy – znacznie bardziej wymagająca i bardzo ciekawa – to przetworzenie wyników. Korzystając z zaawansowanych technik 3D jesteśmy w stanie wskazywać na cechy chmury, na przykład czy posiada ona rotujący prąd wstępujący, czyli mezocyklon. Możemy wskazywać również na to, co się dzieje w otoczeniu samej chmury burzowej, co jest istotne z punktu badania warunków, w jakich rozwijają się trąby powietrzne.

W pracy operacyjnej modeli numerycznych nie mamy jednak czasu, żeby wykonywać tak zaawansowane i szczegółowe wizualizacje. W takiej sytuacji stosujemy wskaźniki, które pozwalają nam otrzymać pewną informację na temat cechy chmury, ale stosunkowo małym kosztem obliczeniowym. Przykładem może być wskaźnik wirowości prądu wstępującego (ang. updraft helicity), który wskazuje na obecność mezocyklonu w superkomórkach burzowych. Wskaźnik został zaprojektowany w Stanach Zjednoczonych i jest tam powszechnie wykorzystywany przez synoptyków do prognozowania burz o potencjale do generowania gradu i trąb powietrznych. Wskaźników konwekcyjnych wykorzystywanych w prognozowaniu jest oczywiście znacznie więcej. Dotyczą one niestabilności atmosfery, uskoków wiatru, jego skrętności i wielu innych.

Jak tę wiedzę można wykorzystać w praktyce?

N.P.: Wiemy, że mechanizm powstawania i rozwoju zjawisk burzowych jest niezwykle skomplikowany. Modele numeryczne pomagają nam te zjawiska poznawać i lepiej rozumieć. Mają też powszechne zastosowanie w prognozowaniu operacyjnym, gdzie są praktycznie jednym z podstawowych narzędzi. Należy jednak liczyć się z tym, że pracujemy z modelem, którego wyniki są zawsze obarczone pewnym błędem. W związku z tym analiza wyników wyliczeń modeli powinna obejmować ich weryfikację oraz przeanalizowanie dostępnych danych obserwacyjnych. W momencie, gdy będziemy usprawniać nasze symulacje, system prognozowania i ostrzegania operacyjnego będzie również bardziej wiarygodny.

Skąd wiemy, że zjawisko burzowe wystąpiło i jak przebiegało?

Wróćmy do modelowania zjawisk burzowych i ich intensywności w makroskali.

M.T.: Burza to zjawisko, które może występować na małym lub dużym obszarze, może mieć małą lub dużą intensywność. Przez to bardzo ciężko jest kwantyfikować i badać zjawiska konwekcyjne. Przed erą satelitarną i rozwojem systemu detekcji wyładowań atmosferycznych mogliśmy na podstawie danych ze stacji meteorologicznych ocenić jedynie, czy wystąpił dzień z burzą, czy nie. Ale to bardzo nieprecyzyjne podejście do tematu. Bo czy ważniejsze jest, że w jednym mieście było 20 dni z burzą z pojedynczymi wyładowaniami atmosferycznymi, czy że w innym było 5 dni z burzą, ale z setkami wyładowań atmosferycznych i zniszczeniami w wyniku gradobić i trąb powietrznych?

Żeby badać tego typu rzeczy, musimy więc mieć dostęp do sieci detekcji wyładowań atmosferycznych, do dopplerowskich danych radarowych i do raportów zjawisk niebezpiecznych, jak opady gradu, silne porywy wiatru czy też trąby powietrzne. Cały problem polega na tym, że te informacje są w Europie systematycznie zbierane mniej więcej od roku 2010. W Polsce dzięki działalności stowarzyszenia Skywarn Polska – Polscy Łowcy Burz mamy jedną z najlepszych baz danych w Europie, jeżeli chodzi o raportowanie niebezpiecznych zjawisk burzowych, ale to wciąż relatywnie krótki okres.

W Stanach Zjednoczonych okres kolekcjonowania raportów burzowych jest dłuższy ale cechuje go duża niejednorodność czasowa. 20-30 lat temu ludzie nie mieli tak powszechnego dostępu do telefonów komórkowych, internetu oraz mediów społecznościowych, a raportowanie ograniczało się zazwyczaj tylko do silniejszych incydentów burzowych. Gdy gdzieś w obszarze słabo zaludnionym wystąpiło krótkotrwałe tornado, a farmer był na polu, to nie mógł zrobić zdjęcia i wrzucić do mediów społecznościowych tak jak odbywa się to dzisiaj. Dlatego duża liczba tego typu informacji nie docierała do osób, które zarządzały bazami danych raportów burzowych.

Teraz mamy o wiele więcej raportów gradu czy tornad niż w latach 80. czy 90. Dzięki tego typu informacjom możemy przy użyciu numerycznych symulacji, reanaliz czy też pomiarów radiosondażowych cofnąć się do tego dnia i zobaczyć, jak wyglądał pionowy profil atmosfery (temperatury, ciśnienia, wilgotności oraz prędkości i kierunku wiatru), zanim chmura burzowa powstała. To samo dotyczy Europy, gdzie możemy analizować historyczne incydenty burzowe nawet z lat 50. XX w.

Jak przewidzieć, co będzie z burzami w przyszłości?

M.T.: Obecnie w europejskiej bazie danych ESWD (European Severe Weather Database) mamy dostęp do ponad 270 000 takich raportów od roku 2010. Jeśli wiemy, że przykładowo 5000 z nich wygenerowało grad o średnicy powyżej 5 cm, to możemy porównać takie burze z tymi, które nie wygenerowały zjawisk niebezpiecznych oraz z dniami, kiedy w ogóle nie powstała burza.

W dużym uproszczeniu tego typu dane pozwalają nam opracowywać algorytmy, których celem jest identyfikowanie warunków atmosferycznych sprzyjających powstawaniu określonych zjawisk burzowych, np. gradu lub tornad. Następnie stosujemy te algorytmy w projekcjach klimatu na okres kolejnych 70 lat albo reanaliz za okres ostatnich 70 lat i obliczamy, jak często te specyficzne warunki w tym czasie występowały. Dzięki temu możemy modelować te zjawiska i obliczać trendy. Przy czym słowo modelowanie jest tutaj kluczem.

Ponieważ?

M.T.: Zjawiska konwekcyjne są niezwykle lokalne. Tornada czy opady gradu o średnicy 10 cm to zjawiska, które często występują na przestrzeni kilkuset metrów. Używając projekcji klimatycznych i reanaliz, wykorzystujemy modele, które mają oczko siatki znacznie większe niż te kilkaset metrów – w przypadku reanaliz wynosi ono średnio 30 km, a w projekcji klimatu jeszcze więcej. Tak jak wspomniała Natalia, takie modele nie są więc w stanie bezpośrednio dokonać symulacji powstania chmury burzowej. W takim przypadku musimy stosować pewne uproszczenia i oszacowywać prawdopodobieństwo wystąpienia burzy przy określonej konfiguracji parametrów fizycznych atmosfery.

Na przykład możemy założyć, że burza prawdopodobnie rozwinie się, jeżeli o danej godzinie CAPE wynosi ponad 150 J/kg, a model symuluje opad konwekcyjny o intensywności ponad 0,1 mm/h. Tego typu założenia są jednak skuteczne w, powiedzmy, 60-70% przypadków. Oznacza to, że jeśli wykonamy 100 prognoz, to mniej więcej w 60-70% powstanie taka burza, jakiej rzeczywiście oczekujemy na bazie tych założeń. To stanowi problem, bo wprowadza niepewność do wyników związanych z trendami klimatologicznymi. I to jest jeden sposób analizowania tych zjawisk.

A kolejny?

Drugi sposób zakłada analizowanie zmian poszczególnych elementów atmosfery odpowiedzialnych za powstawanie burz. Jest to metoda rozpropagowana przez Amerykanów w latach 90. do prognozowania operacyjnego burz (ang. ingredient-based forecasting). Uwzględnia się w niej cztery podstawowe składniki powstawania silnych burz: (1) odpowiednią wilgotność bezwzględną w atmosferze, (2) niestabilność termodynamiczną atmosfery, (3) czynnik atmosferyczny, który doprowadzi do inicjacji konwekcji, oraz (4) odpowiedni uskok wiatru, czyli silny przepływ powietrza w środkowej i dolnej troposferze. Przy użyciu projekcji klimatu oraz reanaliz badacze zjawisk burzowych sprawdzają, jak zmieniają się te poszczególne elementy na przestrzeni dekad.

Jak globalne ocieplenie zmienia warunki dla powstawania burz?

M.T.: Obecny stan wiedzy pozwala nam z duża dozą pewności stwierdzić, że składniki nr 1 (wilgotność bewzględna) oraz 2 (niestabilność termodynamiczna) stają się coraz bardziej sprzyjające dla rozwoju burz w wyniku postępujących zmian klimatu. Uskok wiatru (składnik nr 4), który będzie się osłabiał w ujęciu globalnym, może doprowadzić do tego, że intensywność burz będzie generalnie spadać.

Istnieje również duża niepewność dotycząca elementu nr 3 (inicjacja konwekcji). Obniżająca się w wyniku zmian klimatu wilgotność względna i inne czynniki mogą powodować, że proces rozwoju burz będzie mniej efektywny, a czasami nawet całkowicie niemożliwy. Przykładowo, przewiduje się, że na obszarze południowego Teksasu burz w wyniku zmiany klimatu będzie mniej.

Dobra wiadomość.

M.T.: Niekoniecznie, bo jednocześnie te same zjawiska mogą nasilać intensywność burz. Inicjacja konwekcji może przesuwać się na późne godziny wieczorne, kiedy uskok wiatru jest zazwyczaj silniejszy oraz promować lepszą organizację burz, czyli tzw. superkomórki, które generują grad i tornada.

Ostatni element metody składnikowej (4) to pionowy uskok wiatru, który związany jest z prądami strumieniowymi. Tak jak wspomniałem wcześniej, zmiany w tym parametrze nie sprzyjają wzrostowi intensywności burz. Prąd strumieniowy generalnie słabnie w szerokościach umiarkowanych, ponieważ zmniejsza się różnica temperatur pomiędzy szerokościami zwrotnikowymi a biegunami.

Jeżeli zmiany we wszystkich wspomnianych składnikach połączymy więc razem, w ujęciu globalnym wychodzi następująca konkluzja: burz będzie prawdopodobnie więcej, ale jest już duża niepewność dotycząca tego, jak zmieni się ich intensywność. Z różnych powodów w określonych regionach świata może dojść do wzmocnienia intensywności burz, a w innych do osłabienia. Na pewno nie możemy stwierdzić uniwersalnie, że liczba ekstremalnych zjawisk konwekcyjnych będzie wszędzie wzrastała.

Burza burzy nie równa

Wychodzi na to, że dużo mamy tych niepewności…

M.T.: To dodam, że jest jeszcze jeden aspekt, który wprowadza dodatkową niepewność modelowania burz. Istnieją różnego rodzaju struktury burz, tzw. tryby konwekcji (ang. convective-mode). W bardzo prostej klasyfikacji możemy wymienić: (1) burze izolowane (jedna komórka burzowa i na około niej nic innego nie ma, generuje niebezpieczne zjawiska tylko lokalnie), (2) wielokomórkowe klastry burzowe (bardzo dużo, ale słabo zorganizowanych komórek burzowych obok siebie, które rywalizują ze sobą o ciepłe i wilgotne powietrze) oraz (3) dobrze zorganizowane linie szkwału (gdy konwekcja organizuje się w linię, generując bardzo silne porywy wiatru na znacznym obszarze).

Obecnie bardzo ciężko określić przy pomocy reanaliz oraz projekcji klimatu, jakich struktur burz możemy się spodziewać w danej konfiguracji parametrów fizycznych atmosfery. Nawet w prognozowaniu operacyjnym na okres powyżej 24 godzin czołowi synoptycy w Stanach Zjednoczonych do dziś mają z tym ogromny problem. Często można określić z dużym prawdopodobieństwem, że burza powstanie w danym miejscu, ale jest znaczna niepewność w zakresie spodziewanego trybu konwekcji.

Tego typu informacja ma jednak fundamentalne znaczenie dla prognozowania spodziewanych zjawisk. Izolowane superkomórki z gradem i tornadami mogą generować ogromne zniszczenia tylko w skali lokalnej na przestrzeni kilkunastu kilometrów, a rozległe linie szkwału będą generować silne porywy wiatru na obszarze setek, a nawet i tysięcy kilometrów z nikłymi szansami na tornada i grad. Klastry wielokomórkowe mają natomiast potencjał do tworzenia powodzi błyskawicznych (ang. flash flood).

Oznacza to, że nawet jeśli na potrzeby naszego modelowania klimatologicznego stworzymy super algorytm, który będzie identyfikować możliwość wystąpienia burzy na podstawie mezoskalowych warunków atmosferycznych, to nigdy nie będziemy mieli pewności, co się z tą burzą stanie i jakie zjawiska wyprodukuje, kiedy finalnie już powstanie. Jednocześnie tego typu informacji nie jesteśmy w stanie wyciągnąć ani z reanaliz, ani z projekcji klimatu. To ogromny problem, który rzutuje na niepewność uzyskiwanych wyników badań przy użyciu reanaliz i projekcji klimatu.

Czy prognozowanie niebezpiecznych zjawisk można udoskonalić?

M.T.: Natalia w swej pracy schodzi do tak dużej rozdzielczości modelu, że jest w stanie bezpośrednio dokonać symulacji chmury burzowej i może pokazać, jak będzie ona wyglądała: czy to będzie linia szkwału, czy słabo zorganizowany klaster, czy superkomórka z tornadem. Dlatego przyszłością meteorologii i badań konwekcyjnych jest powszechne stosowanie modeli o wysokiej rozdzielczości.

Do tego potrzebne są jednak ogromne zasoby i moce obliczeniowe w ramach superkomputerów, które na szczęście z każdym rokiem wzrastają i stają się coraz bardziej dostępne. Dzięki temu z Natalią możemy obecnie wykonywać obliczenia i prowadzić badania, które 10-15 lat temu w zasadzie w Polsce były niemożliwe. Ta dziedzina bardzo dynamicznie się rozwija i pozwala uzyskiwać coraz to bardziej dokładne symulacje. Nadal trzeba jednak pamiętać, że to jedynie symulacja i jest ona obarczona pewnym błędem, niepewnością.

Czy to oznacza, że będziemy prognozować burze z większą skutecznością?

M.T.: Tak, jednym z efektów badań moich i Natalii oraz naszych kolegów jest ulepszanie prognozowania burz. Skuteczne prognozowanie zjawisk konwekcyjnych to jednak ciężki temat. Miałem okazję obserwować, jak się to robi zarówno w Europie oraz Stanach Zjednoczonych i proszę mi wierzyć – nawet osoba, która siedzi w tym 25 lat, prognozuje dzień w dzień oraz dysponuje najlepszymi produktami prognostycznymi, nigdy nie będzie miała absolutnej pewności co do spodziewanych zjawisk i morfologii konwekcji.

Synoptyk wydaje prognozę obszarową na podstawie prawdopodobieństwa, które nigdy nie wynosi 100%. Niepewność prognozy dotyczy obszaru, godziny wystąpienia oraz spodziewanych zjawisk, więc szansa, że coś pójdzie nie tak, jest spora. Czasami w „wielkie dni”, kiedy spodziewane są liczne tornada, burze szybko formują linie szkwału i nie tworzą tornad, a w inne „marginalne” dni tworzą się potężne superkomórki w miejscu, gdzie nie były spodziewane. W większości przypadków synoptycy wykonują jednak dobrą robotę, ale jest to praca bardzo stresująca.

Wydaje mi się też, że społeczeństwu przydałaby się dodatkowa edukacja, by ludzie odpowiednio interpretowali prognozy burzowe i rozumieli naturę tych zjawisk. Może być tak, że w ramach obszaru nakreślonego przez synoptyka jako strefa zagrożenia pojawią się trzy superkomórki i tornada, a 40 km dalej – wciąż w ramach tego samego obszaru zagrożenia – nie spadnie nawet kropla deszczu. Osoba tam mieszkająca powie, że prognoza była nieudana, bo u niej nic nie powstało. Ale taka prognoza nie oznacza przecież, że burza z tornadami ma się pojawić na całym obszarze, tylko, że jest możliwa na jego fragmencie. W skrócie: to, że burzy nie było u ciebie, nie znaczy, że to prognoza była zła, ponieważ burza mogła być kilka kilometrów dalej. Burze to zjawiska niezwykle lokalne, a prognozując je stosujemy prawdopodobieństwa obszarowe.

Rozmawiał Szymon Bujalski

dr Mateusz Taszarek – adiunkt w Zakładzie Meteorologii i Klimatologii na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, naukowiec wizytujący NOAA National Severe Storms Laboratory, członek European Severe Storms Laboratory i Skywarn Polska, laureat nagrody European Meteorological Society dla młodych naukowców za całokształt osiągnięć naukowych nad badaniem zjawisk burzowych na obszarze Europy oraz Stanów Zjednoczonych i ich związku z ocieplającym się klimatem.

dr Natalia Pilguj – adiunkt w Zakładzie Klimatologii i Ochrony Atmosfery w Instytucie Geografii i Rozwoju Regionalnego na Uniwersytecie Wrocławskim. Specjalistka modelowania numerycznego zjawisk konwekcyjnych w atmosferze.

The post Z powodu zmiany klimatu burz na świecie będzie coraz więcej. A co z Polską? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Artykuł jest dość długi, więc dla Twojej wygody zrobiliśmy listę głównych, poruszanych w nim tematów – możesz od razu przeskoczyć do tego, co Cię najbardziej interesuje:

Piekielne upały i ich śmiertelne żniwo
Za gorąco na pracę
Za sucho dla pszenicy: dylematy rolników
Złe wieści dla wędkarzy i amatorów kąpieli
Drogi prąd, o ile w ogóle będzie
Zalane miasta, zniszczone drogi
Jak będzie wyglądać polskie lato w przyszłości?

Prawie jak Włochy

Według Grzegorza Walijewskiego z IMGW, klimat Polski przypomina obecnie klimat północnych Włoch 70 lat temu – w dużej mierze z powodu coraz cieplejszej wiosny i gorącego lata. O ile jednak takie warunki były typowe dla Włoch przez tysiące lat, to u nas są czymś nowym. Gatunki roślin i zwierząt żyjące we Włoszech są przystosowane do ciepłego klimatu. Również budownictwo, rolnictwo i infrastruktura były do niego dostosowywane – w przeciwieństwie do polskiej przyrody i gospodarki. Wysokie temperatury latem są więc u nas szokiem dla wielu żywych organizmów i mogą stanowić wyzwanie dla sprawnego zarządzania państwem. Tym bardziej że różnica między polskim latem 70 lat temu a obecnym jest naprawdę duża.

Od początku lat 50. XX w. średnia temperatura okresu czerwiec-sierpień podniosła się w Polsce o ok. 2,2°C, a przeciętne temperatury maksymalne niewiele mniej. Tempo ich wzrostu przyspiesza od ok. 3 dekad, a ostatnie 10 lat było szczególnie ciepłe. Najbardziej ociepliły się w regiony środkowo-zachodnie, południowo-zachodnie oraz Małopolska.

Jeszcze bardziej spektakularna zmiana dotyczy liczby dni upalnych (czyli takich, podczas których temperatura maksymalna wynosi >30°C). W latach 50., 60. XX w. tych pierwszych było najwyżej kilka w roku. Od lat 90. coraz częściej notuje się ich ponad 20: w 1992, 1994, 2015, 2018, 2019 i 2022 r. Szczególnie szybko przybywa ich na Dolnym Śląsku i w Małopolsce (Ruiz-Villanueva i in., 2016, Falarz i in., 2021, Miszuk i in., 2022, dane IMGW-PIB).

Ciepło, które nie jest komfortowe

Te statystyki oznaczają, że coraz częściej mamy do czynienia z falami upałów (co najmniej 3 upalne dni następujące po sobie), szczególnie w środkowej i południowej Polsce. Pojawiają się one w wyniku dłuższego utrzymywania się w jednym miejscu systemów wysokieg

o ciśnienia oraz coraz częstszych napływów gorących mas powietrza z południa kontynentu. Takie sytuacje sprzyjają również nasilaniu susz (zobacz też: Fale na froncie i Drzewka pomarańczowe? Raczej susze i grad) (Tomczyk i in., 2019, Falarz i in., 2021).

