W późniejszych latach, bliższych współczesnym, fale upałów w Arktyce przybrały na coraz większym znaczeniu i zaczęły nie tylko dorównywać ale nawet w pewnych okresach czasu przewyższać fale upałów z regionów położonych na niższych szerokościach. Najgorsze jest w tym wszystkim to, że mają one wpływ na coraz szybsze topnienie lodu morskiego i jeszcze silniejsze oddziaływanie negatywne na tamtejszą faunę i florę oraz społeczności ludzkie, gdy ocean jest odsłaniany i coraz mocniej i wręcz niebezpiecznie nagrzewany.
Wybrane trzy prace poniższe z 2024 roku odzwierciedlają właśnie stan Arktyki w krytycznym stanie środowiskowym. Jak widać fale upałów w tym relatywnie najchłodniejszym regionie na półkuli północnej wraz za dalszymi postępującymi emisjami gazów cieplarnianych, zarówno antropogenicznymi (głównie ze spalania paliw kopalnych), jak i naturalnymi (głównie z rozmarzania wieloletniej zmarzliny) stają się coraz dotkliwsze i mają negatywny wpływ nie tylko na regionalną przyrodę i ludzi, ale też zaburzają cyrkulacje powietrza atmosferycznego w interakcji z niższymi szerokościami geograficznymi.
PRACA 3:
Armineh Barhodarian, David M. Nielsen i Johanna Baehr z Instytutu Oceanografii w Centrum Badań Systemu Ziemi i Zrównoważonego Rozwoju (CEN) na Uniwersytecie w Hamburgu oraz Dirk Olonscheck z Instytutu Meteorologii im. Maxa Plancka z tego samego miasta zwrócili pilnie uwagę, że od 2007 roku Arktyka weszła w nową epokę częstych morskich fal upałów (MHW – marine heatwaves). Ponadto potwierdzili wyniki wcześniejszych badań, iż zjawiska te mają wyraźnie silny związek z gwałtownym topnieniem lodu morskiego. Stwierdzili, że ekstremalne fale upałów z lat 2007, 2012 i 2020 były praktycznie niemożliwe bez wpływu emisji gazów cieplarnianych, a postępujące od ponad 50 lat ocieplenie oceanu oraz wyraźnie od kilku dekad przyspieszające tempo utraty lodu wzajemnie się wzmacniają.
W badaniu wykorzystano standardową definicję Alistaira Hobdaya Alistaira, wiodącego australijskiego oceanografa i dyrektora ds. badań w CSIRO Oceans and Atmosphere oraz jego współpracowników, która brzmi następująco:
Fala upałów występuje wtedy, gdy temperatura powierzchni morza przekracza 95. percentyl normy klimatycznej przez co najmniej pięć kolejnych dni.
Fale te najczęściej miały miejsce w tzw. morzach marginalnych Arktyki – płytkich obszarach przy krawędzi lodu morskiego. Pod względem geograficznym występowały w:
- Morzu Karskim,
- Morzu Łaptiewów,
- Morzu Wschodniosyberyjskim,
- Morzu Czukockim,
- części Morza Beauforta.
