Zjawiska atmosferyczne kojarzą nam się z czymś negatywnym i niszczycielskim, ale nie wszystkie są takie. Na przykład specyficzne tropikalne wiatry zwane monsunami, mogą być też wręcz zbawienne dla wielu populacji ludzi, zwierząt oraz roślin.
Tak właśnie dzieje się z monsunami letnimi (Indyjskim i Atlantyckim), gdy wieją one z obszarów wysokiego ciśnienia nad oceanami (Indyjskim i Atlantyckim) ku obszarom niskiego ciśnienia nad kontynentami (Azji i Afryki). Zimą procesy zachodzą odwrotne. Monsuny zimowe wieją z obszarów wysokiego ciśnienia nad kontynentami w kierunku obszarów z niskim ciśnieniem nad oceanami.
W naszej cywilizacji ludzie mieszkający w regionach subtropikalnych w okresie letnim wręcz się mocno przyzwyczaili do nadchodzenia na czas pór deszczowych z monsunami. Jednak nie zawsze tak było w przeszłości, ale od co najmniej dwóch dekad, wzrost temperatury globalnej oraz regionalnych, wywierają coraz większy taki wpływ, że nadejście monsunów przesuwa się w czasie. Po prostu coraz bardziej opóźnia się ich nadejście. I takie opóźnienia albo nawet zanikanie monsunów będzie miało coraz bardziej ujemny wpływ na ekosystemy oraz gospodarkę wielu krajów, jak Indie, Pakistan czy też kraje Afryki Zachodniej. Często pojawiające się takie ekstrema, będą przyczyną nieurodzaju oraz głodu w subtropikalnych regionach Ziemi.
Już dekadę temu, naukowcy zaobserwowali, że monsuny będą słabnąć, a nawet wręcz zanikać.
—-
Chińscy badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley: Li-Chi Chiang z Wydziału Geografii i Yen-Lan Liu z Wydziału Geografii z Centrum Atmosferycznych Nauk, zaobserwowali w swoich wynikach badań, że pod wpływem coraz wyższej temperatury w atmosferze Ziemi, monsuny mogą osłabnąć na Oceanie Indyjskim u wybrzeży Indii i Bangladeszu oraz u wybrzeży zachodniej równikowej Afryki na Oceanie Atlantyckim, z powodu rosnących w nich temperatur 1.
Naukowcy skorelowali osłabnięcie monsunów od pierwszej dekady XXI wieku z jednoczesnym osłabnięciem pór deszczowych i nastaniem długotrwałych i uciążliwych susz już od lat 60 XX wieku w obszarach Sahelu w Afryce, Półwyspu Indyjskiego oraz Azji Południowej.
—-
Moetasim Ashfaq z Wydziału Nauk Obliczeniowych i Inżynierii w Narodowym Laboratorium Oak Ridge w USA, wraz ze swoimi współpracownikami, udowodnił, że dalsze emisje gazów cieplarnianych przyczynią się do znaczącego opóźniania nadejścia monsunów o 15-20 dni, a nawet w pewnych regionach o 30 dni 2.
Naukowcy do analiz badawczych wykorzystali zestaw prognoz regionalnego modelu klimatycznego (RCM – Regional Climate Model) w siedmiu regionalnych domenach skoordynowanego regionalnego eksperymentu zmniejszania skali (CORDEX – Coordinated Regional Downscaling Experiment), aby po raz pierwszy przedstawić globalny obraz zmian monsunowych na różnych poziomach wymuszania emisji gazów cieplarnianych (GHG – Greenhouse Gases).
Wszystkie symulacje regionalne przeprowadzili przy użyciu modelu RegCM4 w poziomym rozstawie siatki 25 km, z zastosowaniem wymuszeń na granicy bocznej i dolnej z trzech modeli ogólnej cyrkulacji (GCM – General Circulation Models), które są częścią piątej fazy projektu Coupled Model Inter-comparison Project (CMIP5).
Każda symulacja za pomocą regionalnego modelu RegCM4 obejmowała okres od 1970 do 2100 w ramach dwóch reprezentatywnych ścieżek koncentracji (RCP2.6 i RCP8.5), jeszcze według V Raportu Oceny IPCC.