W latach 1961-1990 fale upałów w Polsce trwały po kilka dni, na przełomie XX i XXI w. w niektórych miejscach sięgały już kilkunastu. Dzięki łagodzącemu oddziaływaniu morza, najmniej takich okresów pojawia się na wybrzeżu. Najwięcej – na południu, gdzie najłatwiej jest dotrzeć masom powietrza znad Morza Śródziemnego (Kundzewicz i in., 2017, Tomczyk i in., 2019). 

Gorącym dniom coraz częściej towarzyszą tzw. tropikalne noce (podczas których temperatura nie spada poniżej 20 °C). O ile w XX w. pojawiały się one sporadycznie (raz na kilka-kilkanaście lat) to obecnie nie są to już wyjątkowe zdarzenia, a w przyszłości będą jeszcze częstsze szczególnie w centrum i na południu. Choć zdarzają się głównie w dużych aglomeracjach, to w ostatnich latach odnotowano je także w mniejszych ośrodkach, również w górach (np. w Zakopanem). W związku z tymi zmianami w całej Polsce rośnie liczba dni, podczas których ciepła pogoda zaczyna być groźna dla naszego zdrowia. (zobacz też: Prof. Krzysztof Fortuniak: Miejska wyspa ciepła to problem głównie w nocy) (Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, Falarz i in., 2021).

Śmiertelne upały

Wszystkie żywe istoty mają określony zakres temperatur, w których czują się dobrze. Jego przekroczenie jest czynnikiem stresowym dla organizmu. Im wyższa wilgotność powietrza tym niżej sięga górna granica tego zakresu. W przypadku ludzi temperatura powyżej 32°C w warunkach wysokiej wilgotności i 45°C przy niskiej, stanowi na tyle duże wyzwanie dla systemu termoregulacji, że dłuższe przebywanie w takich warunkach może prowadzić do zgonu. Jednak nawet w temperaturach niższych od tych ekstremów, szczególnie jeśli upalnym dniom towarzyszą tropikalne noce, wiele osób czuje się źle (zobacz też: Kiedy ciepła pogoda staje się problemem?).

Dotyczy to szczególnie niemowląt, małych dzieci, osób z chorobami przewlekłymi i osób starszych. Wysokie temperatury zwiększają ryzyko śmierci nawet u osób po 50 r. ż., jednak najbardziej zagrożeni są seniorzy po 75 r. ż. W dużych polskich miastach w ostatnich dekadach już widać wzrost liczby „dodatkowych” zgonów, gdy temperatury powietrza przekraczają 26–28°C. Podczas dłuższych fal upałów ich liczba potrafi być nawet 3 razy wyższa niż podczas krótszych. Od 2001 r. na skutek takich ekstremalnych warunków ok. 1600 osób w Polsce straciło przedwcześnie życie. Prognozy wskazują, że pod koniec wieku może być to nawet 180 na 10 mln mieszkańców rocznie – w latach 1981-2010 było to średnio 5 Ponieważ nasze społeczeństwo starzeje się, coraz większy procent populacji będzie narażony na utratę zdrowia czy nawet życia na skutek upałów (Forzieri i in., 2017, Kundzewicz i in., 2017, Graczyk i in., 2022, Siwiec i in., 2022).

Praca podczas upałów

Upały powodują, że wykonywanie pracy na zewnątrz bywa niebezpieczne dla zdrowia. Dotyczy to szczególnie tych osób, które ze względu na specyfikę pracy muszą nosić ubrania ochronne (np. strażacy), pracują blisko łatwo nagrzewających się powierzchni (np. na budowie) czy źródeł ciepła. Ponieważ wysokość maksymalnych temperatur latem rośnie w Polsce dość szybko, w przyszłości można spodziewać się narastania tego problemu.

Został on już zresztą zauważony i dlatego Ogólnopolskie Porozumienie Związków Zawodowych zaproponowało w 2023 r. zmianę przepisów Kodeksu Pracy. Chodzi m.in. o określenie maksymalnej temperatury dopuszczalnej w trakcie pracy. Po jej przekroczeniu pracownik mógłby w ściśle określonych okolicznościach zrezygnować z wykonywania obowiązków bez obaw o swoje zatrudnienie. Działający od kilku lat w Europie program HEAT-SHIELD został stworzony właśnie po to, by prognozować pojawianie się takich niekorzystnych warunków. Dzięki temu możliwe jest takie planowanie pracy by nie narażać pracowników na długotrwały stres cieplny. 

W przyszłości, w scenariuszu wysokich emisji, spadek produktywności siły roboczej na skutek upałów może w południowych regionach Polski sięgnąć kilku procent. Mogłoby to zostać teoretycznie zrekompensowane dzięki wyższym temperaturom zimą, jednak nie wszystkie prace da się wtedy wykonywać (np. w rolnictwie) (Morabito i in., 2019, Casanueva i in., 2020).

Trudniej też zwierzętom

Problemy dotykają także zwierząt dzikich i udomowionych. Wśród zwierząt hodowlanych szczególnie źle upały znoszą m.in. krowy. Wysokie temperatury powodują, że mają problemy z zajściem w ciążę, cielęta rodzą się mniejsze i słabsze, spada także ilość i jakość mleka. Ponieważ Polska jest jednym z największych europejskich producentów mleka i jego wytwarzanie odpowiada za 15-20% wartości produkcji rolniczej w naszym kraju, to wszelkie zmiany dotyczące krów będą miały skutki dla całości gospodarki. 

Problemy związane z upałami dotkną także gospodarstw hodujących drób i świnie, gdyż zwierzęta te mają mało efektywne sposoby chłodzenia ciała. W przypadku zamkniętych budynków klimatyzacja/skuteczna wentylacja będzie konieczna, co podniesie zużycie energii. Wzrośnie także zużycie wody czy np.: koszt opieki weterynaryjnej co również odbije się na zyskach gospodarstw (Kundzewicz i in., 2017, Hristov i in., 2018, Lacetera 2018, Dayou i in., 2019, Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, Zieliński i Sobierajewska, 2019, Asseng i in., 2021).

Pożegnanie z żubrami?

Upały mogą zmniejszać sukces reprodukcyjny również zwierząt dzikich. Osłabione zwierzęta łatwiej chorują, a podczas susz gromadzą się przy mniej licznych wodopojach, co sprzyja przenoszeniu się chorób. Dodatkowo, ze względu na zmianę zasięgu i czasu aktywności owadów, kleszczy itp., w naszym kraju pojawiają się również nowe choroby zwierząt. Charakterystyczne dla Polski gatunki, w tym chronione, mogą być przez to narażone na wyginięcie. Na przykład badania żubrów w Białowieży wykazały, że za część ich zgonów były odpowiedzialne zakażenia  bakteriami z rodzaju Pasteurella, które normalnie nie wywołują poważnych chorób. Żubry są jednak nieprzystosowane do wysokich temperatur, ich organizmy są podczas upałów osłabione przez co zwierzęta są bardziej podatne na zachorowania. Podobne  przypadki mogą być w więc częstsze w przyszłości (Brivio  i in., 2019, Stillman, 2019, komunikacja osobista z dr. M. Larską, PIW, 2022). 

Suche powietrze, sucha gleba

Wyższe temperatury to silniejsze parowanie. Ponieważ suma opadów latem (oraz roczna suma opadów) nie rośnie, oznacza to, że coraz częściej występują dziś deficyty wody. Od lat 90. wyraźne przybywa w Polsce dni suchych (z opadami poniżej 1mm) – w tempie ok. 2 na dekadę – i  wydłużają  się suche okresy (kilka dni suchych następujących po sobie). 

Obszarami szczególnie narażonymi na wysychanie są Nizina Wielkopolska i Kujawy, gdzie temperatury rosną szczególnie szybko i gdzie mamy najmniej opadów w ciągu roku – w najsuchszych latach średnia może spaść poniżej 300 mm. Jeśli emisje gazów cieplarnianych nie zaczną spadać w bliskiej przyszłości, to pod koniec wieku część tego regionu może zyskać cechy charakterystyczne dla klimatu półpustynnego, stepowego  (zobacz też: Wiosna się wysusza i Prof. Anna Januchta-Szostak: Adaptacja miast do zmiany klimatu? Pomogą rozwiązania bliskie naturze) (Jylhä i in., 2010, Ruiz-Villanueva i in., 2016, Kundzewicz i in., 2017, Pińskwar i in., 2019, Falarz i in., 2021).

Te niekorzystne trendy mogą być dodatkowo wzmacniane przez zmiany użytkowania terenów. Tereny otwarte (np. pola uprawne) i zurbanizowane szybciej tracą wilgoć, czemu towarzyszy lokalny wzrost temperatury, dalej nasilający utratę wody. Zmieniając sposób użytkowania terenu wpływamy więc przy okazji na krążenie wody i lokalne czy nawet regionalne warunki termiczne. Wylesianie i powiększanie obszarów nieprzepuszczalnych, w połączeniu z wadliwą gospodarką wodną, zwiększa w ostatnich dekadach „ucieczkę” wody z obszaru Polski, powodując większą intensywność skutków suszy  (zobacz też: Nowe klimaty Ziemi – o nich nie było na geografii) (Falarz i in., 2021).

Spragnione rośliny

Choć wydłużanie sezonu wegetacyjnego, w tym wyższe temperatury wiosny, wpłynęły w pewnym stopniu pozytywnie na uprawy ozimego rzepaku, jarego jęczmienia, buraków cukrowych czy kukurydzy w Polsce, to pojawiają się problemy, które mogą łatwo zniweczyć te zyski. Czerwiec, podczas którego wiele roślin kwitnie, staje się w Polsce coraz suchszy. Niedobory wody w kluczowych momentach rozwoju roślin mogą powodować m.in. słabsze formowanie nasion i pogarszanie ich jakości. Podobne skutki ma zbyt szybki wzrost na wiosnę oraz zbyt wysokie temperatury (Kundzewicz i in., 2017, Lippmann i in., 2019).

Osłabione suszą rośliny stają się bardziej podatne na patogeny i choroby. Maleje także transpiracja (oddawanie wody przez rośliny do powietrza). W przypadku zbóż powoduje to wzrost temperatura wewnątrz łanu, co jest dla roślin niekorzystne. Coraz mniejsza zmienność pogody w Polsce powoduje, że trudne warunki (np. upały) utrzymują się całymi tygodniami, przez co wiele roślin uprawnych nie przynosi zakładanych plonów. Sytuację pogarszają coraz częstsze gwałtowne ulewy, które w przypadku zbóż mogą niszczyć całe pola. Wszystko to będzie powodować obniżanie zysków gospodarstw rolnych nastawionych na produkcję roślinną.

Wydawałoby się, że korzystając z ciepłych wiosen można by wysiewać rośliny w Polsce wcześniej, co mogłoby  ograniczyć ryzyka związane z letnimi upałami), Ta strategia adaptacyjna może mieć jednak ograniczone zastosowanie. Powodem są przymrozki, które nawet w dalszej przyszłości będą nadal się pojawiać w kwietniu czy maju. Z tego względu również uprawa roślin ciepłolubnych (np. sorgo) może nie być w Polsce opłacalna (zobacz też: Wiosna się wysusza) (Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, Juroszek  i in., 2019, Iwańska i in., 2020, Asseng i in., 2021, Falarz i in., 2021, Gullino i in., 2022, IPCC, 2022).

Wino zamiast chleba

Deficyty wody są w Polsce najczęstszą przyczyną strat plonów. Ponad 60% gospodarstw rolnych jest nastawionych na produkcję roślinną, susze stanowią więc poważne wyzwanie dla naszej gospodarki. Prognozy wskazują, że w cieplejszym klimacie opłacalna w Polsce może być jedynie uprawa winorośli. W ostatnich latach już widać spowolnienie trendu wzrostu wielkości plonów np. pszenicy czy kukurydzy, który miał miejsce od lat 60. Coraz silniejszy, negatywny wpływ czynników klimatycznych niweluje korzyści z rozwoju naukowego i technicznego, coraz lepszych odmian itp. 

Areały upraw pszenicy, żyta czy ziemniaków będą więc prawdopodobnie spadać. Pszenica zajmuje obecnie ponad 1/5 obszaru ziem rolnych, zmiany wielkości jej plonów mają więc spory wpływ na wartość produkcji rolnej. Letnie susze znacznie zmniejszają jej plony nawet na najlepszych glebach, a takich mamy w Polsce stosunkowo niedużo. Prawie 90% gleb w Polsce to gleby z małą zawartością materii organicznej, w większości lekkie, szybko ulegające przesuszeniu (Kuś, 2015, Kundzewicz i in., 2017, Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, Zieliński i Sobierajewska, 2019, Iwańska i in., 2020). 

Jakość gleb będzie do tego pogarszać się w przyszłości. Można się więc spodziewać, że zbiory – nie tylko pszenicy – będą jeszcze słabsze. Wysokie temperatury sprzyjają bowiem szybszemu rozkładowi materii organicznej w glebie, co obniża jej zdolność do magazynowania wody (zwiększenie intensywności suszy) i dostarczania składników odżywczych roślinom. Degradacja gleb i zmiana warunków klimatycznych ma również wpływ na organizmy glebowe, z których wiele jest kluczowych dla zdrowia roślin. 

Nasilać będzie się również erozja gleb w trakcie susz, powodując dalsze ich ubożenie. W przypadku Polski najbardziej będzie to widoczne w województwach wielkopolskim i kujawsko-pomorskim gdzie duża część gleb ma już obecnie małą zawartość materii organicznej. Skutkiem tych wszystkich problemów będzie większa zmienność plonowania różnych roślin, co stanowi duże wyzwanie na różnych poziomach: od zarządzania pojedynczym gospodarstwem do kwestii stabilności rynków rolnych. Dodatkowo sama zmiana organizacji pracy czy konieczność nawadniania i używania większej ilości środków ochrony roślin będzie mieć wpływ na zyski gospodarstw (zobacz też: Wiosna się wysusza) (Balser i in., 2010, Zieliński i Sobierajewska, 2019, IPCC, 2022).

Skażona żywność

Poważnym problemem jest również pogarszanie jakości wytwarzanej żywności na skutek skażenia mykotoksynami (toksynami wytwarzanymi przez grzyby). Choć teoretycznie wysokie temperatury nie sprzyjają grzybom, to niektóre gatunki są w stanie skutecznie kolonizować rośliny np. kukurydzę, nawet w trakcie suszy. Zmiana warunków klimatycznych może nasilić ten problem. Fuzarioza kolb kukurydzy jest jedną z głównych chorób tej rośliny w Polsce, zagrożeniem są także np. grzyby z rodzaju Alternaria, które infekują pomidory, ziemniaki czy paprykę. 

Spożycie produktów, w których znajdują się  mykotoksyny jest szczególnie groźne dla niemowląt i małych dzieci – może prowadzić np. do zahamowania wzrostu. Również część chorób zwierząt jest skutkiem spożycia skażonych pasz (Medina i in., 2017, Lacetera 2018, Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, McGorum i in., 2021, Navale i in., 2021). 

Lasy zjedzone przez korniki

Przedłużające się susze i upały osłabiają również drzewa, czyniąc je bardziej podatnymi na żerowanie owadów czy choroby. Ciepłe i suche lata są np. jednym z czynników, odpowiadającym za rozprzestrzenianie się w polskich lasach jemioły. Zmiana warunków klimatycznych może też powodować, że organizmy dotąd uważane za nieszkodliwe zaczną powodować duże straty w lasach gospodarczych. 

Przykładem są opieńki. W czasie suszy w 2016 r. opieńki wraz z kornikiem przyczyniły się do zwiększonego obumierania świerków na Dolnym Śląsku. Świerk pospolity, obok sosny pospolitej i modrzewia europejskiego, jest wśród gatunków występujących w Polsce najbardziej wrażliwy na wysokie temperatury. Można się więc spodziewać dalszego jego znikania z lasów, tak jak to już się dzieje np. w Tatrach. 

Drzewa liściaste też mogą niestety ucierpieć, szczególnie największe i najstarsze osobniki. Istotna jest dla nich m.in. wielkość opadów w czerwcu, który staje się w Polsce coraz bardziej suchy. Przykładem  są chociażby uszkodzenia karpackich buków, na skutek susz w 2018 i 2019 r. Stan lasów będzie się więc pogarszał, zmniejszać się będzie bioróżnorodność i możliwość pozyskania drewna, co spowoduje spadek dochodów w leśnictwie. Same straty w wyniku pożarów mogą w przyszłości, w zależności od  scenariusza emisji, sięgać w plantacjach leśnych 1000-5000 euro/ha, a w skrajnych przypadkach nawet 25 000 (zobacz też: Polskie lasy wymierają. Ekspert: „Ich obraz zachowany głęboko w naszych sercach i umysłach, odejdzie w niepamięć” i Lasy na świecie płoną coraz częściej. A jak wygląda sytuacja w Polsce?) (Alberton i in., 2017, Harvey i in., 2019, Lech i in., 2020, Bokwa i in., 2021, Grodzki i Łakomy, 2021, IPCC, 2022).

Złe wiadomości dla wędkarzy

Negatywne zjawiska dotkną także ekosystemów wodnych. Rośnie m.in. temperatura wody w jeziorach. W przypadku jeziora Śniardwy zwiększyła się o ok. 1,5°C między latami 70.-80. XX w. a ostatnim 20-leciem – więcej niż wzrosła średnia temperatura powietrza w jego okolicy. Przyczynił się do tego w dużej mierze zanik lodu zimą, przez co odsłonięta powierzchnia jeziora może dłużej się nagrzewać w ciągu roku. Rośnie w ten sposób także parowanie z jego powierzchni (największy procentowy wzrost parowania wody notowany jest w miesiącach chłodnego półrocza). Wraz z np. słabszymi dopływami wody z rzek będzie to prowadzić do spadku poziomu wody w wielu jeziorach, co zmniejszy regionalne „zapasy” wody (Szwed 2017, Ptak i in., 2020).

Cieplejsza woda w jeziorze zwiększa również m.in. ryzyko zakwitu sinic, zaburzania rozwoju gatunków o złożonym cyklu życiowym czy wymierania gatunków preferujących chłodniejszą wodę. W przypadku scenariusza wysokich emisji woda w mazurskich jeziorach może ogrzać się nawet o 4°C do końca wieku. Skutki tego odczuje turystyka (zamykanie kąpielisk ze względu na złą jakość wody) czy rybołówstwo. 

Organizmy zmiennocieplne (do których należą ryby) są szczególnie wrażliwe na wahania temperatur otoczenia. Na przykład badania na jesiotrach wykazały większą śmiertelność narybku od ryb wystawionych na stres cieplny. Ten mechanizm może doprowadzić np. do spadku opłacalności prowadzenia gospodarstw rybnych w Polsce, gdzie dla naszych rodzimych gatunków ryb szczupakowatych i karpiowatych górna granica optimum termicznego wody to 30°C, a dla pstrągów to 20°C.

Im cieplejsza jest woda tym większe jest też tempo metabolizmu ryb, a tym samym zapotrzebowanie na tlen i pokarm. Tymczasem  zawartość tlenu w wodzie maleje wraz ze wzrostem jej temperatury. Dodatkowo, zamieranie glonów po ich masowych zakwitach może powodować tworzenie się stref beztlenowych, które są śmiertelną pułapką dla wodnych zwierząt. Podobnie może się zdarzyć gdy np. ulewne deszcze naniosą do jeziora bardzo dużo materii organicznej, która szybko się rozkłada w wysokiej temperaturze. W skrajnych przypadkach, w trakcie upałów, może to dochodzić do masowych zgonów ryb w jeziorach jak miało to miejsce np. w 2018 r. w jeziorze Fil w Danii (zobacz też Urlop z sinicami) (Myers i in., 2017, Burraco i in., 2020, Ptak i in., 2020, Piccolroaz i in., 2021, Sø i in., 2022).