Rys. a Mapa skumulowanej intensywności ciepła głównych morskich fal upałów (MHW) w latach 2007, 2012, 2019 i 2020. b Maksymalna intensywność MHW (szare słupki; druga oś Y ), rzeczywista temperatura powierzchni morza w okresie lipiec–wrzesień (OISSTv2; JAS; czerwona krzywa) i zrekonstruowana temperatura powierzchni morza w JAS z netto strumieniami ciepła powierzchni morza ( Q net ; niebieska krzywa). Q net jest napędzana przez zmiany promieniowania krótkofalowego, promieniowania długofalowego i turbulentnych strumieni ciepła. Procent wariancji zmienności temperatury powierzchni morza (SST) wyjaśniony przez Q net wynosi 82%. c Względne anomalie zasięgu lodu morskiego w Arktyce (niebieskie słupki) jako procent średniej z lat 1991–2020 oraz wykryta maksymalna intensywność 11 MHW w latach 1982–2021 (czerwone słupki; druga oś Y ). d Liniowy trend temperatury powierzchni morza (SST) na podstawie OISSTv2 w latach 1996–2021 w JAS (lipiec–wrzesień) w °C/dekadę, e Zmiany liczby dni z temperaturą powierzchni morza (SST) > 95% przedziału klimatologii lat 1983–2012, w latach 2001–2021 minus 1982–2000. f Obszary, w których początek topnienia lodu morskiego w latach 2012 i 2020 zbiega się z maksymalnymi strumieniami promieniowania w dół (czerwiec/lipiec). Źródło: Armineh Barkhordarian et al./CC BY 4.0
Trzy ekstremalne morskie fale upałów
Autorzy wykazali, że lato 2007 roku rozpoczęło nową epokę arktycznych morskich fal upałów. Od tego czasu ekstremalne anomalie temperatury oceanu pojawiają się w miarę regularnie. Następują coraz częstsze wielotygodniowe epizody bardzo silnego nagrzewani się wody oceanicznej, zwłaszcza latem, gdy silnie lód morski topił się
Do najważniejszych fal upałów naukowcy zaliczyli w latach 2007, 2012 i 2020.
- 2007 – czas trwania: 91 dni, intensywność: 3,4°C, silny związek z rekordowym minimum lodu morskiego.
- 2012 – czas trwania: 30 dni, intensywność: 2,1°C, rekordowo niski zasięg lodu morskiego.
- 2020 – czas trwania: 103 dni, intensywność: 4°C, lokalnie nawet 6°C, zasięg lodu morskiego bliski rekordowi z 2012 r.
Ta ostatnia MHW była powyżej normy klimatycznej. Wzięto ją w badaniu pod głębszą analizę. Była to najdłuższa, najintensywniejsza i najbardziej energetyczna MHW jaką zaobserwowano w Arktyce od początku obserwacji satelitarnych.
Mechanizm powstawania arktycznych morskich fal upałów
Najważniejszym wnioskiem pracy wykazał, że MHW w Arktyce mają bezpośredni związek z gwałtownie zachodzącym zanikaniem lodu morskiego w okresie największego dopływu energii słonecznej.
W normalnych warunkach było tak, że jasna powierzchnia lodu odbijała dużą część promieniowania słonecznego. Gdy jednak obecnie lód silnie topnieje, odsłania się ciemna powierzchnia oceanu o znacznie niższym albedo. Ocean zaczyna wtedy pochłaniać ogromne ilości energii słonecznej.
Autorzy wykazali tutaj, że kluczowe znaczenie ma moment wycofywania się lodu. Jeśli lód zanika wcześnie – szczególnie w czerwcu i lipcu – ocean otrzymuje więcej energii dokładnie w okresie maksymalnego nasłonecznienia. Powoduje to gwałtowne nagrzewanie powierzchni oceanu i rozwój morskiej fali upałów.
Szczególnie niepokojący sygnałem jest to, że w 2020 roku jest bardzo niewiele lodu wieloletniego, a jednorocznego jest bardzo duża. Taka sytuacja nie istniała jeszcze tak mocno w 2012 roku. Lód wieloletni dawał większą gwarancję odporności i nie roztapiał się całkowicie jak jednoroczny teraz. Autorzy zaznaczyli, że po 2007 roku Arktyka przeszła wyraźną przemianę od dominacji lodu wieloletniego do dominacji lodu pierwszorocznego, co zwiększyło podatność regionu na ekstremalne ocieplenie powierzchni oceanu.
Bardzo istotnym elementem pracy jest również wykazanie analizy bilansu energetycznego oceanu. Autorzy stwierdzili, że aż 82% zmienności temperatury powierzchni morza można wyjaśnić zmianami netto strumienia ciepła między atmosferą a oceanem.