Rys.1. W analizach wykorzystano różne domeny RegCM CORDEX. Kolorowy obszar lądowy w każdej domenie odzwierciedla region, który został użyty z każdej integracji RegCM dla działek przestrzennych. Ramki reprezentują obszary wykorzystywane do różnych analiz średnich strefowych (Moetasim Ashfaq i inni, 2020).
Naukowcy podkreślili w tej pracy, że regionalne symulacje klimatyczne precyzyjnie identyfikują cechy opadów i dynamiki atmosferycznej w regionach monsunowych w okresie historycznym.
Również badacze stwierdzili, że według scenariusza emisji GHG – RCP8.5, wydłużanie się opóźnień nadejścia monsunów występuje tak samo w każdym z badanych siedmiu regionów Ziemi (CORDEX). A według scenariusza emisji GHG – RCP2.6, te oddziaływanie jest znacznie mniejsze. I nawet to, że do 2100 roku można wielu szkodliwych wpływów uniknąć.
Wprawdzie badania wykazały także opóźnienie końca pory deszczowej podczas monsunów, ale i tak te oddziaływanie jest mniej szkodliwe niż opóźnienia z nadchodzeniem pór deszczowych z monsunami.
Autorzy powyższej pracy za pomocą symulacji swojego modelu regionalnego, odkryli także z niepokojem, że monsuny będą skracać się w czasie, a okresy bezdeszczowe bardziej wydłużać się, przynosząc z sobą uciążliwe susze w subtropikalnych regionach, co będzie w zupełności bardzo niekorzystne dla ludzi, zwierząt oraz roślin.
Takie zaburzenia monsunowe będą coraz silniej wpływać podczas dalszego wzrostu globalnej średniej temperatury powierzchni Ziemi oraz regionalnych i lokalnych. Ponadto, będą im towarzyszyć rozprzestrzenianie się chorób tropikalnych jak denga, malaria czy cholera, których ekspansja, na wyższe i relatywnie chłodniejsze szerokości geograficzne, będzie następować wraz z migracją gatunków zwierząt i roślin oraz ludzi. Ogólnie mówiąc, w subtropikalnych regionach, takie zaburzenia z nadejściem monsunów mogą żle wpływać pod względem fizjologicznym na ludzi i na inne istoty biologiczne.
Gdy świat się coraz bardziej ociepla, a monsuny coraz bardziej opóźniają swoją porę nadejścia, to wiele regionów rolniczych, które eksportuję ryż jak Indie czy Pakistan, czy też kakao do produkcji czekolady w przypadku krajów zachodniej Afryki, po prostu zacznie destabilizować się i nawet może to grozić załamaniem się ich tamtejszych rynków handlowych.
—-
Amulya Chevuturi z Narodowego Centrum Nauki o Atmosferze oraz z Wydziału Meteorologii na Uniwersytecie w Reading, w Wielkiej Brytanii, wraz ze swoim zespołem naukowym, dokonała szczegółowych badań przewidywania zbliżania się nadchodzenia pór monsunowych, tak by były skorelowane z plonami w gospodarstwach rolnych na całym świecie. Swoje odkrycie badacze przeanalizowali na przykładzie Indii, które są w dużym stopniu zależne od monsunów 3.
Naukowcy, na podstawie prognoz Europejskiego Centrum Średnich Prognoz Pogody (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), systemu sezonowego prognozowania 5 (SEAS 5 – seasonal forecasting system 5), odkryli w swoich badaniach dokładne namierzanie nadchodzenia monsunów, po to by rolnicy byli przygotowani w odpowiednim czasie na zbiory. To znaczy, według analiz badawczych tej pracy, farmerzy mają być dokładnie informowani o nadejściu, zarówno pory deszczowej, jak i suchej.
Doktor Amulya Chevuturi powiedziała dla Science Daily 4:
Monsun indyjski przynosi około 80% rocznych opadów deszczu w Indiach, więc nawet niewielkie różnice w czasie jego przybycia mogą mieć ogromny wpływ na rolnictwo. Dokładne przewidzenie tych zmian z roku na rok jest trudne, ale może stanowić różnicę między dobrobytem a ubóstwem dla wielu rodzin.