Kąpiel na własne ryzyko

Zamykanie kąpielisk latem będzie także dotyczyć Morza Bałtyckiego. W związku ze wzrostem temperatury jego wody i mniejszym zasoleniem obserwuje się m.in. coraz częstsze pojawianie się u naszych wybrzeży większej liczby szkodliwych dla ludzkiego zdrowia bakterii z rodzaju Vibrio. Im jest cieplej, tym więcej osób korzysta z kąpieli, co wraz z większą liczbą tych mikroorganizmów, łatwo namnażających się w ciepłej wodzie, prowadzi do większej liczby przypadków zachorowań. Bakterie te mogą wywoływać nieżyty żołądka i jelit, a w skrajnym przypadku sepsę. Pierwsze przypadki sepsy wywołanej Vibrio vulnificus zostały już odnotowane w Polsce (zobacz też: Zmiana klimatu a zdrowie Polaków – raport Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego i Zmiana klimatu niepokoi lekarzy) (Cavicchioli i in., 2019, Aksak-Wąs i in., 2021, Mora i in., 2022, Rupasinghe i in., 2022). 

Ciepłe wiosny i gorące lato bez opadów prowadzą także do przesuwania się okresów występowania niskich stanów wody w rzekach – z wczesnej jesieni na przełom lipca i sierpnia. Płytsze rzeki dużo łatwiej się nagrzewają. Skutkiem może być zwiększona eutrofizacja czy zakwit toksycznych glonów powodujące duże szkody w ekosystemach rzecznych (np. śnięcie ryb). W przypadku małych rzek może dochodzić nawet do całkowitego ich wysychania. Odbija się to negatywnie na  rybach, szczególnie gatunkach wędrownych takich jak np.: pstrąg potokowy czy węgorz europejski. Susze hydrologiczne są zresztą coraz częstsze i bardziej dotkliwe w całej centralnej Europie. Przekształcanie rzek (zabudowa dolin, prostowanie koryt itp.) dodatkowo nasila negatywne konsekwencje jakie niesie dla nich zmiana klimatu (Alberton i in., 2017, Kundzewicz i in., 2017, Piniewski i in., 2018, Venegas-Cordero i in., 2022).

Elektrownie węglowe nie dadzą rady

Zmiana czasu występowania tzw. niżówek i wzrost temperatury wody w rzekach to także duży problem dla polskiej energetyki. Opiera się ona głównie na elektrowniach węglowych (ok. 70% produkcji energii w Polsce), z których część nadal korzysta z systemów chłodzenia wodą w obiegu otwartym. Jeśli woda pobierana w systemach obiegu otwartego jest zbyt ciepła, efektywność chłodzenia jest mniejsza. Zrzut podgrzanej wody, szczególnie do płytkiej rzeki, oznacza natomiast zanieczyszczenie termiczne. Może ono powodować niekorzystne zmiany w rzekach, w tym zmniejszanie bioróżnorodności czy lepszy rozwój gatunków obcych i inwazyjnych. 

Sektor energetyczny jest najbardziej wodochłonnym sektorem w Polsce (ok. 60% całkowitej konsumpcji), a do chłodzenia bloków wszystkich elektrowni używane jest ok. 7  km³ wody rocznie (co odpowiada ok.14 zbiornikom Solina). Częstsze występowanie niskich stanów wody, szczególnie w okresie zwiększonego zapotrzebowania na energię, jest więc doskonałym przepisem na katastrofę. Przykład mieliśmy w sierpniu 2015 r., gdy po raz pierwszy od 1989 r. wprowadzono tzw. 20 stopień zasilania. Przyczyną było rekordowe zapotrzebowanie na energię (22 GW), fala upałów, niski poziom wody w rzekach i wysokie jej temperatury, remonty bloków w elektrowniach oraz awaria elektrowni w Bełchatowie. Straty w przemyśle, szczególnie duże w przemyśle ciężkim, wyniosły w sumie 1,5-2 mld zł (Burraco i in., 2020, Walczykiewicz i Żelazny, 2022).

Mniej ogrzewania, ale zdecydowanie więcej chłodzenia

Mogłoby się wydawać, że Polska skorzysta na podnoszeniu średnich temperatur powietrza ze względu na ograniczenie potrzeb grzewczych. Okazuje się jednak, że upalne lata mogą w dużym stopniu zniweczyć ten „zysk”, ponieważ przynoszą wzrost zapotrzebowania na chłodzenie (nie tylko pomieszczeń mieszkalnych czy biurowych, ale też tych przeznaczonych dla zwierząt, do przechowywania żywności, systemów przemysłowych czy telekomunikacyjnych). Największe zapotrzebowanie na chłodzenie występuje w środkowej Polsce, okolicach dolnej Odry i Sandomierza. W okresie 1971-2000 liczba dni w roku, gdy było ono potrzebne wynosiła tu ok. 30-40. Do końca wieku, przy scenariuszu wysokich emisji, może być ich nawet 2 razy więcej (co może oznaczać nawet prawie 3 miesiące intensywnego używania klimatyzacji). 

W związku z tym zmianami pod koniec wieku całkowite zużycie energii może w Polsce nawet wzrosnąć (zakładając brak większych zmian systemu energetycznego). Już zresztą na początku XX w. dystrybutor elektryczności PSE S.A. odnotował 20% wzrost zapotrzebowania na energię latem i jednocześnie po 2011 r. spadek zapotrzebowania na ciepło zimą. Przełożyło się to w PSE na sumaryczny wzrost zapotrzebowania na energię od 1992 r. (Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, Walczykiewicz i Żelazny, 2022, dane EuroStat).

Drogi prąd – jeśli w ogóle będzie

O ile do ogrzewania można wykorzystywać różne źródła energii (np. olej opałowy, gaz) to do chłodzenia zasadniczo jedynie prąd. Większe zapotrzebowanie na energię latem będzie więc prowadzić do większego obciążania systemu energetycznego w okresie, gdy efektywne chłodzenie bloków bywa utrudnione. Może to łatwo przeciążyć systemy produkcji i przesyłu, tym bardziej, że na koniec wieku wzrost zapotrzebowania na energię w niektórych regionach Polski może przekroczyć 75% obecnych rekordowych wartości. Braki prądu latem mogą mieć katastrofalne skutki np. dla farm zwierząt (brak możliwości chłodzenia budynków) czy przemysłu spożywczego (niedziałające chłodziarki). Pewnym zabezpieczeniem są agregaty prądotwórcze, jednak jest to rozwiązanie kosztowne. Do tego zmiana zapotrzebowania na chłodzenie/grzanie, duże różnice między szczytami a małym zapotrzebowaniem na prąd wpłyną mocno na równowagę rynków a tym samym ceny energii (Wieczorek-Kosmala, 2020, Falarz i in., 2021).

Zalane miasta

Nie tylko upały będą generować w Polsce wiele problemów. Wzrośnie także ryzyko powodzi opadowych i podtopień. Gwałtowne ulewy, coraz częściej występujące jedna po drugiej, przyczyniły się do tego, że od 2010 r. notuje się u nas wzrost liczby okresów wilgotnych, choć wcześniej, przez 6 dekad, trend był spadkowy. W XX w. docierało jednak do nas mniej niżów znad Morza śródziemnego. Obecnie napływy powietrza z południa są częstsze, co ma znaczenie dla wielkości opadów szczególnie na południu Polski. Obserwuje się w tym regionie, podobnie jak w centrum kraju, m.in. najszybszy wzrost liczby dni z opadem ≥ 50 mm (Pińskwar i in., 2019).

Choć wydaje się, że ulewy mogłyby łagodzić skutki susz, to niestety rzadko tak się dzieje. Owszem, gleba, która nie jest nasycona wodą może „przyjąć” więcej deszczu. Ten mechanizm może być częściowo odpowiedzialny za to, że modele nie wskazują w przyszłości znacznego wzrostu powodzi rzecznych w Polsce (choć ogólnie w tym przypadku prognozowanie jest trudne np. ze względu na wpływ wylesiania czy naturalną zmienność klimatu). To dotyczy jednak tylko terenów niezabudowanych, gdzie woda  ma szansę zostać wchłonięta przez glebę zamiast spłynąć po nieprzepuszczalnej powierzchni podnosząc poziom strumieni i rzek.

W miastach ulewy będą jednak coraz częściej powodować tzw. powodzie błyskawiczne. Wynika to zarówno z intensywności deszczów (maksymalne sumy opadów wzrosły na terenie całego kraju w stosunku do 2 połowy XX w.), jak i tego, że infrastruktura (np. kanalizacja deszczowa) była budowana z uwzględnieniem norm, które nie przystają do obecnych warunków. Tutaj trend wzrostowy jest wyraźny. Powodzie błyskawiczne możemy obserwować w Polsce właściwie już każdego roku w różnych miastach. Są to jedne z najbardziej kosztownych katastrof – na terenach zurbanizowanych straty w wyniku pojedynczego zdarzenia mogą sięgać nawet 130 mln zł (zobacz też: 2022 – rok wielkich powodzi) (Ruiz-Villanueva i in., 2016, Kundzewicz i in., 2017, Kundzewicz i Pińskwar, 2022 , Miszuk i in., 2022).

Prawdziwe oberwanie chmury

Intensywne deszcze, szczególnie padające wiele dni mogą w końcu prowadzić także do powodzi rzecznych. Taka pogoda powoduje, że gleby nasycają się wodą i przestają przyjmować dodatkowe jej porcje, co w szybkim czasie może doprowadzić do poważnych wezbrań. Taki mechanizm odpowiada m.in. za  katastrofalną powódź na przełomie maja i czerwca w 2010 r. Sytuację może pogorszać dodatkowo betonowanie i prostowanie strumieni i rzek, a także zabudowywanie ich dolin, przez co fale powodziowe mogą być w wielu miejscach wyższe (także na terenach miast czy wsi) niż gdyby doliny rzeczne miały bardziej naturalny charakter. 

Na obszarach górskich na skutek ulew może  również dochodzić do osuwisk – tak stało się np. w 2010 roku w miejscowości Kłodne (opad dobowy na najbliższej stacji wyniósł wtedy prawie 60 mm). Intensywne, kilkudniowe opady w górach to najczęściej skutek docierania nad te regiony niżów znad Morza Śródziemnego. Pokazuje to, że warunki panujące nawet w odległych regionach Europy (np. wilgotność atmosfery i wielkość ewapotranspiracji na południu kontynentu) mogą mieć duży wpływ na sytuację w Polsce (zobacz też: PAN o klimacie, suszy, powodziach i gospodarce wodnej) (Ruiz-Villanueva i in., 2016 , Kundzewicz i in., 2017, Kubiak-Wójcicka, 2020, Venegas-Cordero i in., 2022).

Wichury niszczące budynki

Warunki w Polsce stają się też bardziej sprzyjające dla silniejszych zjawisk konwekcyjnych. Może to prowadzić do bardziej gwałtownych burz i częstszych trąb powietrznych (obecnie warunki dla pojawiania się trąb panują średnio kilka godzin rocznie). W ostatnich latach praktycznie każdego roku mamy co najmniej jedno tego typu zdarzenie przynoszące ogromne szkody.  

Przykładowo w sierpniu 2017 podczas bardzo gwałtownej burzy zniszczeniu uległo ponad 3600 budynków i ok 45 tys. ha lasów. W przypadku lasów tak ogromne zniszczenia były bezprecedensowe co najmniej w ostatnich 200-300 latach. Straty związane ze zniszczonymi sieciami energetycznymi oszacowano na 150-200 mln zł, natomiast wypłaty z ubezpieczeń majątkowych wyniosły ok. 400 mln zł. W czerwcu 2021 r. tornado, burze i powodzie błyskawiczne na południu Polski spowodowały szkody w wysokości minimum kilkudziesięciu mln złotych. 

Według prognoz same tylko straty na skutek wichur mogą do końca wieku wzrosnąć w Polsce o ok. 30% i będą dotyczyć głównie linii energetycznych, szczególnie na wybrzeżu i północnym zachodzie. Będzie to kolejnym czynnikiem podnoszącym ryzyko przerw w dostawach prądu latem. Ponieważ latem mamy do czynienia z różnymi ekstremalnymi zjawiskami (burze, wichury, grad, susze, pożary, ulewy, trąby powietrzne), to straty w tej porze roku mogą być naprawdę znaczne chociażby ze względu na możliwość nakładania się skutków kilku zdarzeń. Będzie to dużym obciążeniem dla gospodarstw domowych i przemysłu, wpłynie też najprawdopodobniej na wysokość składek ubezpieczeń (zobacz też: 2022 – rok wielkich powodzi) (Forzieri, 2018, raport PIU, 2019, Falarz i in., 2021, Gaska, 2021).

Nadciąga piekielny gorąc

Z powodu zjawisk ekstremalnych Polska traci rocznie średnio 6 mld zł w wyniku strat bezpośrednich. Gdy jednak wliczy się koszty pośrednie, np. przerwania ciągłości działania przedsiębiorstw może być to nawet 9 mld zł. O ile przed 2010 r. największe koszty wiązały się uszkodzeniami infrastruktury w wyniku powodzi, to obecnie największe straty ponosi rolnictwo. Stanowią one ponad połowę wszystkich strat w gospodarce w ostatnich 20 latach. Można się spodziewać, że w przyszłości będą one dalej rosły. Szacuje się, że zwiększanie siły i częstotliwości zjawisk ekstremalnych (w tym konsekwencji wzrostu poziomu morza) spowoduje, że w 2 połowie XXI w. PKB Polski spadnie w przypadku scenariusza wysokich emisji o ok. 3% (Gąska, 2020 Falarz i in., 2021, Miszuk i in., 2022).

Brak zdecydowanych działań w celu ograniczania emisji gazów cieplarnianych spowoduje bowiem, że średnie temperatury lata podniosą się w Polsce do końca wieku nawet o 3-4°C. Temperatury maksymalne podczas upałów będą więc jeszcze wyższe niż teraz (na wybrzeżu nawet o 7°), a same fale dłuższe i częstsze. Jeszcze do niedawna mieliśmy w Polsce 1-2 fale upałów trwające 4-10 dni (w zależności od regionu). Pod koniec XXI wieku, przy obecnym tempie emisji, ich liczba podwoi się na dużej części terytorium Polski, na południu nawet potroi, a czas trwania w środkowej i południowej części kraju może przekroczyć nawet 3 tygodnie. Wydłużą się także okresy bezopadowe co spowoduje dalsze nasilanie susz (Jędruszkiewicz i Wibig, 2019, Siwiec i in., 2022).

Rolnictwo będzie działem gospodarki, który najmocniej to odczuje. Jednak poważne wyzwania czekają także system opieki zdrowotnej. Wśród nich będą m.in. przeciążanie SORów i przychodni w trakcie upałów, nowe „egzotyczne” choroby (np. wibriozy) i wzrost liczby zatruć. Pogarszać się będzie także kondycja psychiczna społeczeństwa (np. na skutek większej liczby kataklizmów więcej osób może zostać dotkniętych zespołem stresu pourazowego). Konieczne będzie dostosowanie infrastruktury i systemu opieki społecznej tak aby lepiej zadbać o bezpieczeństwo i zdrowie seniorów (Gawrych, 2022,  Mora i in., 2022). 

Anna Sierpińska konsultacja merytoryczna: prof. Zbigniew Karaczun, dr Sebastian Szklarek, dr Aleksandra Kardaś

The post Lato, za którym nie będziemy tęsknić appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Opublikowany 20 lat temu trzeci raport IPCC wskazywał, że konsekwencją rosnącej temperatury Ziemi jest m.in. bardziej intensywny cykl hydrologiczny, co w niektórych regionach świata zwiększy liczbę silnych ulew i powodzi. Naukowcy przewidywali, że w XXI w. będzie to miało miejsce m.in. w tropikalnej części Afryki oraz latem w południowej i wschodniej części Azji. Większej liczbie powodzi towarzyszyć miały liczniejsze lawiny błotne, osunięcia ziemi, zniszczenia gleby oraz rosnąca presja na rządy i ubezpieczycieli odnośnie wypłaty rekompensat. Prognozy te spełniają się na naszych oczach, a rok 2022 może okazać się zapowiedzią tego, z czym coraz częściej będziemy się mierzyć w przyszłości (raport IPCC, 2001). 

Zaczęło się w lutym 2022, kiedy silne opady doprowadziły do powodzi w południowo-wschodniej części Australii. Zalane zostały m.in. Brisbane i Sydney. W ciągu 3 dni, do 28 lutego, opady w Brisbane przekroczyły 670 mm – jest to najwyższa wartość zanotowana kiedykolwiek w tym mieście. W części stanu Queensland zostały zamknięte szkoły, ze względu na problemy z dostawami pojawiły się niedobory żywności, nie było prądu. 

Sytuacja nie wróciła do normy zbyt szybko – następne tygodnie przyniosły dalsze deszcze i kolejne powodzie. W dużej mierze był to skutek utkwienia w miejscu tzw. rzeki atmosferycznej, czyli strumienia pary wodnej przemieszczającej się w tym przypadku znad północnej części kontynentu, na wysokości ok. 1 km. Wyjątkowo ciepły ocean u wybrzeży Australii zasilał ją w ogromną ilość wilgoci, uwalnianej potem nad lądem w postaci opadów. Choć ten wzrost temperatury morza na początku roku wynikał w dużej mierze z utrzymującej się kolejny rok silnej La Niñy, to także zmiana klimatu odegrała tu pewną rolę (zobacz też: Rzeki atmosferyczne: prawdziwe oberwanie chmury, Pięć pytań o ENSO (El Niño i La Niña)). 

Kimberley Reid, fizyczka atmosfery z Uniwersytetu Monasha, badała podobną sytuację związaną z rzeką atmosferyczną, która doprowadziła do powodzi w Sydney w marcu 2021. Jej zdaniem zmiana klimatu nasila intensywność takich zjawisk i należy się spodziewać, że będzie coraz gorzej. 

Przyjrzeliśmy się scenariuszom wysokich emisji, w tym BAU [Business As Usual – „biznes ja zwykle”, czyli bez wdrażania polityk ograniczania emisji – przyp.red.], prowadzącym do wzrostu globalnej temperatury o 4^oC do końca wieku oraz scenariuszom, gdzie jest tylko 2^oC wzrost temperatury i okazało się, że wzrost prawdopodobieństwa [wystąpienia] takich zdarzeń jest [w obu przypadkach] bardzo podobny – o ok. 80%. 

Nawet zdecydowane ograniczanie emisji nie spowoduje bowiem, że oceany przestaną się  dalej ogrzewać. Tego można byłoby się spodziewać dopiero jakiś czas po całkowitym zatrzymaniu wzrostu koncentracji gazów cieplarnianych, gdy temperatura oceanu dopasowałaby się do jej ostatecznego poziomu (oceany mają dużą bezwładność termiczną, czyli nagrzewają się z opóźnieniem). Dopóki efekt cieplarniany będzie się nasilał, w oceanach będzie przybywać energii. Przy wyższych emisjach proces będzie zachodził raczej dłużej niż szybciej. A cieplejsze oceany oznaczają m.in. szersze i dłuższe rzeki atmosferyczne, przynoszące silne ulewy (zobacz też: Ocieplenie oceanów – co oznacza i czym się może skończyć?).

Problemy w RPA i Brazylii

W tym samym czasie, gdy południowo-wschodnia Australia zmagała się z powodziami, ulewne deszcze nawiedziły m.in. RPA i Brazylię. W kwietniu powodzie i osunięcia ziemi w 2 południowoafrykańskich prowincjach KwaZulu-Natal i Przylądkowej Wschodniej doprowadziły do śmierci ponad 400 osób i ogromnych zniszczeń w infrastrukturze – m.in. uszkodzenia 2 autostrad. Duże części Durbanu, trzeciego największego miasta w RPA, zostały pozbawione wody i prądu. Miejscami, w obu prowincjach, opady przekroczyły 350 mm w ciągu 2 dni. 