Wykorzystano w tym celu parametr:
Qnet opisujący całkowity bilans energii docierającej do powierzchni oceanu. Uwzględnia on:
- promieniowanie krótkofalowe (Shortwave Radiation),
- promieniowanie długofalowe (Longwave Radiation),
- strumienie ciepła jawnego (Latent Sensible),
- strumienie ciepła utajonego (Latent Heat).
Badacze wykazali, że to właśnie wzrost dodatniego bilansu energetycznego oceanu odpowiadał za rozwój ekstremalnych anomalii temperatury powierzchni morza.
Instrumentarium badawcze i metodologia
Jedną z największych zalet tej pracy jest niezwykle mocno rozbudowana metodologia. Autorzy połączyli obserwacje satelitarne, reanalizy atmosferyczne oraz zaawansowane modele klimatyczne.
NOAA OISST v2.1
Podstawowym źródłem danych temperatury powierzchni oceanu był długoterminowy rejestr danych klimatycznych – zapewniający codzienną, globalną mapę temperatur oceanów w wysokiej rozdzielczości – tzw. Optymalna interpolacja temperatury powierzchni morza w wersji 2.1 opracowany przez Narodową Oceaniczną i Atmosferyczną Administrację (NOAA OISST v2.1 – National Oceanic and Atmospheric Administration Optimum Interpolation Sea Surface Temperature v2.1)
Dane obejmowały okres od 1982 do 2022 roku i miały rozdzielczość 0,25°. Produkt ten integruje pomiary satelitarne przez zaawansowany radiometr o bardzo wysokiej rozdzielczości (AVHRR – Advanced Very High Resolution Radiometer), dane boi oceanicznych oraz informacje o koncentracji lodu morskiego.
Koncentracja lodu morskiego
Do analizy lodu morskiego wykorzystano rejestr danych klimatycznych dotyczących koncentracji lodu morskiego (Sea Ice Concentration Climate Data Record) opracowany przez NOAA i Narodowe Centrum Danych o Śniegu i Lodzie (NSIDC – National Snow and Ice Data Center)
Dane te pozwoliły analizować:
- koncentrację lodu morskiego,
- tempo topnienia,
- długość sezonu otwartej wody,
- zmiany zasięgu lodu.
Reanaliza ERA5
Ważnym elementem metodologii była także reanaliza ERA5, która została opracowana przez Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts).
ERA5 dostarczyła danych, które dotyczyły:
- promieniowania krótkofalowego,
- promieniowania długofalowego,
- strumieni ciepła,
- bilansu energetycznego oceanu i atmosfery.
Modele klimatyczne
W badaniu wykorzystano trzy duże zespoły modeli klimatycznych typu Large Ensemble:
- Community Earth System Model,
- MPI-ESM-LR,
- CanESM5.
Modele te wykonały dużą ilość równoległych symulacji klimatu przy nieco odmiennych warunkach początkowych. Dzięki temu została oddzielona naturalna zmienność klimatu od wymuszenia antropogenicznego (antropogenicznej zmiany klimatu).
Szczególnie ważny był model CESM1-LE, który wykorzystano do analizy atrybucji, czyli przypisywaniu ekstremalnych zjawisk wpływowi zmian klimatu.
Autorzy w tej analizie atrybucyjnej porównali dwa światy:
- świat rzeczywisty w którym z rośnie stężenie gazów cieplarnianych,
- świat hipotetyczny, czyli świat bez wzrostu stężenia gazów cieplarnianych.
Pomogło to oszacować, jak bardzo emisje antropogeniczne zwiększyły prawdopodobieństwo wystąpienia arktycznych fal upałów.
W pracy zastosowano pojęcia:
- prawdopodobieństwo przyczynowości koniecznej (Probability of Necessary Causation) – (PN),
- prawdopodobieństwo wystarczającej przyczyny (Probability of Sufficient Causation) – (PS).
PN określa, czy obecność gazów cieplarnianych była konieczna do wystąpienia zjawiska. PS bada, czy sam wzrost gazów cieplarnianych wystarcza do wywołania zdarzenia.
Autorzy doszli do wniosku, że ekstremalne arktyczne fale upałów — takie jak zdarzenia z 2007, 2012 i 2020 roku — byłyby praktycznie niemożliwe bez współczesnego wzrostu stężenia gazów cieplarnianych wywołanego działalnością człowieka.
W swoich analizach badali oni morskie fale upałów, podczas których temperatura powierzchni morza była lokalnie wyższa o ponad 1,5°C względem naturalnej normy klimatycznej dla danego regionu Arktyki i danej pory roku.
Modele klimatyczne pokazały, że w hipotetycznym świecie bez antropogenicznego wzrostu gazów cieplarnianych prawdopodobieństwo wystąpienia tak silnych anomalii wynosiłoby mniej niż 1%. Oznacza to, że naturalna zmienność klimatu praktycznie nie była w stanie samodzielnie wygenerować tak ekstremalnych zjawisk.
Rys. Prawdopodobieństwo koniecznego związku przyczynowego (PN) wymuszenia gazami cieplarnianymi dla morskiej fali upałów o intensywności a i skumulowanej intensywności b. Prawdopodobieństwo wystarczającego związku przyczynowego (PS) wymuszenia gazami cieplarnianymi dla morskiej fali upałów o intensywności c i skumulowanej intensywności d . Niepewności oszacowano metodą bootstrap-resampling z odzyskiwaniem. Skale prawdopodobieństwa ≥66% (prawdopodobne), ≥90% (bardzo prawdopodobne) i ≥99% (prawie pewne) przedstawiono liniami poziomymi. Źródło: Armineh Barkhordarian et al./CC BY 4.0
Znaczenie pracy
Badanie ma ogromne znaczenie dla współczesnej klimatologii Arktyki, ponieważ pokazuje nie tylko sam trend ocieplenia, lecz również mechanizm fizyczny odpowiedzialny za rozwój ekstremalnych zjawisk.
Autorzy wykazali, że:
- utrata lodu morskiego,
- wzrost pochłaniania energii słonecznej,
- dodatni bilans energetyczny oceanu
powodują powstawanie wzmacniających się dodatnich sprzężeń zwrotnych prowadzących do coraz częstszych morskich fal upałów.
Badanie sugeruje również, że wraz z dalszym wzrostem emisji gazów cieplarnianych oraz zwiększaniem udziału cienkiego lodu pierwszorocznego fale upałów w Arktyce będą pojawiały się coraz częściej i będą trwały coraz dłużej.
Główny wniosek z tej pracy wypływa taki, że po 2007 roku Arktyka weszła w nowy reżim klimatyczny charakteryzujący się częstymi i intensywnymi morskimi falami upałów.
Kluczowym mechanizmem tych zjawisk jest wczesne topnienie lodu morskiego w okresie maksymalnego nasłonecznienia, co prowadzi do gwałtownego wzrostu pochłaniania energii słonecznej przez ocean.
Badanie pokazuje również, że ekstremalne fale upałów w Arktyce są silnie związane z antropogenicznym wzrostem stężenia gazów cieplarnianych i byłyby bardzo mało prawdopodobne w świecie bez współczesnych zmian klimatu.
Praca powyższa stanowi jeden z ważniejszych przykładów nowoczesnych badań klimatycznych, łączących fizykę oceanu, obserwacje satelitarne, modelowanie klimatu oraz statystyczną analizę przyczynowości ekstremów klimatycznych.
PRACA 4:
Jak już zostało wspomniane, Arktyka ociepla się szybciej niż większość obszarów Ziemi. W ostatnich dekadach szczególnie wyraźnie wzrosła tam liczba fal upałów, ich intensywność oraz długość trwania. Dotychczas większość prac naukowych była skoncentrowana na analizie lokalnych rekordów temperatur czy też analizie pojedynczych regionów.