Jeszcze silniejsze ulewy dotknęły brazylijski stan Pernambuco, gdzie w ciągu mniej niż 24 godzin 27/28 maja spadło ok. 70% miesięcznej normy deszczu dla całego miesiąca. Zginęło ponad 100 osób, a lawiny błotne zniszczyły wiele osiedli zamieszkany przez uboższe społeczności wokół stolicy stanu Recife. 

Badania atrybucyjne pokazały, że jeśli chodzi o RPA zmiana klimatu podwoiła prawdopodobieństwo wystąpienia takiego zdarzenia (z 1 raz na 40 lat do 1 raz na 20 lat) i nasiliła jego intensywność o ok 4-8%. W przypadku Brazylii oszacowano, że tego typu zdarzenie jest ekstremalnie rzadkie nawet w obecnym klimacie (1 raz na 500-1000 lat), jednak bez wzrostu temperatury Ziemi opady byłyby 5 razy mniej intensywne. Choć w przypadku RPA nie określono wpływu tegorocznej silnej La Niñy, to we wschodniej części Brazylii, gdzie znajduje się stan Pernambuco, znacznie przyczyniła się do wzrostu wilgotności atmosfery. Straty w stanie Pernambuco powiększyło też m.in. wezbranie sztormowe na wybrzeżu (w związku ze wzrostem poziomu morza sięgają one coraz dalej w głąb lądu)  (Pinto i in., 2022, Zachariah i in., 2022). 

Setki ofiar powodzi w Nigerii

Gdy w Brazylii kończyła się pora deszczowa, w środkowo-zachodniej Afryce dopiero się rozpoczynała. W wielu regionach, m.in. w okolicach jeziora Czad, opady już na początku sezonu były większe niż przeciętnie. W wyniku tego, w połowie czerwca duże powodzie dotknęły Nigier i Nigerię. Były one jednymi z najbardziej śmiercionośnych w historii obu państw. W Nigrze zginęło około 200 osób, w Nigerii ok. 600. W Nigerii powódź dotknęła w sumie ponad 3 mln ludzi, a prawie 1,5 mln zostało zmuszonych do opuszczenia swoich domów. Zniszczeniu uległo ok. 300 000 budynków i ok. 500 000 ha ziemi uprawnej. 

Duża liczba ofiar w Nigerii to skutek min. stawiania osiedli blisko terenów zalewowych. Duża część z nich została wybudowana w latach 80., gdy region ten był bardziej suchy. Jego „osuszenie” wynikało z przesuwania się od lat 50. międzyzwrotnikowej strefy zbieżności i związanych z nią opadów bardziej na południe. Przyczyną tego zjawiska było gromadzenie się w atmosferze aerozoli emitowanych nad uprzemysłowionymi obszarami Europy i Ameryki Północnej. Ograniczenie ich emisji pod koniec XX w. oraz wzrost stężenia gazów cieplarnianych, spowodowały że strefa zbieżności „wróciła” bardziej na północ, a wraz z nią intensywniejsze opady. Jednak prawdopodobieństwo wystąpienia aż tak silnych jak w tym roku, byłoby 80 razy mniejsze w klimacie XIX w., a ich intensywność – słabsza o 20% (Zachariah i in., 2022).  

Powodzie dotknęły również wiele innych państw afrykańskich np. w lipcu najsilniejsze od 30 lat opady w Czadzie spowodowały, że część obszarów stolicy N’Djameny była osiągalna tylko łodzią. W sumie prawie 6 mln osób w zachodniej i centralnej części Afryki zmagało się z konsekwencjami ulewnych deszczy, a w regionie znacznie wzrosła liczba zachorowań na cholerę, malarię i żółtą febrę (Zachariah i in., 2022). 

Powodzie w Pakistanie

Jeśli chodzi o zasięg powodzi, ich częstotliwość oraz liczbę ofiar, Afryka zazwyczaj ustępuje jednak miejsca Azji. Podobnie było w roku 2022. Rekordowe opady monsunowe od czerwca do sierpnia doprowadziły do ogromnych powodzi w Pakistanie. W sierpniu spadło tu 3 razy więcej deszczu niż zwykle, powodując, że był to najbardziej mokry sierpień od 1961 r. Na obszarze dwóch południowych prowincji: Sindh i Balochistan, spadło od 2 do 8 razy więcej deszczu niż typowo w sierpniu. W prowincji Sindh wylanie Indusu doprowadziło do powstania jeziora długości 100 km. 

Powodzie dotknęły w sumie ok. 33 mln ludzi, zginęło co najmniej 1500 osób, 900 000 zwierząt domowych, zniszczone zostało 1,7 mln domów, 6700 km dróg, ponad 250 mostów, ponad 1400 ośrodków zdrowia i ok. 18 tys. km²  upraw, w tym niemal połowa upraw bawełny, jednego z kluczowych dóbr eksportowych Pakistanu. Szkody ekonomiczne przekroczyły 40 mld dolarów.

Według badań atrybucyjnych prawdopodobieństwo takiego zdarzenia w obecnym klimacie to 1 raz na 100 lat (bez wzrostu globalnej temperatury: ok. 1 raz na 1000 lat), a zmiana klimatu zwiększyła intensywność opadów o 50% (Otto i in., 2023). Intensywne monsuny, takie jak ten, który doprowadził do powodzi w Pakistanie, są wiązane z pojawianiem się silnej La Niñy. W tym roku dodatkowo bardzo wysokie temperatury występowały we wschodniej części Oceanu Indyjskiego (co jest związane z tzw. negatywną fazą IOD, Dipola Oceanu Indyjskiego, jednego z naturalnych procesów prowadzących do występowania na przemian podwyższonych i obniżonych temperatur w wybranych regionach wszechoceanu).

Podobnie jak w przypadku Australii czy Brazylii, ciepły ocean dostarczał więcej wilgoci do atmosfery, czego konsekwencją były niezwykle obfite opady nad częścią Azji. Oprócz Pakistanu powodzie miały miejsce m.in. w północno-wschodnich Indiach i Bangladeszu (maj, 300 ofiar, 9 mln ludzi dotkniętych), w Chinach (sierpień, ponad 6 tys. osób dotkniętych) i w Wietnamie (październik, 400 tys. osób). Z wszystkimi tymi zdarzeniami wiązał się wzrost zachorowań na malarię (ponad 500 000 przypadków w Pakistanie), choroby biegunkowe czy dengę (ok. 150 zgonów w Pakistanie) (Otto i in., 2023).

Odpowiedzialność za katastrofy tematem COP27

Sekretarz Generalny ONZ, António Guterres, nazwał mieszkańców Pakistanu w swoim przemówieniu ofiarami „ponurego rachunku niesprawiedliwości klimatycznej” wskazując, że kraj płaci ogromną cenę związaną z antropogeniczną zmianą klimatu, chociaż jest odpowiedzialny za mniej niż 1% globalnych emisji gazów cieplarnianych. 

Temat „moralnej odpowiedzialności” państw rozwiniętych za szkody klimatyczne pojawił się na COP27 w Egipcie, gdzie premier Pakistanu Shahbaz Sharif został nominowany na wiceprzewodniczącego konferencji. Jego głos mógł przyczynić się do przyjęcia pod obrady tematu rekompensat (loss&damage), które mają być formą wsparcia na mitygację i adaptację płaconego przez państwa uprzemysłowione państwom rozwijającym się. 

Zorganizowanie i wypłacanie tych środków staje się coraz bardziej naglące, gdyż szkody ekonomiczne związane z katastrofami napędzanymi wzrostem globalnej temperatury coraz bardziej rosną. Na przykład w południowo-wschodniej Azji mogą sięgnąć do 2050 r. nawet ok. 15% PKB, a w niektórych państwach afrykańskich spadek PKB w wyniku zmiany klimatu może wynieść do 2050 r. nawet ok. 30%. Ten problem zaczynają jednak odczuwać także kraje znajdujące się na początku rankingu najbogatszych państw świata.  

Domy, których nie da się ubezpieczyć

W południowej części Australii w latach 1970-2019 ok. 30% strat ekonomicznych było związane z powodziami. Tegoroczne powodzie, które powtarzały się w tym regionie właściwie co kilka tygodni, najprawdopodobniej zmniejszą wzrost gospodarczy i podniosą krajową inflację. Insurance Council Of Australia (stowarzyszenie reprezentujące ubezpieczycieli) szacuje, że jest to najbardziej kosztowna katastrofa naturalna w historii państwa. Od lutego do listopada zostały złożone wnioski o wypłatę odszkodowań w wysokości w sumie ok. 5,5 mld dolarów australijskich. 

Według Andrew Halla z Insurance Council of Australia wiele firm ubezpieczeniowych wskazało swoim klientom, że ich polisy ubezpieczeniowe nie zostaną odnowione. „Miasto, które jest tyle razy zalewane przez powodzie jest po prostu za drogie, jeśli chodzi o tradycyjne produkty ubezpieczeniowe” – tłumaczy Hall. Jeśli domy są kilkukrotnie niszczone w ciągu roku, to składki ubezpieczeniowe mogą wzrosnąć na tyle, że ubezpieczenia staną się właściwie niedostępne dla właścicieli wielu z nich. Climate Council szacuje, że w najbliższej przyszłości może to dotyczyć 1 na 25 nieruchomości. W części regionów ubezpieczyciele mogą nawet zupełnie zrezygnować z oferowania ubezpieczeń budynków. Wiele osób znajdzie się w ten sposób w trudnej sytuacji, gdyż ich domy będą bardzo tracić na wartości. Dodatkowo rządowe raporty wskazują, że w przyszłości zarówno katastrofalne pożary i susze, jak i powodzie, mogą zdarzać się częściej i następować zaraz po sobie.

Rozregulowane naturalne oscylacje

W Australii straty ekonomiczne związane z powodziami są potęgowane niewłaściwą polityką urbanistyczną, której skutkiem było zabudowywanie tarasów zalewowych. Byłyby jednak mniejsze, gdyby nie to, że zmiana klimatu nasiliła ulewy do takiego stopnia, że meteorolog telewizji ABC Tom Saunders, mówi raczej o „unicestwianiu rekordów” a nie ich biciu. W lipcu w części Sydney spadło w 4 dni tyle deszczu, co Melbourne czy Londyn otrzymują przez cały rok, a październik był najbardziej wilgotnym w historii październikiem w zlewni rzek Murray i Darling – pod koniec tego miesiąca sumaryczne opady w Sydney od początku roku wynosiły 2,4 m.

Australijskie Bureau of Meteorology (BOM, Biuro Meteorologiczne) wskazuje, że w ostatnich dekadach nasila się trend krótkotrwałych ale bardzo intensywnych opadów, szczególnie nad północną częścią Australii, a ich intensywność wzrosła o ok. 10%. Gdy zdarzają się one w latach utrzymującej/powtarzającej się La Niñy, jak jak w ostatnich kilkunastu miesiącach, ich potencjał niszczycielski jest większy – poziomy rzek są bowiem podwyższone, a gleba nasycona wodą w wyniku opadów towarzyszących La Ninie. BOM szacuje, że wraz z ocieplaniem klimatu intensywność takich opadów będzie rosła, gdyż cieplejsza atmosfera może „pomieścić” więcej wilgoci, a wzrost wilgotności atmosfery oznacza nie tylko ulewy ale i więcej energii napędzającej procesy atmosferyczne. 

Pogodę w Australii oprócz La Niñy i El Niño kształtują również inne naturalne oscylacje (zjawiska obejmujące wzajemne oddziaływanie oceanu i atmosfery, prowadzące do naprzemiennego występowania cieplejszych i chłodniejszych lub bardziej suchych i wilgotnych warunków w wybranych regionach): głównie wspomniany już IOD i SAM (oscylacja antarktyczna). Negatywna faza IOD i pozytywna faza SAM (czyli taka sytuacja, jak miała miejsce w 2022 r.) sprzyjają bardziej wilgotnym warunkom pogodowym w południowej Australii, ale także silniejszym opadom monsunowym m.in. na południu Azji. 

Naturalne oscylacje mają także niewielki, ale w niektórych przypadkach znaczący, wpływ na zachowanie rzek atmosferycznych. W bliskiej przyszłości można spodziewać się zwiększania intensywności katastrof pogodowych także ze względu na zmiany w naturalnych oscylacjach. Według prognoz ekstremalne zdarzenia La Niña będą mieć miejsce w XXI w. prawie 2 razy częściej niż w XX w. w przypadku scenariusza RCP 8.5 (z 1 raz na 23 lata do 1 raz na 13 lat). Zwiększy się także częstotliwość ekstremalnych zdarzeń El Niño. Zmiana klimatu powoduje też np. częstsze pojawianie się pozytywnej fazy IOD kilka razy z rzędu (wpływa to m.in. na występowanie susz w wschodniej Azji i Australii oraz powodzi na niektórych obszarach Indii). Ponieważ naturalne oscylacje wpływają na siebie wzajemnie, w przyszłości można spodziewać się dalszych modyfikacji regionalnych wzorców pogodowych (Cai i Cowan, 2009, Cai i in., 2015, Haszpra i in., 2020, Zhang i in., 2020, Cai i in., 2021, Ezaz i in., 2022, Geng i in., 2022 , Reid i in., 2022) (zobacz też: ABC pożarów w Australii). 

W drodze do „klimatycznego piekła”

Autorzy najnowszego raportu IPCC szacują, że w przyszłości będzie rosła ilość ekstremalnych ulew oraz związana z tym częstotliwość i siła powodzi rzecznych. W przypadku ocieplenia o 2^oC liczba ludzi dotkniętych powodziami rzecznymi wzrośnie o ok. 120% (czyli 2,2 raza) a szkody o co najmniej 170% (czyli 2,7 raza). W przypadku Azji południowej i wschodniej nawet dziesiątki milionów osób w każdym z państw mogą ucierpieć w jakimś stopniu co roku na skutek powodzi.  W porównaniu do ocieplenia o 1,5^oC, przy ociepleniu o 4^oC  bezpośrednie szkody spowodowane powodziami, liczone jako spadek PKB, wzrosną globalnie cztero – pięciokrotnie  (zależnie od scenariuszy emisji i przyjętych założeń)(raport IPCC AR6, 2022). 

Wzrost częstotliwości ekstremalnych zdarzeń w uboższych państwach Globalnego Południa oznacza dalsze pogarszanie sytuacji ich mieszkańców. Mark Brown, premier Wysp Cooka wskazuje, że 

to od krajów G20, odpowiedzialnych za 80% globalnych emisji, zależy nasze przetrwanie. Nasze przetrwanie jest zakładnikiem zysków i braku woli – pomimo możliwości – do działania. 

Brak zdecydowanych działań mitygacyjnych w państwach odpowiedzialnych za największą część emisji gazów cieplarnianych jest jednym z problemów.

Drugim jest brak wsparcia finansowego na działania adaptacyjne w państwach rozwijających się. Choć temat loss&damage od wielu lat pojawia się na klimatycznych COPach, nadal finansowanie z tym związane nie osiągnęło poziomu deklarowanego przez państwa Globalnej Północy (100 mld dolarów rocznie). ONZ szacuje na podstawie planów przedstawionych przez 76 państw rozwijających się, że na samą adaptację do zmiany klimatu potrzeba ok. 70 mld dolarów rocznie od teraz do 2030 r.  Bez zwiększenia finansowania przez państwa Globalnej Północy nie będzie możliwe osiągnięcie „klimatycznej sprawiedliwości” i lepszej ochrony wrażliwych społeczności Globalnego Południa. Bez bardziej ambitnych działań na rzecz redukcji emisji gazów cieplarnianych, której na razie pomimo deklaracji nie widzimy, sytuacja społeczno-gospodarcza na świecie, szczególnie w państwach położonych na niskich szerokościach geograficznych, będzie się jeszcze bardziej pogarszać. Sekretarz Generalny ONZ, Antonio Guterres, podsumował to na COP27 w Egipcie jednym zdaniem: „Świat pędzi autostradą do klimatycznego piekła trzymając nogę na pedale gazu”. Tegoroczne powodzie dają mały wgląd w to, jak może wyglądać to piekło (raport ONZ Adaptation Gap, 2022). 

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: dr Aleksandra Kardaś

The post 2022 – rok wielkich powodzi appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W skutych zmarzliną gruntach Arktyki (północna Syberia jest jej częścią), znajduje się prawie 1700 Gt (gigaton; 1 Gt = 1 miliard ton) organicznego węgla, z czego większość w górnych 3 m gruntu, a około 1/3 głębiej. Jego ewentualne uwolnienie do atmosfery w postaci gazów cieplarnianych CO₂ (dwutlenku węgla) i CH₄ (metanu) przyśpieszyłoby ocieplenie klimatu. Z drugiej strony, rosnąca temperatura Ziemi zagraża stabilności tego ogromnego magazynu w wieloraki sposób (zobacz: Topnienie zmarzliny niszczy lądowe magazyny węgla). Ocieplenie nie tylko powoduje fizyczne tajanie zmarzliny, ale m.in. stwarza coraz dogodniejsze warunki do powstawania tam pożarów. Ich wpływ, choć jeszcze nie do końca dokładnie rozumiany przez naukowców, wydaje się być większy, niż do tej pory sądzono (Turetsky i in., 2020, Miner i in., 2022). 

Pożary w Arktyce – to prawdziwa inwazja

Liczba pożarów, a także ilość emitowanych w czasie ich trwania gazów cieplarnianych, jest na obszarze Syberii większa niż na Alasce i w Kanadzie. Co roku na Syberii zniszczeniu ulega od ok. 5 do ok. 20 mln ha terenów naturalnych, a średni wypalony obszar był w latach 2011-2020 ponad 2 razy większy, niż jeszcze na początku XXI w. 

Związane z tym emisje węgla wahały się w ostatnich dwóch dekadach w szerokim zakresie od 0,02 do 0,22 Gt węgla (GtC) rocznie (średnio ok. 0,08 GtC), choć np. w roku 2020, w związku z długotrwała suszą, znacznie przekroczyły te wartości osiągając 0,35 GtC. Dla porównania w Kanadzie średnie roczne emisje to ok. 0,06 GtC.

Susze i fale upałów stają się coraz częstsze na północy globu, ponieważ Arktyka ociepla się trzykrotnie szybciej niż reszta planety (odpowiada za to efekt arktycznego wzmocnienia). Prognozy wskazują, że w 2050 r. średnia temperatura roczna będzie na Syberii co najmniej o 0,5 stopnia Celsjusza wyższa niż teraz, a w przypadku scenariuszy wysokich emisji nawet o 5 stopni (obecne tempo ocieplania południowej części Syberii to ok. 0.08 ̊C rocznie) (Ciavarella i in., 2020, Czerniawska i Chlachula, 2020). Ociepleniu towarzyszy wzrost liczby następujących po sobie dni suchych i zmniejszanie liczby występujących w ciągu roku dni wilgotnych, co zwiększa ryzyko pożarowe. 

Modele klimatyczne od ponad dekady prognozują „inwazję” pożarów na obszar Arktyki (rozumianej jako obszar o szerokościach geograficznych powyżej 66°N), a od 2015 r. wzrasta liczba dowodów na bezpośredni wpływ zmiany klimatu na pojawianie się dużych pożarów na początku sezonu. Z powodu wydłużania sezonu pożarowego i zwiększania wypalanego obszaru, średni poziom emisji z pożarów na obszarze całej Syberii (nie tylko części arktycznej) wzrośnie w 2030 r. według prognoz do ok. 0,25 GtC rocznie w przypadku ekstremalnych sezonów pożarowych i do ok. 0,11 GtC dla umiarkowanych. W 2050 r. może to być jeszcze więcej. 

W przypadku scenariusza zakładającego brak globalnych działań na rzecz ochrony klimatu (scenariusz wysokich emisji RCP8.5), w połowie XXI wieku emisje te mogą osiągnąć nawet 1,2-1,5 GtC rocznie. Taka dodatkowa “dostawa” gazów cieplarnianych to odpowiednik ok. 4-letnich emisji Polski (Justino i in., 2021, McCarty i in., 2021, Ponomarev i in., 2021, Popovicheva i in., 2021). (zobacz też: Tajga płonie. Coraz częściej)

Susze w tajdze i tundrze oraz ich konsekwencje

Wzrost temperatur i wydłużanie się okresów bezopadowych  sprzyja pojawianiu się pożarów ekstremalnych także pośrednio. Silne susze wiosenne i letnie prowadzą do osłabiania drzew, a nawet niewielki wzrost parowania może mieć znaczenie dla ich stanu zdrowotnego. W stosunkowo suchym środowisku wnętrza Syberii* tajająca latem zmarzlina, a dokładniej – jej warstwa czynna, w dużym stopniu dostarcza wody koniecznej dla wzrostu lasu Choć początkowo myślano, że głębsze rozmarzanie gleby wraz  ze wzrostem globalnej temperatury może rekompensować straty wilgoci wynikające z parowania, to obecnie uznaje się, że w scenariuszach średnich i wysokich emisji modele systemów ziemskich zaniżają wielkość parowania oraz przeszacowują obecną i przyszłą dostępność wody w lasach północy, więc na takie skompensowanie nie można liczyć.

Mniejsza ilość wody, a także większa presja ze strony owadów żerujących na roślinach oraz chorób, które w wyniku ocieplenia rozprzestrzeniają się na nowe obszary, powodują większą śmiertelność drzew. Ich zamieranie jest już obserwowane m.in. na południowej granicy zasięgu tajgi. Im więcej martwych drzew jest w lesie, tym więcej „paliwa” podsycającego ogień, czego skutkiem mogą być długotrwałe, silne pożary. 

W ostatnich latach wzrasta także częstość pożarów tundry, a sytuacja może się pogorszyć w przyszłości w wyniku susz, zmian rytmu występowania opadów, wkraczania drzew i krzewów, a także wzrostu liczby wyładowań atmosferycznych podczas burz. Spowoduje to, że pożary obszarów na północ od szerokości 60°N będą miały najprawdopodobniej największy wkład do wzrostu emisji z pożarów na Syberii (Tchebakova i in., 2009, Ponomarev i in., 2016, McCarty i in., 2021, Ponomarev i in., 2021).

Syberyjskie lasy
Lasy modrzewiowe stanowią około połowy lasów na Syberii. Lokalne gatunki są dobrze przystosowane do ekstremalnego klimatu kontynentalnego centralnej i wschodniej części regionu. Są w stanie rozwijać się na zmarzlinie, a modrzew dahurski jest jedynym drzewem mogącym rosnąć w miejscach, gdzie warstwa czynna gleby (sezonowo odmarzająca) ma jedynie 10-30 cm. 
Wilgoć zawarta w rozmarzającej latem warstwie pozwala na rozwój drzew w suchych warunkach Syberii, której tereny byłyby w innym przypadku pokryte stepem lub półpustynią. Pożary, szczególnie ekstremalne, utrudniają odrastanie lasu. Obserwowane jest to np. w reliktowych lasach sosnowych w górach Tuva, gdzie na niższych wysokościach drzewa są obecnie zastępowane przez trawy. Mają one krótszy cykl życiowy, łatwiej odradzają się po pożarach i są dobrze zaadaptowane do minimalnych opadów oraz susz. Siedliska leśno-stepowe i step mogą według prognoz zdominować nawet połowę powierzchni Syberii do 2080 r. w przypadku scenariusza RCP 8.5, co wpłynie m.in. na bilans węglowy regionu, a także wywoła zmiany hydrologiczne (Tchebakova i in., 2009, McCarty i in., 2021, Talucci i in., 2022).

Pożary ogniste i tlące się

Pojawy intensywnych pożarów ognistych można odnotować nawet korzystając z danych satelitarnych. Dużo poważniejszym problemem w przypadku Syberii są jednak pożary trudne do wykrycia nie tylko z odległości, ale czasem nawet przez obserwatora znajdującego się tuż obok. To tlące się pożary torfowisk.

Torfowiska pokrywają znaczną część obszaru Syberii i są naturalnymi magazynami węgla (zobacz: Torfowiska – kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne zmiany klimatu). Degradacja zmarzliny czy susze powodują odwadnianie torfowisk, a przesuszone torfowiska łatwo ulegają zapłonowi. Do tego mogą tlić się miesiącami, latami, a nawet dekadami. Taki pożar, niewidoczny lub słabo widoczny na powierzchni, rozprzestrzenia się w głąb i wszerz gleby, „przenosząc” się pod ziemią na nowe obszary, nawet jeśli na powierzchni wszystko wydaje się pozornie ugaszone. 

Pożary “zombie”

W sprzyjających warunkach pożar tlący się, może przerodzić się w ognisty, wypalając drzewa i krzewy.  Im cięższy był pożar torfowiska, tym większe jest ryzyko, że uda mu się przetrwać  zimę na północy globu. Obserwacje pokazują, że niektóre nie wygasają nawet przy temperaturach spadających poniżej −35°C. Są to tzw. pożary „wstrzymane” („zimujące”, „zombie”). Naukowcy podejrzewają, że np. część z najwcześniejszych pożarów w maju 2020 r. dookoła zamarzniętego jeziora termokrasowego w Jakucji, mogła wybuchnąć właśnie w wyniku „odżycia” pożarów z poprzedniego sezonu (McCarty i in., 2021, Rein i Huang, 2021). 

Toksyczny dym

Dotychczas  badania naukowe głównie skupiały  się przede wszystkim na łatwiejszych do wykrycia pożarach ognistych. Jednak te tlące się wzbudzają coraz większe zainteresowanie, gdyż powodują zanieczyszczenie powietrza na dużych obszarach, istotne emisje węgla, oraz są trudne do wykrycia i zduszenia, a wszystko to powoduje, że mogą mieć spory wpływ na klimatu.

Ponieważ spalanie w pożarach tlących jest niecałkowite, pochodzący z nich dym zawiera obok CO₂ dużą ilość CO, NH₃ i pyłów zawieszonych. Żarzący się torf jest źródłem lotnych związków organicznych, m.in. wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, które są dobrze znanymi substancjami rakotwórczymi, teratogennymi i mutagennymi, a także – w dużo większym stopniu niż pożary nadziemnej roślinności – źródłem emisji rtęci do atmosfery. Narażenie na oddychanie takim dymem powoduje wiele problemów zdrowotnych, głównie z układem oddechowym i krążenia, jest także przyczyną zwiększonej śmiertelności płodów i niemowląt. (zobacz też: Coraz więcej upałów w Polsce) (McCarty i in., 2021, Rein i Huang, 2021, Xue i in., 2021).

Czarny i brązowy węgiel a klimat Arktyki

Zanieczyszczenia zawarte w dymie są poważnym problemem nie tylko z punktu widzenia zdrowia ludzi. Sadza („czarny węgiel”, black carbon), pochodząca z niecałkowitego spalania biomasy (a także paliw kopalnych) w pożarach tlących się, pochłania promieniowanie słoneczne. Kiedy więc znajduje się w atmosferze zasadniczo podnosi jej temperaturę. Globalnie ten wpływ nie jest duży, choćby ze względu na krótki czas pobytu sadzy w powietrzu, jednak może mieć znaczenie dla klimatu Arktyki. Szacuje się, że sadza i aerozole siarczanowe podnoszą temperaturę powierzchni Arktyki o ok. 0,3^oC, co stanowi ok. 20% obserwowanego ocieplenia tego regionu od wczesnych lat 80. Ponadto sadza, tak jak inne cząsteczki w atmosferze, wpływa na albedo (czyli na to, jaką część padającego na nią promieniowania chmura odbija), stabilność i czas utrzymywania się chmur, a tym samym na opady. Dodatkowo, osadzając się na jasnej powierzchni śniegu i lodu przyspiesza jego topnienie. Ten efekt może się utrzymywać przez wiele lat, a nawet dekad po pożarze. 

Badania przeprowadzone na Grenlandii pokazały, że w ostatnich 20 latach tutejszy lód i śnieg robiły się coraz „ciemniejsze”, a związany z tym spadek albedo wyspy może osiągnąć co najmniej 10% do końca wieku. Okazuje się, że wzrost „ciemnienia” Grenlandii nie ma związku z sadzą „aktualnie” zawartą w atmosferze, ale tą, która została naniesiona wcześniej na wyspę i zgromadziła się w śniegu.  Jak tłumaczy Marco Tedesco, profesor w Lamont-Doherty Earth Observatory i naukowiec pracujący w NASA Goddard Institute of Space Studies:

 Topnienie uwalnia ciemne cząsteczki zgromadzone w pokrywie śnieżnej.Część [z nich] jest zmywana z wodą, ale 20-30% – zgodnie z naszą najlepszą wiedzą – zostaje na powierzchni lodu czy śniegu w czasie, gdy topnienie postępuje. […] Gdy topnienie zachodzi tak szybko, jak działo się to [na Grenlandii] w ciągu ostatnich 20 lat, to z powodu [tego] tempa topnienia większe znaczenie ma to, co już nagromadziło się w śniegu niż to, co pochodzi [aktualnie] z atmosfery.

Choć w przypadku Arktyki ponad 40% ilości sadzy osadzającej się na powierzchniach pochodzi ze spalania gazu w instalacjach wydobywczych (flaring), to emisje z pożarów lasów mają często niewspółmiernie duży wpływ na topnienie lodu. Są bowiem źródłem ponad połowy ilości sadzy emitowanej na północ od szerokości geograficznej 60°N, mają także miejsce głównie wczesną wiosną i latem, gdy ze względu na cyrkulację atmosferyczną, sadza może był łatwo transportowana nawet na tysiące kilometrów i osadzać się na lodzie morskim. Lód morski ma najniższy zasięg latem i wczesną jesienią; jest wtedy najbardziej wrażliwy na procesy wywołujące topnienie. Sadza nanoszona z pożarów lasów może więc w dużym stopniu „dokładać się” do zmniejszania pokrywy lodowej. 

Pożary terenów naturalnych są także źródłem „brązowego węgla” (cząsteczek powstających w wyniku spalania materii organicznej z roślin i gleby, powodujących m.in. że dym ma kolor żółtawy czy brązowy), a autorzy badania pod kierownictwem Siyao Yue wskazują, że również on może w dużej mierze przyczyniać się do nadzwyczajnego ocieplenia Arktyki w ostatnich dekadach. 

Ku naszemu zaskoczeniu, analizy obserwacyjne i symulacje numeryczne pokazują, że nad Arktyką efekt ocieplający aerozoli z brązowym węglem [stanowi] nawet około 30% tego, co w przypadku sadzy

– mówi współautor artykułu, Pingqing Fu, chemik atmosfery z Uniwersytetu Tianjin w Chinach. 

Rola „brązowego węgla” w Arktyce jest słabo przebadana i rozumiana, jednak podobnie jak w przypadku sadzy, należy się spodziewać, że jego emisje będą w przyszłości rosły. Uruchomione zostanie dodatkowe sprzężenie zwrotne, gdzie osadzanie się ciemnych cząsteczek na lodzie będzie powodować jego topnienie i zmniejszanie albedo (czyli spadek ilości promieniowania słonecznego odbijanego w kosmos), co będzie napędzać ocieplenie, które w konsekwencji przyniesie więcej pożarów, a tym samym więcej sadzy i „brązowego węgla” (Tedesco i in., 2016, McCarty i in., 2021, Popovicheva i in., 2021, Yue i in., 2022).

Uwalnianie „starożytnego” węgla

Kolejnym problemem związanym z pożarami tlącymi się jest to, że dzięki swojej długotrwałości mogą one spalić dużo więcej materii organicznej niż ogniste, a do tego w przypadku głębokich pożarów torfu może dochodzić do uwalniania „starożytnego” węgla (starszego niż 10 000 lat) zgromadzonego w torfie. Efekt jest więc podobny do spalania paliw kopalnych, bo ten węgiel został wyłączony z szybkiego cyklu węglowego tysiące lat temu – w okresie od ostatniego zlodowacenia. 

Szacunki zakładające dalszy wzrost globalnej temperatury o 0,44°C na dekadę (obecne tempo) pokazują, że sumarycznie, w całym XXI w., w wyniku pożarów torfowisk na północy globu może zostać uwolnione nawet 28 GtC. Będzie to generować kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne w systemie klimatycznym, tym bardziej, że w cieplejszym klimacie gleby organiczne będą bardziej narażone na przesuszanie, a więc będą łatwiej ulegać zapłonowi. 

Co więcej, okazuje się, że choć temperatura pożarów tlących jest niższa (ok. 500-700°C) niż w przypadku pożarów ognistych (1500-1800°C), to żarzenie w dużo większym stopniu podgrzewa glebę. Pożary tlące przemieszczają się wolno (ok. 1 cm na godzinę, o 2 rzędy wielkości wolniej niż w przypadku pożarów ognistych), co powoduje długotrwałe (nawet ponad godzinę) utrzymywanie się wysokiej temperatury wierzchniej warstwy gleby. Gdy jest ona wyższa niż 450°C właściwie cały zawarty w niej węgiel organiczny zostanie wyemitowany do atmosfery. Gdy temperatura na powierzchni osiąga 700°C, temperatury powyżej 100°C mogą występować nawet na głębokości ponad 20 cm. Tymczasem już 50°C powoduje wysuszanie/zabijanie korzeni roślin, a nasiona giną przy 70–90°C. 

Skutkiem takiego przegrzania jest długotrwałe zaburzenie w ekosystemie. Zmienia się skład gatunkowy mikroorganizmów i fauny glebowej, tracone są składniki odżywcze z gleby, zaburzony zostaje cykl azotowy i węglowy oraz inne procesy biochemiczne, co może m.in. faworyzować rozwój innych niż do tej pory gatunków roślin (np.: drzew liściastych na obszarze lasów modrzewiowych). Podgrzanie gleby uruchamia także inne procesy mające wpływ na klimat, takie jak szybszy rozpad zmarzliny. (Turetsky i in., 2020, Chen i in., 2021, Li i in., 2021, McCarty i in., 2021, Rein i Huang, 2021).

Niestabilny grunt – wpływ pożarów na wieloletnią zmarzlinę

Na obszarze Syberii coraz częściej obserwuje się gwałtowne niszczenie zmarzliny w wyniku erozji wybrzeży, zapadania się gruntu (termokras) czy jego „spływu” (soliflukcja). Podczas gdy stopniowe topnienie zawartego w zmarzlinie lodu oddziałuje na glebę powoli, centymetr po centymetrze, to nagłe zjawiska mogą odsłonić warstwy zmarzliny z głębokości kilku metrów w czasie tak krótkim jak kilka dni. Prognozy pokazują, że o ile łączne emisje CO₂ i CH₄ w XXI w. ze stopniowego tajania zmarzliny będą wynosiły rocznie ok. 0,6-0,8 GtCO_2e, to z gwałtownego – ok. 0,62 GtCO_2e, choć nagłe rozmarzanie dotknie najprawdopodobniej mniej niż 20% powierzchni obszaru pokrytego zmarzliną. W drugiej połowie XXI w.  tworzenie termokrasu może przyspieszyć, ponieważ również tu mamy do czynienia z  dodatnim sprzężeniem zwrotnym: częstsze pożary sprzyjają osiadaniu gruntu, odsłanianie zmarzliny sprzyja jej tajaniu, co prowadzi do silniejszego ocieplenia i częstszych pożarów.

Ciężkie pożary powodują poważne szkody głównie w miejscach, gdzie zmarzlina nie jest ciągła lub występuje sporadycznie w postaci izolowanych fragmentów. Szczególnie niszczycielskie dla zmarzliny są pożary tlące. 

Obserwacje prowadzone na Alasce pokazały, że między rokiem 1950 a 2016 tempo tworzenia termokrasu wzrosło już o ok. 60%, a na wypalonych obszarach tundry pojawiało się średnio dziewięciokrotnie więcej (w m² na ha) form termokrasowych niż na terenach niewypalonych. W przypadku tajgi do zapadania gruntu dochodziło nawet 30 lat po pożarze i prawie 80 lat w przypadku tundry. Tak długotrwały efekt to skutek zarówno pogrzania gleby podczas pożaru jak i zmian zachodzących na wypalonej powierzchni. Wyższa o kilka stopni w stosunku do niewypalonych obszarów temperatura gleby może utrzymywać się dekadami nawet na głębokości 1 m pod powierzchnią. 

Pożary powodują  zakłócenia stosunków wodnych w glebie i zmiany w jej strukturze zwiększające jej podatność na erozję. Jeśli mikrotopografia terenu dodatkowo ułatwia zatrzymywanie wody na powierzchni gleby, to więcej ciepła gromadzi i rozprzestrzeniania się w zamarzniętym gruncie (woda ma niskie albedo i wysoką przewodność cieplną). Odsłonięta w wyniku pożaru gleba jest też w dużo większym stopniu wystawiona na działanie promieniowania słonecznego. Powierzchnia gleby zostaje również pozbawiona efektu chłodzenia wynikającego ze spadku  parowania wody (ewapotranspiracja), a albedo powierzchni ulega gwałtownemu zmniejszeniu (w wyniku „zaczernienia”). W ten sposób bilans cieplny podłoża zmienia się w kierunku wzrostu strumienia ciepła wnikającego do podłoża (strumień ciepła glebowego)

Na wypalonych powierzchniach gromadzi się zimą więcej śniegu, który działa jak izolacja nie pozwalając „wychłodzić się” glebie. Natomiast wiosną znika on szybciej w takich miejscach ze względu na zabrudzenia sadzą i brązowym węglem, oraz na wyłaniające się zwęglone resztki roślin oraz brak zacienienia przez korony drzew. To wszystko powoduje dalsze nagrzewanie gleby – warstwa aktywna zmarzliny jest na takich obszarach grubsza, niż na nietkniętych. Skutkiem jest nie tylko większą aktywność mikroorganizmów glebowych, a więc szybszy rozkład materii organicznej (dodatkowe emisje CO₂ i CH₄), ale również wyższe ryzyko gwałtownego rozpadu zmarzliny. 

Uwzględnienie emisji z pożarów w prognozach emisji węgla z gleb i zmarzliny podwyższa je o 30% w stosunku do sytuacji, gdy uwzględnione jest samo ocieplenie (w przypadku scenariusza umiarkowanych emisji). Wywołane pożarami tajanie zmarzliny i idący za tym rozkład wcześniej zamarzniętej materii organicznej mogą więc stać się dominującym źródłem emisji węgla w Arktyce w najbliższych dekadach napędzając sprzężenia klimatyczne i zmiany ekologiczne. (Nitzbon i in. 2020, Turetsky i in., 2020, Chen i in., 2021, Li i in., 2021, McCarty i in., 2021, Natali i in., 2021, Runge i in., 2022, Talucci i in., 2022).

Ponura przyszłość Syberii

Sprzężenia zwrotne uruchomione w Arktyce będą dalej napędzać wzrost temperatury Ziemi. Syberyjska tajga będzie w przyszłości jeszcze bardziej narażona na pożary, w tym coraz częściej na ekstremalne. Może to spowodować przekształcenie tego obszaru z „pochłaniacza” w źródło gazów cieplarnianych. 

Obecne prognozy dla obszaru Syberii są ponure, np. już w roku 2050 mogą pojawić się tutaj fizycznie niemożliwe do opanowania pożary wierzchołkowe (koron drzew), a powrót ekosystemów do stanu pierwotnego po pożarach może stać się w przyszłości w ogóle niemożliwy. W obecnym klimacie okres wysokiego zagrożenia pożarowego wynosi dla południowej Syberii 40–50 dni i 50–60 dni dla Jakucji. Pod koniec XXI w. te okresy wydłużą się o 10 dni w przypadku umiarkowanych scenariuszy emisji i 20-30 w przypadku scenariuszy wysokich emisji, czego skutkiem może być dwukrotny wzrost wypalanej powierzchni terenów naturalnych w Rosji. Już w latach 1998 – 2006 większość sezonów pożarowych była ciężka lub ekstremalna, co nie jest najlepszym prognostykiem na przyszłość.