MIka Rantanen, Matti Kämäräinen z Fińskiego Instytutu Meteorologicznego w Helsinkach oraz Miska Luoto i Juha Aalto z Wydziału Nauk o Ziemi i Geografii na Uniwersytecie Helsińskim postanowili zbadać kolejny istotny aspekt tego zjawiska. Mianowicie, jak bardzo zwiększa się powierzchnia lądowej Arktyki, która została objęta falami upałów.
To jedno z najnowszych zagadnień metodologicznych pokazuje różnice fal upałów, które obejmują niewielki region polarny a obszar bardziej rozległy, w którego zakresie występuje tundra, tajga, a nawet wieloletnia zmarzlina. Badacze fińscy zwrócili uwagę na to, iż ekstremalne temperatury pojawiają się synchronicznie również na większej powierzchni Arktyki.
W sumie, w zakresie tej pracy badawczej była cała lądowa Arktyka powyżej 60° szerokości geograficznej północnej, w której naukowcy analizowali zarówno obserwacje historyczne z lat 1950–2022, jak i projekcje do końca XXI wieku.
Rys. a Szereg czasowy uśrednionej powierzchniowo anomalii HWMId (zielony) i średniej temperatury letniej (fioletowy) w Arktyce. Linie przerywane przedstawiają trendy liniowe w latach 1979–2022, z wartościami opisanymi. b Trendy HWMId w okresie 1979–2022. Obszary bez statystycznie istotnych zmian są zamaskowane (zaznaczone na biało). Anomalie w a są wyrażone w odniesieniu do okresu 1981–2010. Wartości oparte są na ERA5-Land. Źródło: Mika Rantanen et al./CC BY 4.0
Dane i instrumenty badawcze: ERA-5-Land, ARCLIM, CMIP6, tasmax
Podstawowym założeniem pracy była reanaliza atmosferyczna ERA5-Land opracowana przez Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Jest to jeden z najbardziej zaawansowanych współczesnych produktów klimatycznych, łączący obserwacje meteorologiczne z modelowaniem numerycznym atmosfery. ERA5-Land dostarcza danych o rozdzielczości 0,1° dla całego świata od 1950 roku i pozwala bardzo dokładnie śledzić zmiany temperatur maksymalnych nad lądami.
Autorzy korzystali również z arktycznego z Bioklimatycznego Atlasu Arktyki Lądowej ARCLIM, który bazuje na reanalizie ERA5-Land i zawiera gotowe wskaźniki ekstremów pogodowych dla regionów polarnych.
Drugim kluczowym narzędziem pracy były globalne modele klimatyczne – Faza 6 projektu porównania modeli sprzężonych (CMIP6 – Coupled Model Intercomparison Project Phase 6). W analizie wykorzystano 21 modeli i łącznie zrealizowano 43 symulacje. Dzięki temu autorzy mogli nie tylko odtworzyć historyczne zmiany klimatu, ale także przedstawić przyszłe prognozy fal upałów w Arktyce do 2099 r.
Modele pracowały w scenariuszu IPCC AR6 – SSP2-4.5. Ma on wartość umiarkowanego wzrostu emisji gazów cieplarnianych, którego celem jest częściowo zrealizowana polityka klimatyczna, ale bez gwałtownej globalnej dekarbonizacji.
Tak samo w tej analizie badawczej podstawową zmienną meteorologiczną była dobowa temperatura maksymalna powietrza przy powierzchni gruntu (tzw. „tasmax”), ponieważ to właśnie ona najlepiej opisuje warunki prowadzące do fal upałów.
HWMId (percentylowy rozkład statystyczny)
Tak samo w pracy wzięty był pod uwagę inny bardzo ważny wskaźnik pomiarowy, który z powodzeniem do tej pory od 11 lat jest stosowany przez wielu klimatologów atrybucyjnych.
Simone Russo z Wydziału Inżynierii Chemicznej, Materiałowej i Produkcji (DICMaPI) na Uniwersytecie Neapolitańskim im. Fryderyka II i jego zespół badawczy opracowali w 2015 r. tzw. codzienny wskaźnik wielkości fali upałów (HWMId – Heat Wave Magnitude Index daily (HWMId)), w celu stworzenia ujednoliconej metody oceny intensywności fal upałów, łączącej czas trwania i intensywność w jedną wartość liczbową.
HWMId jest bardziej zaawansowany niż proste liczenie dni gorących, ponieważ jednocześnie uwzględnia:
- intensywność fali upału,
- długość trwania fali upału,
- lokalną zmienność klimatyczną.
Fala upałów (HW – heatwave) definiowana jest jako co najmniej trzy kolejne dni, podczas których temperatura maksymalna przekracza 90. Percentyl. Jest to wartość pokazująca, jaki odsetek wcześniejszych pomiarów był niższy od danego wyniku lokalnego klimatu z okresu 1981–2010).
Autorzy w swoim badaniu wyróżnili trzy klasy fal upałów:
- silne (HWMId ≥ 3),
- ekstremalne (HWMId ≥ 6),
- bardzo ekstremalne (HWMId ≥ 9).
Najsilniejsze zjawiska odpowiadały epizodom występującym statystycznie raz na kilkadziesiąt lat.
W tej pracy fala upałów zaczyna się wtedy, gdy temperatura przekracza lokalny 90. percentyl, czyli poziom występujący statystycznie tylko podczas najgorętszych 10% dni dla danego miejsca i pory roku.
Dzięki temu fala upałów oznacza dane ekstremum (np. wzrost temperatury powietrza) względem normalnych warunków w danym regionie, a nie jedną uśrednioną wartość temperatury.
Wzór: (IQR = Q3 – Q1) – fragment rozkładu pe
Następnie dla każdego dnia badacze z Helsinek obliczyli jaka jest wielkość anomalii temperatury w okresie referencyjnym 1981-2010 względem lokalnego rozkładu statystycznego.
Dla każdego dnia podczas trwania morskich fal upałów obliczana była wielkość anomalii temperatury względem lokalnego rozkładu statystycznego. Wskaźnik jest dodatkowo normalizowany przy użyciu rozstępu międzykwartylowego (IQR), co umożliwia porównywanie regionów o bardzo różnej zmienności temperatur, takich jak Syberia, Grenlandia czy Archipelag Arktyczny Kanady.
Wskaźnik ten dodatkowo został normalizowany przy użyciu rozstępu międzykwartylowego (IQR – interquartile range). Jest to miara rozproszenia statystycznego, określająca różnicę między trzecim kwartylem Q3 a pierwszym kwartylem Q1.
Wzór IQR = Q3 – Q1 dokonuje pomiarów rozrzutu danych, przy czym ignoruje wartości skrajne (odstające), co czyni go bardziej stabilnym niż klasyczny rozstęp (max – min).
Jeśli (Q1, czyli 25, percentyl = 10) i (Q3, czyli 75 percentyl = 20), to (IQR w tym zakresie percentylowym wynosi 50% = 10)
Wynik ten w pełni reprezentuje zakres, w którym mieszczą się środkowe 50% uporządkowanych danych. Im wyższa wartość IQR, tym większe rozproszenie danych w środkowej części.
Wartości są uznawane za odstające, jeśli są mniejsze niż (Q1 – 1,5 x IQR) lub większe niż (Q3 + 1,5 x IQR).
Znaczenie percentylowego rozkładu empirycznego
To był lokalny rozkład statystyczny dobowych temperatur maksymalnych z okresu referencyjnego 1981–2010.
Autorzy podczas jego analizy nie zakładali idealnego rozkładu normalnego („krzywej dzwonowej”), lecz użyli percentylowego rozkładu empirycznego, czyli rzeczywistych obserwowanych temperatur dla danego miejsca i pory roku.