Wzrost rozległości pożarów, ich intensywności i częstotliwości oraz dalsze ocieplanie klimatu będzie sprzyjać zmianie roślinności na dużych obszarach i nieodwracalnemu tajaniu zmarzliny. Praktyki pomagające ograniczyć ryzyko pożarowe, takie jak nawadnianie osuszonych torfowisk, mogą odegrać pewną rolę w ograniczaniu podgrzewania planety, mają także znaczenie w ochronie zdrowia i życia ludzi oraz ograniczaniu strat w dobytku. Wpływ na klimat Arktyki może mieć także zmniejszenie lokalnych emisji sadzy ze spalania paliw kopalnych. Jednak bez ograniczenia tempa wzrostu globalnej temperatury takie działania nie będą miały dużego znaczenia. Już teraz pożary zmniejszają globalnie potencjał pochłaniania CO₂ przez ekosystemy naturalne o 0,57 GtC rocznie. W przyszłości ta wartość może wzrastać powodując, że w coraz mniejszym stopniu będziemy mogli polegać na mitygacji opartej na obszarach naturalnych. Wraz z prognozami dotyczącymi przekształcania całych ekosystemów w źródła gazów cieplarnianych netto powoduje to, że szanse na nieprzekroczenie progu 2^oC ocieplenia z roku na rok coraz bardziej maleją (Tchebakova i in., 2009 , Yang i in., 2015, Ponomarev i in., 2016, Tedesco i in., 2016, Li i in., 2021, McCarty i in., 2021, Natali i in., 2021, Ponomarev i in., 2021, Talucci i in., 2022, Yue i in., 2022). 

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: prof. Bogdan Chojnicki

*średnie opady roczne w części regionu leżącej na zmarzlinie wynoszą około 410 mm, dla porównania w Polsce jest to ok. 650 mm)

The post Syberia w ogniu: pożary napędzają tajanie zmarzliny. appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Zmiana klimatu powoduje, że różne ekstremalne zjawiska pogodowe występują częściej i robią się silniejsze. Na pewno wiele razy słyszeliście to zdanie – to skrót myślowy, pozwalający odbiorcy wyobrazić sobie jeden ze skutków globalnego ocieplenia. Należy jednak pamiętać, że w przyrodzie rzadko mamy do czynienia z jednolitymi trendami dotyczącymi wszystkich zjawisk na całym świecie. Czasami zmiany dotyczą tylko częstości, czasami tylko natężenia zjawisk, a kierunek zmian (zwiększenie lub zmniejszenie) zależy od regionu. Wystąpienie niektórych zjawisk wymaga spełnienia wielu warunków jednocześnie i okazuje się, że zmiana klimatu może zwiększać prawdopodobieństwo jednych, a zmniejszać drugich. Niejednokrotnie nie będziemy pewni wpływu ocieplenia, dopóki nie zbierzemy wystarczająco dużo danych pomiarowych.

O zjawiskach ekstremalnych w Europie i na świecie przeczytasz także w tekstach:

• Drzewka pomarańczowe? Raczej susze i grad,
• Coraz silniejsze huragany [i nie jest to drobny efekt],
• Coraz częstsze susze w Polsce – konsekwencja zmiany klimatu i działań anty-adaptacyjnych,
• PAN o klimacie, suszy, powodziach i gospodarce wodnej.

Globalne ocieplenie to lepsze warunki dla zjawisk konwekcyjnych

Globalne ocieplenie oznacza, że w związku z zaburzeniem bilansu energetycznego planety w jej oceanach i atmosferze gromadzi się coraz więcej energii. Fizyka mówi, że powinno to sprzyjać występowaniu coraz silniejszych zjawisk konwekcyjnych, czyli związanych z unoszeniem się powietrza nagrzewającego się od powierzchni Ziemi.

Wyobraź sobie przylegający do powierzchni Ziemi i nagrzewający się od niej bąbel powietrza. Rozgrzewający się gaz rozpręża się, jego gęstość spada i bąbel robi się lżejszy od powietrza w jego otoczeniu. Zaczyna się unosić. Jeśli dodatkowo zawiera parę wodną (o co tym łatwiej, im cieplejsze robią się oceany), to jego gęstość jest jeszcze mniejsza. Dlaczego? Bo cząsteczki H₂O są lżejsze niż O₂ czy N₂, a powietrze to w przybliżeniu gaz doskonały, więc w ustalonej temperaturze i ciśnieniu w określonej jego objętości może się pomieścić konkretna liczba molekuł (pojawienie się w naszym bąblu cząsteczki wody „wypycha” z niego inne). Unosząc się, bąbel rozpręża się dalej, przez co jego temperatura spada i na pewnej wysokości para wodna zaczyna się skraplać. To jednak oznacza, że uwolniona zostaje dodatkowa porcja energii, oddawana przez wodę podczas kondensacji, czyli skraplania (to tak zwane ciepło skraplania). Ta energia dodatkowo ogrzewa powietrze, co zmniejsza jego gęstość, dzięki czemu może się ono unieść wyżej niż gdyby do żadnego skraplania pary wodnej nie doszło. Unosząc się, powietrze niesie ze sobą także kropelki wody – coraz wyżej i wyżej. Tak powstają rozbudowane chmury konwekcyjne, które w skrajnych przypadkach mogą osiągać grubość kilku lub kilkunastu kilometrów i sięgać szczytu troposfery. Na ich wierzchołku formuje się wtedy rozległy płat zachmurzenia, dzięki któremu cała chmura wygląda jak wielkie kowadło. To właśnie z takimi chmurami lub całymi ich układami wiążą się niszczycielskie zjawiska, takie jak burze z wyładowaniami elektrycznymi, gwałtowne szkwały (np. związane z zapadnięciem czy „urwaniem” chmury – tzw. „downburstem”), ulewy, grad czy trąby powietrzne (tornada).

Im więcej energii na powierzchni Ziemi (a więc wyższa temperatura) i im silniejsze parowanie, tym lepsze powinny być warunki do powstawania zjawisk burzowych – to prosty wniosek z praw fizyki. Czy obserwujemy to w rzeczywistości? Tak. Jak to opisują w książce „Climate change in Poland” Bielec-Bakowska i in., (2021), pomiary i przeprowadzane na ich podstawie obliczenia wskazują, że w miarę postępującego ocieplenia się klimatu, w Polsce coraz częściej mamy do czynienia z warunkami sprzyjającymi występowaniu intensywnej konwekcji, prowadzącej do ekstremalnych zjawisk pogodowych. Najczęściej pojawiają się na południu kraju, w rejonie gór i pogórzy, ale ich prawdopodobieństwo rośnie szczególnie w północno-zachodniej Polsce.

Czy mamy w Polsce więcej burz?

Nie mamy na to dowodów. W danych obserwacyjnych sprawozdaje się tzw. „dni z burzą” (czyli z wyładowaniami atmosferycznymi), a to nie to samo co liczba burz. W ciągu ostatnich 100 lat roczna liczba takich dni w Polsce nie zmieniła się istotnie. W okresie 1951–2018 można dopatrzeć się trendu wzrostowego we wschodniej części kraju, ale spadkowego w zachodniej. Wyraźne wydłużył się natomiast sezon burzowy, czyli okres w ciągu roku, w którym burze mogą wystąpić. Wciąż najczęściej obserwujemy je latem, jednak zwiększa się prawdopodobieństwo pojawiania się ich także w półroczu zimowym (między październikiem a marcem). Szczególną uwagę zwraca wzrost częstości burz wiosną (marzec-maj,Bielec-Bakowska i in., 2021).

Czemu dni burzowych nie przybywa, choć warunki dla konwekcji są coraz lepsze? Wynika to z faktu, że dla ich rozwoju istotne są także wiatr i to, jak jego prędkość zmienia się z wysokością. Tymczasem w związku z globalnym ociepleniem i rozgrzewaniem się Arktyki, w Europie Środkowej coraz częściej mamy do czynienia z rozbudowywaniem się rozległych, statycznych układów wyżowych i spowalnianiem sterującego przepływami powietrza nad Europą prądu strumieniowego (patrz: Fale na froncie), co może utrudniać rozwijanie się burz (Taszarek i in., 2021). Pewną rolę odgrywać mogą także zjawiska lokalne, związane z rodzajem podłoża (suche/wilgotne, szorstkie/gładkie) i jego ukształtowaniem (płaskie/z przeszkodami), które wpływają na to, czy w konkretnej lokalizacji pionowe prądy powietrza powstają łatwiej czy trudniej.

Niestety trudno jest na podstawie aktualnej wiedzy przewidzieć jak będą w przyszłości kształtować się trendy związane z występowaniem burz w Polsce. W atmosferze będzie się prawdopodobnie znajdować coraz więcej energii i wilgoci, a prąd strumieniowy prawdopodobnie będzie spowalniał, zagadką (na razie) pozostaje jednak, jak będą nakładać się na siebie te i inne efekty w konkretnych lokalizacjach. W rozstrzygnięciu tej kwestii pomóc może zwiększenie rozdzielczości modeli numerycznych, tak żeby lepiej oddawały zjawiska w mniejszych skalach (o modelowaniu pogody i klimatu przeczytasz w tekście Wirtualny klimat).

Czy w efekcie zmiany klimatu pojawiły się w Polsce tornada?

Nie. Tornada, po polsku nazywane tradycyjnie trąbami powietrznymi, pojawiały się u nas także zanim temperatura globalna zaczęła rosnąć. Niestety na razie nie dysponujemy danymi wystarczającymi by stwierdzić, czy częstość ich występowania uległa istotnej zmianie (Bielec-Bakowska i in., 2021). Istnieje co prawda Europejska Baza Danych o Groźnych Zjawiskach Pogodowych (European Severe Weather Database, ESWD), sięgająca początków dziewiętnastego wieku, należy jednak zdawać sobie sprawę z tego, że jeśli chodzi o trąby powietrzne, to im dalej w przeszłość, tym mniej jest ona kompletna.

Tornado to zjawisko lokalne (zwykle ma średnicę kilku–kilkuset metrów) i krótkotrwałe (trwa kilka–kilkadziesiąt minut). Obecnie w tropieniu trąb powietrznych pomagają nam radary meteorologiczne, dzięki którym obserwujemy jednocześnie duże obszary i możemy rozpoznać charakterystyczne echa związane z ukształtowaniem się tornada (np. Trafalis i White, 2010). W Europie mamy też duże zagęszczenie ludności, w dodatku niemal każdy ma przy sobie kieszonkowe urządzenie pozwalające wykonać zdjęcie lub film zjawiska meteorologicznego, poinformować służby państwowe, media czy znajomych poprzez media społecznościowe. Możemy w związku z tym zakładać, że większość występujących dziś trąb zostaje faktycznie odnotowana i trafia do ESWD lub zbiorów danych IMGW. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu takich możliwości nie było i część trąb powietrznych mogła pozostawać niezaobserwowana. Dodatkowo rzadkość występowania trąb powietrznych może sprawiać, że obserwatorzy-amatorzy nie rozpoznają ich lub odwrotnie – określają ich mianem inne zjawiska (Groenemeijer i van Delden, 2007, Taszarek i Gromadzki, 2017, Doswell, 2003).

Analiza innych pomiarów meteorologicznych, na podstawie których można określić prawdopodobieństwo występowania trąb powietrznych, nie wskazuje na istotne zmiany tego prawdopodobieństwa w Polsce w ostatnich 100 latach (Bielec-Bakowska i in., 2021).

Jeśli chodzi o projekcje na przyszłość, to w przypadku tornad mamy podobny problem jak w przypadku burz. Do ich powstania konieczne jest jednoczesne spełnienie dużej liczby warunków. Dlatego na razie trudno jest określić, czy w przyszłości będzie ich w Polsce przybywać.

Ulewy coraz częstsze

W odróżnieniu od trąb powietrznych, do obserwacji opadów wystarcza nam sieć stacji meteorologicznych i hydrologicznych umiejscowionych w reprezentatywnych dla poszczególnych regionów lokalizacjach. Dlatego w ich przypadku problem z dostępnością jest zdecydowanie mniejszy. Z opracowań takich jak Kundzewicz i in. (2017), czy Łupikasza i Małarzewski (2021) dowiadujemy się, że średnio rzecz biorąc roczne sumy opadów nie ulegają w Polsce istotnym zmianom. W większości kraju obserwujemy jednak wzrost liczby dni z opadem intensywnym, czyli powyżej 10 mm na dobę. Wyjątkiem jest Polska południowo-zachodnia. W wielu rejonach świata obserwuje się też wzrost maksymalnych wartości opadów (Madakumbra i inni, 2021, por. też rys. 7).

Obliczenia z użyciem modeli numerycznych wskazują, że prawdopodobieństwo intensywnych opadów będzie rosło w miarę dalszego wzrostu średniej temperatury (Pińskwar i Choryński, 2021, Madakumbra i inni, 2021). Wraz z nim rosło będzie ryzyko podtopień i powodzi błyskawicznych, takich jak 1 lipca 2021 w Szczecinie i okolicach, kiedy na ulicach można było spotkać ryby. To jedno z zagrożeń, które powinniśmy poważnie brać pod uwagę przy tworzeniu planów zagospodarowania terenu i projektowaniu infrastruktury, zwłaszcza w miastach (patrz PAN o klimacie, suszy, powodziach i gospodarce wodnej).

Jak widać, odpowiedź na to, czy konkretne zjawisko czy klasa zjawisk występuje u nas częściej z powodu zmiany klimatu, nie zawsze jest prosta. Obecnie jednak bardzo aktywnie rozwija się nowa dziedzina nauki, zajmująca się atrybucją zjawisk ekstremalnych, czyli określaniem, na ile ich prawdopodobieństwo czy nasilenie wzrosło w związku z globalnym ociepleniem (przeczytacie o niej między innymi w wywiadzie z dr Friederike Otto z grupy World Weather Attribution). W czasopismach naukowych pojawia się coraz więcej opracowań tego typu i z pewnością dzięki temu a także coraz większej rozdzielczości modeli oraz coraz dłuższym seriom pomiarowym już niedługo uda się rozstrzygnąć wiele z tych kwestii.

Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

The post Czarne chmury – burze, ulewy i trąby powietrzne w Polsce appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Wszystko wskazuje na to, że trwające w Australii pożary będą jednymi z najgorszych w historii kraju. Jak zauważa klimatolog Michael Mann:

nie ma precedensu dla skali i prędkości z jaką rozprzestrzeniają się te pożary,

z kolei Greg Mullins, były komendant straży pożarnej w Nowej Południowej Walii, dobitnie podsumowuje komentarze deprecjonujące skalę katastrofy:

Jeśli ktoś ci mówi: „To jest część normalnego cyklu” albo „Mieliśmy już podobne pożary wcześniej”, uśmiechnij się grzecznie i odejdź, bo nie wie, o czym mówi.

Skoro obecny sezon pożarowy jest aż tak wyjątkowy, to nic dziwnego, że wiele osób stara się dowiedzieć z jakiego powodu. Aby jednak dokładnie wskazać przyczyny tej katastrofy trzeba przyjrzeć się zmianom zachodzącym w Australii w ostatnich dekadach, gdyż każdy pożar, oprócz przysłowiowej iskry, potrzebuje także odpowiednich warunków. I choć samo globalne ocieplenie bezpośrednio nie wywołuje pożarów, to wpływa na warunki pogodowe. Ich zmiana wyzwala całą lawinę wydarzeń prowadzących do tego, że pożary łatwiej wybuchają, obejmują większe obszary i są bardziej intensywne. Zjawiska te obserwowane są w wielu regionach świata: w tajdze, Amazonii i oczywiście – Australii.

Gorąco i sucho

2019 był najcieplejszym rokiem w historii pomiarów w Australii, ze średnią temperaturą krajową wyższą o 1,52°C od średniej z lat 1961–1990.

Wyjątkowy był też grudzień (australijskie wczesne lato) – najwyższa zanotowana anomalia temperatury wśród wszystkich miesięcy wyniosła +3,03°C (BOM, 2020). Te rekordy to kolejne punkty na wznoszącej się linii trendu: Australia, podobnie jak reszta świata, doświadcza wzrostu temperatur, związanego zarówno z częstszym występowaniem ekstremalnych upałów jak i podwyższaniem średnich temperatur sezonowych (dla poszczególnych pór roku). Od lat 60. widać to wyraźnie chociażby dla australijskiej wiosny (H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012).

Ociepleniu towarzyszy spadek sum opadów: w południowo-wschodniej części kontynentu opady od kwietnia do października (jesień-wiosna) zmalały w latach 1999–2018 o 11% w stosunku do lat 1900–1998. Nakładanie się tych trendów spowodowało, że w okresie 1961–2000 30% lat było jednocześnie cieplejszych i bardziej suchych niż średnia ze 140 lat (S. Matthews i in., 2012). Taki również był 2019 rok – nie tylko najcieplejszy, ale i najsuchszy w historii pomiarów w Australii. Podobnie rekordowy (in minus) był pod względem wilgotności grudzień, w którym ilość opadów na terytorium Queensland, Nowej Południowej Walii, Wiktorii i Terytorium Północnego była wśród 10 najniższych od 1900 roku (raport BOM, 2019, BOM, 2020). Na dodatek 2019 był trzecim suchym rokiem z rzędu. To, że deficyty wody podwyższają ryzyko pożarów nie jest niczym zaskakującym. Pytanie tylko: dlaczego w Australii jest coraz więcej susz?

Naturalne i nienaturalne cykle

Choć Australia już wcześniej była suchym kontynentem, to bardziej intensywne i dłuższe susze pojawiają się tutaj ze względu na zmiany w występowaniu wielkoskalowych zjawisk oceanicznych i atmosferycznych. Jedną z nich jest wzrost średniego ciśnienia na poziomie morza na kontynencie australijskim, co wiązane jest z rosnącą globalną temperaturą i skutkuje rozszerzaniem zasięgu tzw. komórki Hadleya, której obrzeża charakteryzuje bezchmurna pogoda i niskie opady. W rezultacie ekspansji komórki Hadleya w kierunku bieguna, południowo-wschodni kraniec Australii częściej znajduje się pod wpływem wyżów, rzadziej natomiast pojawiają się tu chłodne niże znad Oceanu Południowego, które tradycyjnie są źródłem większości opadów na tych terenach, zwłaszcza tych najbardziej intensywnych. To, że antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych podnoszą ryzyko pojawiania się ekstremalnych deficytów wilgoci w Australii wykazało bezpośrednio badanie atrybucyjne australijskich pożarów w 2015/16 roku, a kolejne, dla wydarzeń z 2017, wskazało, że wyższe stężenie CO₂ w atmosferze przekłada się na wzrost zagrożenia pożarowego (S. F. B. Tett i in., 2018, P. Hope, 2019). Do tego dochodzą naturalne oscylacje, wśród których najważniejsze, jeśli chodzi o kształtowanie pogody w Australii, są ENSO (El Niño – Southern Oscillation), które w 2019 roku było w fazie neutralnej, Dipol Oceanu Indyjskiego i SAM (oscylacja antarktyczna).

Dipol Oceanu Indyjskiego to pojawienie się wyraźnej różnicy temperatury pomiędzy wschodnią i zachodnią częścią tego akwenu (lokalnego „bieguna ciepła” i „bieguna chłodu”). W 2019 roku dodatnia wartość wskaźnika Dipola Oceanu Indyjskiego (Indian Ocean Dipole, IOD), świadcząca o występowaniu podwyższonej temperatury powierzchni zachodniej części tego oceanu, była jedną z najwyższych w historii pomiarów. Choć zasadniczo epizody IOD kończą się na początku australijskiego lata wraz z pojawieniem się monsunów, to w 2019 roku nadejście Południowozachodniego Monsunu Indyjskiego opóźniło się o rekordowe 6 tygodni w stosunku do normy. Z tego powodu IOD nadal trwał na przełomie 2019/2020, kształtując w Australii warunki pogodowe sprzyjające wybuchom pożarów. Dodatni wskaźnik IOD oznacza bowiem susze na południu kontynentu, szczególnie w jego wschodniej części (opady przenoszą się nad obszar ciepłego oceanu). Co więcej, obserwacje wskazują, że wskaźnik ten rośnie od lat 50., co wiązane jest ze zmianą klimatu, a pojawianie się dodatniej fazy IOD poprzedzało ponad połowę poważnych pożarów w Australii w ciągu ostatnich 70 lat (BOM, 2020, H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012, W. Cai, T. Cowan i M. Raupach, 2009, W. Cai i in., 2018).