Z tego rozkładu wyznaczano m.in.:
- 90. percentyl (próg fali upałów),
- 75. percentyl,
oraz omówiony wyżej rozstęp międzykwartylowy (IQR), który jest szeroko stosowany do normalizacji HWMId.
Jeszcze raz krótko reasumując ten wątek statystyczny, percentyl to wartość pokazująca, jaki odsetek wcześniejszych pomiarów był niższy od danego wyniku.
Metodologia badań uzupełniona testem Manna-Kendalla i analizą regresji
Pod względem metodologicznym najważniejszą nowością w tej interesującej pracy było odejście od klasycznej analizy punktowej na rzecz analizy przestrzennej. Autorzy nie pytali wyłącznie o to, jak silne czy częste były fale upałów w danym miejscu, lecz także jak wielki obszar Arktyki został nimi objęty w jednakowym czasie.
Dla każdego roku obliczyli powierzchnię lądową Arktyki, na której występowały fale upałów które przekroczyły ustalone progi HWMId. Wynik ten stanowił dany procent całkowitej powierzchni lądowej Arktyki.
Następnie porównali dwa trzydziestoletnie okresy w latach 1950-1979 i 1993-2022. Pozwoliło to oszacować ocenę, jak bardzo współczesny klimat odbiega od warunków z drugiej połowy XX wieku.
Do analizy trendów wykorzystano nieparametryczny test Manna-Kendalla zaimplementowany w pakiecie pyMannKendall. Metoda ta ma szerokie stosowanie w klimatologii, ponieważ dobrze wykrywa trendy w danych (w tym temperatur) o dużej zmienności i nie wymaga w tym przypadku założenia rozkładu normalnego.
Autorzy przeprowadzili także analizę regresji między:
- średnią temperaturą lata (TJJA),
- długością fal upałów (HWL – heatwaves length),
- intensywnością fal upałów (HWI – heatwaves intensity),
- całkowitą wielkością HWMId.
Pozwoliło to określić, czy wzrost HWMId wynika bardziej z wyższych temperatur, czy z wydłużania się samych epizodów gorąca.
Analiza regresji jest to metoda statystyczna, która bada, jak jedna zmienna (np. temperatura lata) wpływa na inną (np. długość lub intensywność fali upałów).
Rys. Maksymalna wartość HWMId w pierwszym 30-letnim okresie szeregu czasowego ( a ) 1950–1979 i ostatnim 30-letnim okresie ( b ) 1993–2022. Oznaczono proporcjonalne rozmiary przestrzenne odpowiednio silnych, ekstremalnych i bardzo ekstremalnych fal upałów. Linia przerywana przedstawia koło podbiegunowe, 66,5°N. c Szeregi czasowe rozmiaru przestrzennego trzech różnych wskaźników wielkości fal upałów (silnych, ekstremalnych i bardzo ekstremalnych), wyrażonych jako procent całkowitej powierzchni lądowej Arktyki. d Tak samo jak c , ale wyrażony jako stosunek powierzchni lądu do okresu odniesienia 1950–1979. W tym przypadku stosunek 2 oznacza podwojenie dotkniętego obszaru w stosunku do okresu odniesienia. Grube linie w c i d pokazują 10-letnie średnie kroczące. Źródło: Mika Rantanen et al./CC BY 4.0
Najważniejsze wyniki badania
W porównaniu z okresem 1950–1979 powierzchnia Arktyki objęta silnymi falami upałów uległa podwojeniu, powierzchnia objęta falami ekstremalnymi wzrosła około trzykrotnie, a bardzo ekstremalnymi – około czterokrotnie.
W latach 1993–2022 niemal cała lądowa Arktyka doświadczyła przynajmniej jednej silnej fali upałów. Szczególnie szybkie zmiany zostały zaobserwowane w północnej części Grenlandii i na daleko wysuniętym ku Oceanowi Aktycznemu Archipelagu Arktycznym Kanady.