Oscylacja Antarktyczna – Southern Hemisphere Annular Mode (SAM) –  objawia się przesuwaniem się ułożonej równoleżnikowo strefy silnych wiatrów zachodnich bardziej na południe (w fazie dodatniej) lub na północ (w fazie ujemnej). Tak jak w przypadku Dipola Oceanu Indyjskiego, opisujący ją wskaźnik w ostatnich dekadach rośnie. Wartości notowane od czasu, gdy wyraźnie wzrosła ilość CO₂ w atmosferze i pojawiła się dziura ozonowa, są bezprecedensowe od ok. 500 lat i różnią się znacznie od szacunków wynikających z naturalnej zmienności. Badanie wykonane przez zespół Mariani pokazuje, że przyczyniło się to do wzrostu zagrożenia pożarowego w Australii na przełomie XX i XXI w., a nawet wcześniej. SAM wpływa bowiem na ilość opadów na południowych krańcach kontynentu. Według Australijskiego Biura Meteorologicznego, wysokie dodatnie wartości SAM w czasie jesieni i zimy pod koniec XX w. w znaczny sposób przyczyniły się do ogromnych susz, których kontynent doświadczył w latach 1997‒2010. Podczas australijskiej wiosny 2019 roku mieliśmy jednak do czynienia z tzw. tzw. ujemną fazą SAM. Zjawisko to zostało wywołane przez gwałtowne ocieplenie stratosfery nad Antarktydą w sierpniu 2019 r., najsilniejsze tego typu zdarzenie od 2002 roku. Wymusiło ono pojawienie się ujemnej fazy SAM w okresie październik-grudzień, co oznacza, że do Australii zbliżyła się wtedy strefa silnych wiatrów zachodnich, występujących zwykle na południe od kontynentu. W wyniku tego południowo-wschodnia część kraju znalazła się pod wpływem suchych mas powietrza „nawiewanych” z wnętrza lądu. Do tego ujemna faza SAM, gdy pojawia się w ciepłym półroczu, sprzyja obniżeniu opadów oraz zwiększa prawdopodobieństwo wiosennych fal upałów na części wschodnich obszarów Australii. Taka sytuacja, nakładająca się na wieloletni trend spadku zimowych opadów wynikający z dodatniego SAM, to przepis na wyjątkowo sprzyjające pożarom warunki.

Choć oscylacje są naturalną częścią klimatu Ziemi, to wiadomo, że rosnąca globalna temperatura zaburza je. Oprócz tego, co dzieje się z SAM, przykładem są też zmiany w ENSO, chociażby rzadsze pojawianie się fazy La Niña (przynoszącej obfitsze opady w Australii) od 1976 roku. Oscylacje na dodatek są ze sobą powiązane (np.: ENSO i SAM) i często wzmacniają nawzajem swoje oddziaływania np.: prawdopodobieństwo wystąpienia niskich opadów jest wyższe, gdy dodatniej fazie IOD towarzyszy El Niño. To wszystko nie pozostaje oczywiście bez wpływu na krótko- i długoterminowe warunki panujące w Australii (W. Cai i in., 2005, C. Lucas i in., 2007, G. Wang i W. Cai, 2013, H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012, A. Hessl i in., 2017, M. Mariani i in., 2018, S. Harris i Ch. Lucas, 2019, BOM, 2020).

Groźna pogoda

Zarówno temperatura jak i wilgotność powietrza ujęte są we wskaźnikach pokazujących stopień zagrożenia pożarowego takich jak indeks zagrożenia pożarowego FFDI (Forest Fire Danger Index). Biorąc pod uwagę to, jak zmienia się klimat Australii, nie jest zaskakujące, że na kontynencie od kilkudziesięciu lat obserwuje się wzrost liczby dni w roku, gdy wskaźnik ten osiąga wysokie wartości – szczególnie w odniesieniu do australijskiej wiosny. Wyraźne zmiany w FFDI widać dla południowej i południowo-wschodniej części kontynentu, zwłaszcza Wiktorii, Południowej Australii i Nowej Południowej Walii (patrz mapa). Niszczycielskie pożary w Wiktorii w 2009 roku (tzw. Black Saturday) były poprzedzone dniami, podczas których FFDI osiągał jedne z najwyższych wartości w historii pomiarów, co wynikało m.in. z długo utrzymującej się suszy (H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012). W tym roku sytuacja jest podobna. W 2019 roku FFDI osiągnął najwyższe wartości od początku gromadzenia danych, czyli 1950 roku, podobnie rekordowy był FFDI w grudniu dla dużej części kraju (BOM, 2020). Obserwacje wskazują gwałtowne zwiększanie rocznej, skumulowanej wartości FFDI od końca lat 90., między okresami 1980–2000 a 2001–2007, zależnie od miejsca, o 10 do 40%. Najwyższy wzrost zagrożenia pożarowego odnotowały kontynentalne części Nowej Południowej Walii, czyli te miejsca, które w obecnym sezonie płoną szczególnie intensywnie. Co więcej, po tragicznych pożarach w stanie Wiktoria w 2009 roku zmieniono skalę FFDI dodając nową kategorię zagrożenia pożarowego: „katastrofalne” (FFDI>100). W 2019 roku FFDI przekroczył 100 na niektórych obszarach Nowej Południowej Walii już w pierwszych dniach września (wiosna), który okazał się początkiem fatalnego sezonu pożarowego (C. Lucas i in., 2007, H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012, H. G. Clarke i in., 2011).

O tym, że Australia zagrożona jest wzrostem liczby i intensywności pożarów naukowcy ostrzegają od wielu lat. Od 1950 roku obserwuje się w dużych częściach Australii zarówno zwiększanie liczby dni z pogodą sprzyjającą ekstremalnym pożarom jak i wydłużanie sezonu pożarowego.

Zarówno wydłużaniu sezonu pożarowego jak i rozprzestrzenianiu pożarów sprzyjają kombinacje wysokich temperatur, niskiej wilgotności, bezdeszczowe dni i wiatry o wyższych prędkościach – czyli to, co obserwujemy obecnie w południowo-wschodniej Australii. Raport CSRIO z 2009 roku wskazywał, że do 2020 roku, w związku z ocieplaniem i wysuszaniem południowej Australii, roczna liczba dni bardzo wysokiego i ekstremalnego zagrożenia pożarowego może wzrosnąć w 2020 roku o 5–25% (dla scenariuszy niskoemisyjnych) i 15–65% dla wysokoemisyjnych stosunku do lat 1973–2007. I faktycznie – trend w ostatniej dekadzie nadal jest rosnący (raport CSRIO, 2009, raport BOM 2019, A. J. Dowdy i in., 2019).

Więcej suchych liści

Jednak to nie wszystkie elementy układanki – jest jeszcze kwestia „paliwa” zasilającego pożary. Jak wskazuje Global Forest Watch Fires, ponad 70% pożarów w sezonie 2019–2020 objęło zalesione obszary, głównie różne rodzaje lasów eukaliptusowych. Lasy eukaliptusowe są dość łatwo palne, do tego najwięcej opadłych liści gromadzi się w nich na początku lata (grudzień). W suchych warunkach stają się one świetnym paliwem, pozwalającym na szybkie rozprzestrzenianie pożarów. Jest to jeden z powodów, dla których w Australii dokonuje się kontrolowanych wypalań, szczególnie w pobliżu miast (O. F. Price i R. A. Bradstock, 2012). Jednakże, pomijając nawet ryzyko wymknięcia się takich pożarów spod kontroli, nie jest to panaceum na problem. Jak wskazuje komendant Wiejskiej Służby Pożarniczej Nowej Południowej Walii (NSW Rural Fire Service) Shane Fitzsimmons:

Kiedy masz do czynienia z pożarami podczas ciężkich, ekstremalnych albo jeszcze gorszych warunków, zmniejszanie zagrożenia [pożarowego] ma bardzo mały wpływ na rozprzestrzenianie się pożarów.

Do tego wydłużanie sezonu pożarowego powoduje, że „bezpieczne” okno na prowadzenie takich działań coraz bardziej się zmniejsza. Częstotliwość i intensywność pożarów mają wpływ na odrastanie lasów i ich skład gatunkowy, kształtując ich podatność na ogień w przyszłości – badania wskazują, że bardziej intensywne pożary podnoszą prawdopodobieństwo pojawienia się kolejnych ciężkich pożarów (C. Lucas, 2007, J. W. Barker i O. F. Price, 2018). Biorąc pod uwagę, że Australia w ostatnich dekadach zmagała się z kilkoma trudnymi sezonami pożarowymi, może to także tłumaczyć rozmiar tegorocznej katastrofy. Co więcej, zmiana klimatu wpływa także bezpośrednio na rośliny, przyczyniając się zarówno do zaburzania ich fizjologii (np. poprzez deficyty wody) jak i wywierając presję, mogącą powodować przebudowywanie całych ekosystemów. To również jeden z czynników, który zmienia ilość i rodzaj „paliwa” dostępnego dla ognia, a tym samym kształtuje stopień zagrożenia pożarowego (A. M. Gill i P. Zylstra, 2005, K. Hennessy i in., 2005, S. Matthews i in., 2012, H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012).

Chmury-podpalacze

Zmiana klimatu, oprócz kształtowania warunków sprzyjających pożarom, może także wpływać na częstsze pojawianie się wzniecającej je „iskry”. Chodzi o specyficzny rodzaj chmur tworzących się podczas pożarów: Cumulus lub Cumulonimbus flammagenitus (dawniej nazywane też pyrocumulonimbusami), czyli kłębiastych lub burzowych chmur powstających w regionie wznoszących prądów powietrza wzniecanych przez silne źródło ciepła, np. pożar.

Chmury te tworzą się głównie nad zalesionymi obszarami, w warunkach suchej i niestabilnej atmosfery i mogą być źródłem błyskawic, wzniecających kolejne pożary. Kiedy słabnie prąd wznoszący, utrzymujący cząstki chmurowe w powietrzu, chmura zapada się, a cząstki chmurowe i powietrze gwałtownie opadają w dół (to zjawisko określamy angielskim terminem downburst). Po uderzeniu w powierzchnię Ziemi, powietrze rozpływa się na boki – taki podmuch może podsycić szalejący już pożar. Ze względu na wysokie temperatury, kropelki wody najczęściej w drodze w dół odparowują, z rzadka obserwuje się więc opad (jeśli wystąpi, to jest to krótkotrwałe i intensywne „oberwanie chmury”). Zjawisko downburst miało miejsce podczas katastrofalnej soboty „Black Saturday” w lutym 2009 roku w stanie Wiktoria, a chmury flammagenitus zaobserwowano też w listopadzie i grudniu 2019 roku oraz styczniu 2020. Meteorolog Michael Fromm zauważa, że według wyliczeń jego zespołu obecny sezon „to najbardziej ekstremalny wysyp burz pyrocumulonimbus w Australii”. Prace badawcze wskazują, że chmury te będą pojawiać się nie tylko podczas australijskiego lata (jak to było wcześniej), ale też wiosną, dodatkowo zaś prognozowany jest wzrost liczby dni sprzyjających ich powstawaniu w południowo-wschodniej Australii. Sama rosnąca globalna temperatura jest także odpowiedzialna za zwiększenie liczby „tradycyjnych” wyładowań atmosferycznych (5‒12% na każdy stopień ocieplenia), będących główną przyczyną pożarów słabo zaludnionych terenów Australii. W niektórych miejscach np.: na Światowym Obszarze Dziedzictwa Naturalnego na Tasmanii za wzrost liczby błyskawic odpowiada właśnie obserwowany w ostatnich latach wzrost liczby pożarów (R. A. Bradstock, 2010, J. Styger, J. Marsden-Smedley i J. Kirkpatrick, 2018, M. Mariani i in., 2018, A. J. Dowdy i in., 2019, G. Di Virgilio i in., 2019).

Do wszystkich tych czynników powodujących wzrost zagrożenia pożarowego dołożyć należy także rozwój infrastruktury i rozrastanie się miast. Zwiększa to obecność ludzi na różnych terenach, a tym samym prawdopodobieństwo zaprószenia ognia czy celowych podpaleń (czytaj też Tajga płonie. Coraz częściej) (N. J. Enright i J. B. Fontaine, 2013, H. Clarke i in., 2019).

Ognista przyszłość?

Po złożeniu tych informacji nasuwa się wniosek, że obecny ciężki sezon pożarowy to tak naprawdę wynik zmian klimatu Australii w ostatnich dekadach. Tym co niepokoi, jest skala obecnych pożarów. Badanie naukowe, opublikowane ponad 10 lat temu, wskazywało że w wielu przypadkach warunki meteorologiczne sprzyjające pożarom (sumaryczny indeks FFDI) już na początku XXI w. przekraczały wcześniejsze prognozy dla roku 2050. Południowo-wschodnia Australia była wskazywana jako miejsce, gdzie wzrosty wskaźników będą największe, czyniąc z tego rejonu pewnego rodzaju punkt odniesienia dla ekstremalnych pożarów. Wygląda na to, że jesteśmy świadkami spełniania się tych prognoz (T. D. Penman, R. A. Bradstock i O. Price, 2012, H. Clarke, Ch. Lucas i P. Smith, 2012).

Jaka będzie przyszłość? Przy braku zdecydowanych działań ograniczających emisje gazów cieplarnianych sezon pożarowy będzie zaczynał się coraz wcześniej i w rezultacie będzie trwał dłużej. W latach 2061–2100 ponad 60% lat będzie jednocześnie bardziej suchych i gorących niż średnia za ostatnie 140 lat, co oznacza częstsze warunki sprzyjające ciężkim pożarom (S. Matthews i in., 2012). Ponieważ i pogoda i dostępność „paliwa” są wrażliwe na zmianę klimatu, wraz z jej dalszym postępowaniem można spodziewać się dalszych zmian reżimów pożarowych.

Jak podsumowuje Matt England z Centrum Badań nad Zmianą Klimatu z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii:

To, co zobaczyliśmy w tym roku w Australii, będzie po prostu normalnym latem, jeśli podgrzejemy planetę o 3 stopnie. A ekstremalne lato będzie [wtedy] dużo gorsze niż to co widzimy teraz.

Rozpoznając to niebezpieczeństwo, Australijska Akademia Nauk wydała oświadczenie, wskazując, że:

Australia musi bardziej się zaangażować w wypełnianie światowych zobowiązań mających na celu ograniczenie wzrostu temperatury do 1,5o […], by zredukować najgorsze skutki zmiany klimatu.

Inne, doraźne działania mogą bowiem okazać się niewystarczające do okiełznania zagrożenia pożarowego, jeśli klimat Ziemi nadal będzie szybko się zmieniał.

Zobacz także: filmy tłumaczące jak oscylacje wpływają na pogodę w Australii (j. ang.): SAM, Dipol Oceanu Indyjskiego

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna prof. Szymon Malinowski i dr Aleksandra Kardaś

The post ABC pożarów w Australii appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Dlaczego zdecydowałaś się studiować fizykę a w szczególności fizykę atmosfery? Czy zawsze interesowała cię nauka lub konkretnie klimatologia?

W Niemczech system jest taki, że im bardziej popularny kierunek, tym wyższe stopnie trzeba uzyskać w szkole średniej, by się na niego dostać. W efekcie aby studiować niepopularne kierunki wystarczą niskie oceny. Najmniej popularne są fizyka i inżynieria. Ja miałam bardzo słabe stopnie, więc była to moja jedyna opcja a fizyka wydawała się mniejszym złem. Przynajmniej wtedy tak myślałam. Ostatecznie spodobała mi się, zwłaszcza fizyka teoretyczna. Na klimacie skupiłam się w podczas pracy nad doktoratem z filozofii nauki. A więc była to seria przypadków.

Atrybucja zjawisk ekstremalnych – jak wiążą się ze zmianą klimatu?

Obecnie koncentrujesz się na metodach pozwalających łączyć konkretne zjawiska ekstremalne z globalnym ociepleniem. Jak to się robi?

Zjawiska ekstremalne z definicji zdarzają się rzadko. Dlatego tak, jak nie możemy na podstawie kilku rzutów kostką stwierdzić, czy nie jest sfałszowana, nie możemy na podstawie krótkiego okresu obserwacji pogody określić, czy zjawiska ekstremalne konkretnego rodzaju nasiliły się. Jednak dla niektórych regionów istnieją, sięgające daleko wstecz, dane wysokiej jakości i w wielu przypadkach możliwe jest stworzenie dużego zestawu symulacji pogody oraz zjawisk ekstremalnych za pomocą najnowocześniejszych modeli klimatu i metod statystycznych. To pozwala naukowcom ocenić, jakie zjawiska pogodowe są możliwe w świecie, w którym żyjemy, oraz jakie jest prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska ekstremalnego, które zaobserwowano. Czy to było zdarzenie występujące raz na 100 lat? A może raz na 10 lat?

Gdy określimy prawdopodobieństwo, z jakim zdarzenie występuje w dzisiejszym (czyli zmienionym przez nas) klimacie, możemy zapytać, jakie byłoby jego prawdopodobieństwo, gdyby zmiany klimatu nie było. Nie dysponujemy co prawda obserwacjami ze świata, w którym zmiana klimatu spowodowana przez człowieka nie zaistniała, ale dobrze wiemy, ile CO₂ i innych gazów cieplarnianych wprowadziliśmy do atmosfery. To pozwala nam stworzyć symulacje pogody, która mogłaby występować w świecie bez globalnego ocieplenia za pomocą tych samych narzędzi, których używamy do symulacji zjawisk pogodowych możliwych dziś.

Porównanie prawdopodobieństw [w tych 2 przypadkach – przyp. red.] pozwala ocenić znaczenie zmiany klimatu.

Tak jak w przypadku prognoz pogody, modele wykorzystywane w atrybucji [określaniu związku poszczególnych zjawisk ze zmianą klimatu – przyp. red.] muszą być w stanie wiarygodnie określić prawdopodobieństwo występowania zjawisk, które chcemy ocenić w kontekście zmiany klimatu. Chociaż modele bardzo się rozwinęły, wciąż jest wiele aspektów zjawisk ekstremalnych, na przykład związanych z cyrkulacją atmosferyczną, których prawdopodobieństwa (a więc i jego zmian) nie jesteśmy jeszcze w stanie wiarygodnie obliczyć.

Czy określanie wpływu zmiany klimatu na zjawiska ekstremalne ma jakieś praktyczne zastosowania to może jest to tylko przygotowywanie ciekawostek dla mediów?

Każde zjawisko ekstremalne ma więcej niż jedną przyczynę. Duże znaczenie może mieć chaotyczna natura pogody, sposoby wykorzystania gruntów i wiele innych czynników, ale zmiana klimatu również do nich należy. Dzięki atrybucji zjawisk możemy rozwikłać tę łamigłówkę i określić, w których przypadkach zmiana klimatu ma znaczenie kluczowe, a w których schodzi na drugi plan, bo najistotniejsze są inne okoliczności, na przykład zmiany w użytkowaniu terenu. Ta wiedza pozwala na racjonalne zarządzanie funduszami – można zużytkować je na to, co najbardziej przydałoby się zmienić czy naprawić.

Ekstremalne obliczenia

Czy mogłabyś opowiedzieć naszym czytelnikom o projekcie World Weather Attribution? Jak powstał? Jak jest finansowany?

W ramach inicjatywy World Weater Attribution (WWA), współpracują ze sobą naukowcy badający klimat i specjalizujący się w atrybucji zjawisk (grupa z Uniwersytetu w Oxfordzie pod moim kierownictwem, mój kolega Geert Jan van Oldenborgh z Holandii, pracownicy francuskiego IPSL/LSCE oraz amerykańskich Princeton University i NCAR) oraz specjaliści od konsekwencji zmiany klimatu z Red Cross Red Crescent Climate Centre (Centrum Klimatycznego Czerwonego Krzyża i Czerwonego Półksiężyca). Udało nam się już zdobyć międzynarodową renomę autorytetu w tej dziedzinie. Nasz zespół rozwinął solidną metodologię, dzięki której możliwe jest określenie związku zjawiska ze zmianą klimatu w ciągu zaledwie kilku tygodni od jego wystąpienia czyli wtedy, gdy jest to jeszcze interesujące dla opinii publicznej i przydatne z punktu widzenia usuwania skutków katastrofy. Istniejemy od roku 2014 a finansują nas różne fundacje dobroczynne.

Które z opracowań WWA przyniosło, twoim zdaniem, najbardziej szokujące wyniki?

Prawdę mówiąc, to tegoroczne fale upałów w Europie. Zmiana klimatu sprawiła, że ich prawdopodobieństwo wzrosło stukrotnie – to robi wrażenie.

Wasze badania wymagają dużych zasobów obliczeniowych. Wiem, że radzicie sobie z tym problemem w nietypowy sposób. Czy mogłabyś opowiedzieć nam o projekcie Climate Prediction Net?

Zamiast uruchamiać nasz model klimatu na superkomputerze, wykorzystujemy prywatne komputery udostępniane nam przez wolontariuszy. Każdy “zapuszcza” u siebie zadanie, które da się wykonać z użyciem jednego rdzenia obliczeniowego, odpowiadające symulacji dla jednego roku. Na naszych serwerach zbieramy te symulacje razem i w ten sposób uzyskujemy tak dużo przebiegów*, jakbyśmy dysponowali olbrzymim superkomputerem, który zjadłby cały nasz budżet. Tymczasem dzięki temu, że każdy z ochotników płaci odrobinę większy rachunek za prąd, my możemy prowadzić nasze badania. Gdyby nie wolontariusze z ClimatePrediction.net, rozwój atrybucji zjawisk ekstremalnych prawdopodobnie opóźniłby się o kilka lat.

Jak wygląda praca naukowców?

„Kapitan Planeta”, „SeaQuest”, „Star Trek” – znasz te tytuły? Czy miewasz czasem wrażenie, że twoja praca przypomina w niektórych aspektach to, co oglądamy w filmach? No wiesz, wydarza się katastrofa, zwołuje się międzynarodowy zespół specjalistów, natychmiastowe reagowanie, komunikacja, współpraca z ludźmi z drugiego końca świata, superkomputery, satelity… Jak wygląda Twój typowy dzień w pracy?

Niestety, mój typowy dzień w pracy wcale nie przypomina typowego dnia postaci z filmu. To raczej dzień typowego profesora – wykłady, praca ze studentami, pisanie wniosków grantowych, publikacji, analizowanie danych, spotkania i dyskusje z kolegami. Czasem rozmowy o wynikach badań z dziennikarzami i coraz częściej – z politykami.

Jednak kiedy prowadzimy atrybucję w czasie rzeczywistym to rzeczywiście przypomina to trochę film, tylko że nam nie grozi żadne bezpośrednie niebezpieczeństwo. Najpierw musimy dowiedzieć się, co się właściwie wydarzyło i w tym celu musimy skontaktować się z ludźmi, którzy naprawdę byli na miejscu zdarzenia i dotrzeć do danych meteorologicznych. Potem musimy zdecydować, w jakich terminach najlepiej będzie opisać wydarzenie – co tak naprawdę spowodowało straty. I to znów wymaga przedyskutowania sprawy np.: z przedstawicielami służby zdrowia. Potem to już praca naukowa: dobieramy modele, piszemy i uruchamiamy skrypty komputerowe, odbywamy codzienne wideokonferencje, żeby sprawdzić jak wyglądają wyniki i co będziemy w stanie powiedzieć o zjawisku. Najbardziej emocjonująca jest zawsze chwila, w której ogłaszamy nasze wyniki i nagle dzwoni do nas cały świat. Taką akcję przeprowadzić możemy tylko 3-4 razy w ciągu roku, bo wyłącza mnie to kompletnie z innych zadań na przynajmniej tydzień, a tymczasem ja tych zadań mam coraz więcej, w coraz większej liczbie miejsc jestem do czegoś potrzebna.

Jak udało ci się wpasować w grafik jeszcze pisanie książki popularnonaukowej?

Zeszłego lata przez kilka miesięcy zmuszałam się co wieczór do napisania 1000 słów zamiast czytać powieści, co na ogół robię w tym czasie. Taki sposób pisania całkiem mi się spodobał, bawiłam się dużo lepiej niż się spodziewałam. No i widziałam, że to tylko krótkoterminowe zadanie.

Czy często rozmyślasz ogólnie o kryzysie klimatycznym, co oznacza dla naszej przyszłości itp., czy raczej koncentrujesz się na swojej aktualnej pracy?

Myślę i mówię o tym bardzo dużo. W ostatnim roku, dzięki młodzieżowym protestom klimatycznym, temat ten przebił się do publicznej świadomości i myślę, że można teraz żywić ostrożną nadzieję, że wkrótce oprócz rozmów doczekamy się niezbędnej legislacji.

W jakim zakresie naukowcy powinni angażować się w publiczną debatę na tematy związane ze zmianą klimatu? Czy powinni trzymać się swojej specjalności? Są nie tylko naukowcami ale też obywatelami, więc może nie powinni mieć oporów przed wygłaszaniem swoich poglądów na kwestie polityczne lub społeczne?

Gdybym myślała, że powinniśmy trzymać się tylko swojej działki, nie napisałabym mojej książki. Oczywiście jest jednak ważne, żeby jasno podkreślić co jest wynikiem badań naukowych, a co ich interpretacją.

Międzyrządowy Zespół ds. Zmiany klimatu opublikował ostatnio Raport specjalny o oceanie i kriosferze w zmieniającym się klimacie. Które ze wspomnianych w nim zjawisk można by przeanalizować waszymi metodami? Morskie fale upałów, topnienie lodowców, wzrost poziomu morza…?

Morskie fale upałów – tak. Opracowanie na temat topnienia lodowców właśnie powstało w mojej grupie. Wzrostem poziomu morza jeszcze się nie zajmowaliśmy, ale zdecydowanie jest tu nad czym popracować i to w nieodległej przyszłości.

Jesteś jedną z autorek nadchodzącego szóstego raportu podsumowującego IPCC. Jak ci się nad nim pracuje?

To mnóstwo pracy ale też ciekawe wyzwanie i jak nic innego popycha naukę na przód.

Rozmawiała Aleksandra Kardaś, konsultacja tłumaczenia: prof. Szymon P. Malinowski

____________________________

* Modelowanie klimatu wymaga wielokrotnego przeprowadzenia symulacji dla tego samego okresu. Każda symulacja pokazuje trochę inny przebieg zjawisk pogodowych i oceanicznych z dnia na dzień i z roku na rok (np. w innych terminach przypadają „zimni ogrodnicy” albo El Nino). Na podstawie takiego zestawu symulacji możemy określić średnie wartości temperatury, opadów itd. lub prawdopodobieństwo zjawisk ekstremalnych.

The post Ekstremalne zjawiska, ekstremalne obliczenia – wywiad z Friederike Otto appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Każdego roku AMS wydaje raport dotyczący katastrof naturalnych na świecie. Celem publikacji jest m.in. oszacowanie, w jakim stopniu spowodowana przez człowieka zmiana klimatu wpływa na prawdopodobieństwo pojawiania się ekstremalnych wydarzeń i na ile nasila ich negatywne skutki (tzw. atrybucja, więcej na ten temat przeczytasz w: Zjawiska ekstremalne – na ile odpowiada za nie zmiana klimatu?). Ta wiedza jest kluczowa dla decydentów – pozwala lepiej planować infrastrukturę techniczną, ale także daje jasną informację na temat tego, na ile my, jako cywilizacja, mamy wpływ na pogorszenie warunków życia na planecie. W ten sposób pośrednio pokazuje w jakim stopniu działania na rzecz zatrzymania postępującej zmiany klimatu są ważne z punktu widzenia zdrowia i życia ludzi oraz gospodarki.

Raport z 2018 roku pt. „Explaining Extreme Events of 2017 from a Climate Perspective” opisuje wybrane katastrofalne zdarzenia z całego świata. Wśród nich są:

• Potężne ulewy w lutym 2017 w USA, które zagroziły konstrukcji największej tamy w USA (Oroville). Choć na to zdarzenie nałożyły się problemy techniczne tamy, to pokazało ono, że infrastruktura budowana w innych warunkach klimatycznych może mieć problem ze zmierzeniem się z ekstremalnymi żywiołami przyszłości. W wyniku zagrożenia integralności konstrukcji tamy trzeba było ewakuować 200 000 ludzi. Tym, co doprowadziło do tej groźnej sytuacji było nagromadzenie intensywnych opadów w krótkim odcinku czasu. Między październikiem 2016 a kwietniem 2017 miało miejsce np.: 49 opadów związanych z rzekami atmosferycznymi, co doprowadziło do rekordowej sumy opadów (więcej czytaj w: Rzeki atmosferyczne: prawdziwe oberwanie chmury)
• Ekstremalne ulewy w czerwcu 2017 roku w Chinach. W prowincji Hunan skutki żywiołu odczuło 7,8 miliona ludzi, 34 osoby zginęły, 800 000 zostało wysiedlonych, 32 000 domów zostało zrujnowanych, a straty gospodarcze wyniosły ponad 24 miliardy juanów (3,6 mld dolarów). Czerwiec 2017 był w tym regionie najbardziej wilgotny od 1961 roku. Naukowcy obliczyli, że gdyby klimatem sterowały tylko czynniki naturalne, takie opady pojawiałyby się statystycznie raz na około 170 lat. W obecnym klimacie częstość ich występowania to jednak już raz na ok. 83 lat. Oznacza to, że zmiana klimatu podniosła mniej więcej dwukrotnie prawdopodobieństwo wystąpienia takich ekstremalnych ulew.
• Susza na Wielkich Równinach USA. Ze względu na coraz wyższą temperaturę atmosfery, wzmaga się parowanie wody z gleb. To powoduje, że w niekorzystnych warunkach pogodowych (np. słabych opadach) rośnie prawdopodobieństwo wystąpienia dotkliwej suszy. W przypadku północnego obszaru Wielkich Równin nastąpił 2% spadek wilgoci w glebie w stosunku do czasów historycznych, co powoduje, że prawdopodobieństwo pojawienia się najbardziej dotkliwych susz wzrasta w obecnym klimacie 3-5-krotnie w stosunku do czasów przedprzemysłowych. Podobny mechanizm powstawania susz glebowych dotyczy także innych części świata. 
• Niszczycielskie ulewy w Peru, prowadzące do osunięć ziemi, zniszczenia domów dróg i połączeń kolejowych. Zdarzenia te dotknęły 1,7 miliona ludzi, doprowadziły do 177 zgonów, a straty finansowe wyniosły 3,1 miliarda dolarów. Dla wielkości opadów znaczenie miała niezwykle ciepła powierzchnia oceanu – ocieplanie mórz jest jednym z skutków globalnego ocieplenia. Prawdopodobieństwo wystąpienia podobnej katastrofy na wybrzeżu Ameryki Południowej wzrosło co najmniej o 50% w stosunku do czasów przedprzemysłowych, a dla najrzadszych, najbardziej śmiercionośnych zdarzeń nawet 10-krotnie.
  

• Najniższe w historii pomiarów opady grudniowe w Europie (w 2016 roku). Naukowcy wiążą tę sytuację ze zmniejszaniem się zasięgu lodu morskiego Arktyki, w szczególności na Morzu Barentsa i Karskim. W grudniu 2016 zasięg lodu arktycznego był na rekordowo niskim poziomie, co pociągnęło za sobą wystąpienie różnych anomalii pogodowych – w rezultacieopady w grudniu, w zachodniej i centralnej Europie, były najniższe dla tego miesiąca od 116 lat.
• Ekstremalne upały na południu Europy (fala upałów „Lucyfer”). Hiszpania, Francja, Włochy oraz Bałkany doświadczyły w sierpniu 2017 roku najgorszej fali upałów od słynnego, śmiercionośnego wydarzenia w 2003 roku. Temperatury przekraczały 40 stopni, a upalnej pogodzie towarzyszyły pożary lasów (w Portugalii w ich wyniku zginęło ponad 60 osób). Tak silne upały w latach 50. statystycznie zdarzały się raz na 3000 lat, dla roku 2017 prawdopodobieństwo ich wystąpienia wyniosło już raz na 20 lat. Wraz ze wzrostem globalnej temperatury tendencja ta będzie się utrzymywać.
• Pożary „Sir Ivan” w Australii w lutym 2017. Ogień objął 55 000 ha w Nowej Południowej Walii, przyczyniając się do powstania niezwykle rzadkiego zjawiska – chmur pyrocumulonimbus. Te nietypowe chmury burzowe powodowały kolejne pożary – od błyskawic. Podobne zjawisko wystąpiło także np.: podczas pożarów w Kanadzie w Fort McMurray w 2016 roku (czytaj więcej tutaj: Tajga płonie. Coraz częściej). O wzrost zagrożenia pożarowego obwiniać można w tym przypadku wynikający z rosnącego stężenia CO₂ wzrost temperatury pociągający za sobą spadek względnej wilgotności.

Choć naukowcy podkreślają, że skutki zjawisk pogodowych zależą także od jakości i rozległości infrastruktury oraz prawa (np.: dotyczącego zagospodarowania przestrzennego) to wnioski z raportu są jasne. Nasze emisje ze spalania paliw kopalnych przyczyniają się do coraz dotkliwszych katastrof naturalnych. Zauważalnie wzrasta częstość ich występowania oraz nasilenie (wartości maksymalnych prędkości wiatru, opadów, temperatury i in.). Takie konkluzje płyną także z podobnych opracowań, jak chociażby raportów EASAC (czytaj: Europejskie Akademie Nauk: coraz więcej ekstremalnych zjawisk w Europie).

Na to, że te zmiany zagrożą gospodarce oraz zdrowiu i życiu ludzi wskazuje nie tylko raport AMS, ale też wiele publikowanych w ostatnich latach badań. Opisany wyżej przykład tamy Oroville nie jest wyjątkiem. W USA, gdzie wiele tam zbliża się do kresu „przydatności” technicznej, problemy w 2017 roku pojawiły się również w Houston. Kontrola budowli przeciwpowodziowych w Sacramento (Kalifornia) zrodziła pytanie, czy konstrukcja wałów jest przygotowana na częstsze powodzie stuletnie (zmiana z „raz na 100 lat” na „raz na 77 lat”).

Podobne wątpliwości pojawiły się w przypadku krytycznej infrastruktury drogowej w stanie Iowa, gdzie okazało się, że kluczowe mosty w czasie trwania ich okresu eksploatacji są narażone na przepływy wody częstsze/wyższe niż zakładane przy obecnych standardach budowlanych. Huragan Sandy w Nowym Jorku w 2012 roku pokazał natomiast, że ekstrema są zagrożeniem nie tylko dla samej infrastruktury drogowej, ale i dla zaopatrzenia w paliwo na poziomie lokalnym i regionalnym. Brak dostaw elektryczności po ogromnych zniszczeniach spowodowanych w Portoryko przez huragan Maria nie tylko powiększył uszkodzenia budynków (brak możliwości napraw z powodu braku prądu), ale doprowadził również do ogromnych strat ekonomicznych, głównie w przemyśle farmaceutycznym (raport Iowa’s Bridge and Highway Climate Change and Extreme Weather Vulnerability Assessment Pilot, 2015, I. Anderson i in., 2017, raport Munich ReTopics Geo 2017, M. Ho i in., 2017, A. Beheshtian i in., 2018).

Także rolnictwo, rozwijane w bardziej łagodnym klimacie, na bardziej żyznych glebach, przy innych technikach upraw, zaczyna borykać się z poważnymi problemami. Opisane w raporcie AMS susze na Wielkich Równinach USA już teraz zagrażają tamtejszej tradycyjnej ekstensywnej hodowli bydła. W południowej części regionu parowanie przeważa nad opadami praktycznie we wszystkich miesiącach roku. Każda, nawet drobna zmiana w temperaturze ma więc znaczenie – straty w plonach dla ekstremalnych susz rosną tu o ok. 25% na każdy stopień globalnego ocieplenia. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku pastwisk w innych częściach świata, np.: Afryce, gdzie duże znaczenie dla częstotliwości i uciążliwości susz ma podnosząca się temperatura powierzchni oceanów, w tym Oceanu Indyjskiego (W. Chua i in., 2016, Ch. Funk i in., 2018).

W północnych Chinach obecne susze „raz na 100 lat” będą pojawiać się po roku 2050 dla scenariusza Biznes-jak-zwykle nawet co 5 lat, prowadząc do znaczących strat plonów. Nawadnianie, które do tej pory pomagało walczyć z suszami, nie sprawdzi się na dłuższą metę. W wielu regionach świata (także w przypadku warstwy wodonośnej Ogallala w USA) podziemne zbiorniki wody są nadmiernie eksploatowane, co prowadzi do dalszego deficytu wody i nasilania skutków susz. Przykładem jest prawie całkowite wyschnięcie jeziora Altus-Lugert w USA w 2015 roku, do którego przyczyniła się dekada intensywnego eksploatowania lokalnych zasobów wód podziemnych. Ponadto nieodpowiednie techniki nawadniania, szczególnie w suchym, gorącym klimacie i w przypadku gleb zdegradowanych, powodują nadmierne zasolenie gleby, a tym samym dalsze obniżanie plonów. Obecnie problem ten dotyczy aż 1/3 sztucznie nawadnianych obszarów uprawnych.

Przyszłym plonom zagraża nie tylko jednak wyczerpywanie się środków do walki z suszą. W Europie wyjątkowo ciepły marzec 2017 roku spowodował wczesne rozpoczęcie wegetacji przez rośliny uprawne takie jak winorośl czy drzewka owocowe – w Niemczech wiśnie zakwitły 12 dni wcześniej niż średnia dla lat 1992-2017. Późne przymrozki na przełomie kwietnia i maja zniszczyły rośliny, prowadząc do strat w europejskim rolnictwie w wysokości 345 milionów euro w Niemczech (sadownictwo, winnice) czy 330 mln w Polsce (sadownictwo). Rekord padł we Włoszech: 1,04 miliarda euro.

Obniżanie plonów to tylko jeden z czynników prowadzących do wzrostu zagrożenia dla zdrowia i życia ludzi. Bezpośrednie ryzyko przynoszą też m.in. huragany czy powodzie. Europejskim przykładem z 2017 roku jest orkan Ksawery, który zabił 9 osób w Niemczech i Polsce, jednak na świecie najwyższe żniwo (ponad 1700 osób) zebrały powodzie w Indiach, Nepalu i Bangladeszu (P. Shrivastava i R. Kumar, 2015, M. Glotter i J. Elliott, 2016, J.L. Steiner i in., 2017, E. S.Krueger, Y. T. Yimam, T. E.Ochsner, 2017, raport Munich ReTopics Geo 2017, X. Cai i in., 2017, Ch. Yu i in., 2018). Podsumowanie roku 2018 zostanie opublikowane przez AMS dopiero pod koniec obecnego roku, wiadomo już jednak, że 2018 w wielu regionach świata także zapisze się jako rok ekstremalnych wydarzeń pogodowych. Grecja doświadczyła wyjątkowo śmiercionośnego sezonu pożarów oraz rzadkiego zjawiska zwanego „Medicanem”, susza spowodowała wysychanie Dunaju na Węgrzech, region Morza Śródziemnego doświadczył silnych powodzi jesienią, a rejon Alp – ogromnych opadów śniegu na przełomie 2018 i 2019 roku. Dr Friederike Otto z Environmental Change Institute na Uniwersytecie Oksfordzkim podsumowuje 2018: „To był kolejny rok, gdy wpływ zmian klimatu na klimat i pogodę był naprawdę oczywisty”.

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

Zobacz także:
interaktywna mapka ekstremalnych wydarzeń na świecie w 2017 roku: tutaj (ang.)
interaktywna mapka ekstremalnych wydarzeń na świecie w 2018 roku: tutaj (ang.)
interaktywna mapka wpływu zmian klimatu na ekstremalne zjawiska pogodowe: tutaj (ang.)

The post „Nowy klimat” – nie jesteśmy na niego gotowi appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

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).

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.

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).

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

The post Rzeki atmosferyczne: prawdziwe oberwanie chmury appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.