Autorzy fińscy pokazali, że na wyższych szerokościach geograficznych w Arktyce wzrost HWMId wynika głównie z wydłużania się fal upałów, a nie tylko wyłącznie z wyższych temperatur. W Archipelagu Kanadyjskim każdy dodatkowy stopień ocieplenia powodował znacznie większy przyrost długości fal upałów niż na Syberii.
Modele CMIP6 wyraźnie wskazują, że proces ten będzie się nasilał również w następnych dekadach XXI wieku. Pod koniec stulecia nawet około 75% lądowej Arktyki może regularnie doświadczać silnych fal upałów każdego roku, a ekstremalne fale upałów mogą już obejmować nawet połowę całego regionu. Co nie jest to dobrą wiadomością dla świata ludzi i przyrody.
Znaczenie klimatyczne i ekologiczne
Praca MIki Rantanena, Mattiego Kämäräinena, Miski Luoto i Juhy Aalto wniosła bardzo wiele w głębsze zrozumienia oddziaływania lądowych fal upałów w Arktyce. Pokazuje ona nowy wymiar arktycznych zmian klimatu. Tu już nie tylko wyłącznie chodzi o stopniowy wzrost średnich temperatur, ale o pojawianie się w ostatnich latach coraz częstszych ogromnych, zsynchronizowanych przestrzennie ekstremów cieplnych.
Niesie to z sobą bardzo poważne konsekwencje dla systemu klimatycznego Arktyki. A rozległe fale upałów mogą silniej przyspieszać rozmarzanie wieloletniej zmarzliny, co tylko jeszcze bardziej zwiększy emisje metanu i dwutlenku węgla do atmosfery. Takie szeroko rozprzestrzenione fale upałów sprzyjają również inicjacji coraz częstszych i intensywniejszych pożarów w tundrach i tajgach na półkuli północnej. A jak już wiadomo, stanowią one dodatkowe wzmocnione źródło emisji gazów cieplarnianych.
Autorzy zwrócili pilnie uwagę, że szczególnie istotną rolę może odgrywać tutaj przyspieszona redukcja koncentracji lodu morskiego. Od dawna też jest to udokumentowane naukowo, że, gdy letni lód morski silnie zanika, to coraz mniej energii cieplnej zużywane jest na jego topnienie, a za to coraz więcej jej trafia bezpośrednio do atmosfery i powierzchni lądów. W ten sposób powstaje dobrze poznane w nauce klimatologicznej, w tym glacjologii, dodatnie sprzężenie zwrotne, które tylko powoduje wzmacnianie się długotrwałych fal ciepła w oceanie i w atmosferze Arktyki.
Praca ma ogromne znaczenie metodologiczne. Pokazała, że przyszłe badania ekstremów klimatycznych powinny analizować nie tylko intensywność czy częstość pojedynczych zdarzeń, ale także ich skalę przestrzenną. To właśnie rozmiar geograficzny fal upałów może w dużym stopniu decydować o tym, jak silnie zaburzane będą ekosystemy Arktyki oraz globalny obieg węgla.
Referencje:
Armineh Barkhordarian, David M. Nielsen, Dirk Olonscheck & Johanna Baehr ; 2024 ; Arctic marine heatwaves forced by greenhouse gases and triggered by abrupt sea-ice melt ; Comunications Earth & Environment 5-57 ; https://www.nature.com/articles/s43247-024-01215-y
Mika Rantanen, Matti Kämäräinen, Miska Luoto & Juha Aalto ; 2024 ; Manifold increase in the spatial extent of heatwaves in the terrestrial Arctic ; Comunications Earth & Environment 5-570 ; https://www.nature.com/articles/s43247-024-01750-8
Simone Russo, Jana Silmann & Erich M. Fischer ; 2015 ; Top ten European heatwaves since 1950 and their occurrence in the coming decades ; Environmental Research Letters 10 124003 ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/10/12/124003