Dokładność prognozowania, którą zidentyfikowaliśmy w głównych regionach rolniczych Indii, zapewnia wyraźną możliwość, aby ten system pozytywnie wpłynął na życie ludzi. Miesięczne ostrzeżenie przed suszą lub potopem to cenny czas, aby zrozumieć prawdopodobny wpływ na dostępność wody, a rolnicy powinni przygotować środki zmniejszające zagrożenie dostaw żywności.
Lepsze prognozy ratują życie, a tego rodzaju dogłębna globalna analiza jest możliwa tylko wtedy, gdy najlepsi naukowcy i wiodące instytuty badawcze współpracują ze sobą dla dobra całej planety.
Przeprowadzając swoje badania, naukowcy przeanalizowali dzień 1 maja, w latach 1981-2016, po to by wykryć nadejście monsunów. I odkryli, że prognozy były dość dokładne dla procesów wielkoskalowych, dla takich parametrów jak temperatura i wiatry, które napędzają opady monsunowe w Indiach.
Ponadto poddana została ocena prognoz przeciwnych w odniesieniu do obserwacji opadów atmosferycznych w projekcie klimatologii globalnych opadów (GPCP – Global Precipitation Climatology Project) i reanalizie ECMWF 5 (ERA 5).
Badanie zespołu Chevuturi wykazało również, że system sezonowego prognozowania 5 (SEAS 5) był tylko skuteczny w przewidywaniu wczesnego lub późnego nadejścia letniego monsunu indyjskiego (ISM – Indian Summer Monsoon) dla ważnych regionów rolniczych wzdłuż równin rzeki Ganges oraz dla wschodnich i zachodnich wybrzeży Indii.
Jednak zostały zidentyfikowane także niedociągnięcia w powyżej opisanym systemie SEAS 5, które mogą mimo wszystko utorować drogę do ulepszeń modeli, potencjalnie zapewniając bardziej szczegółowe i dokładne sezonowe długoterminowe prognozy monsunowe.
Ponadto badanie wykazało, że prognozy miały tendencję, albo do przeszacowywania opadów, jak np. nad górzystymi Ghatami Zachodnimi i regionami Himalajów, albo do niedoszacowania opadów, jak np. na równinach rzeki Ganges na północy kraju i jej delty w Zatoce Bengalskiej.
W każdym razie prognozy były prawidłowe dla wzorca opadów monsunowych w Indiach, co czyni je przydatnymi do celów planowania.
Rys.2. Tryby zmienności opadów (w mm) od czerwca do września GPCP letniego monsunu indyjskiego (ISM) jako wzorce a) EOF1 i c) EOF2 w regionie Indii oraz szeregi czasowe składowej głównej (PC) związane z wiodącymi trybami EOF opadu ISM: z b) pierwszym (PC1) i d) z drugim (PC2) (Amula Chevuturi i inni, 2021).
Na wykresie powyżej jest ukazana ocena systemowych prognoz sezonowych SEAS 5 reprezentujących przewidywalne tryby zmienności letnich monsunów indyjskich (ISM). A także jest ukazane porównanie szeregów czasowych głównych składowych (PC) dla pierwszych dwóch trybów (PC1 i PC2) zmienności ISM między SEAS 5 i GPCP (rys.136.)
Głównymi metodami badawczymi były modele klimatyczne, za pomocą, których naukowcy z dużą dozą prawdopodobieństwa ocenili nadchodzenie w porę letnich monsunów indyjskich (ISM).
Model sprzężony z SEAS 5 zawiera model atmosfery Zintegrowanego Systemu Prognoz (IFS – Integrated Forecast System) w połączeniu z modelem powierzchni lądu HTESSEL oraz Jądra do europejskiego modelowania oceanu (NEMO – Nucleus for European Modelling of the Ocean; wersja 3.4.1).
Na temat obliczenia szeregów czasowych, naukowcy posłużyli się dwoma trybami empirycznej funkcji ortogonalnej (EOF – Empirical Orthogonal Function) w celu obliczenia miesięcznych średnich anomalii opadów deszczu. W swoim artykule napisali następująco:
Do obliczenia szeregów czasowych głównych składników (PC – Principal Component) używamy dwóch pierwszych wiodących trybów empirycznej funkcji ortogonalnej (EOF – Empirical Orthogonal Function) obliczonych dla miesięcznych średnich anomalii opadów deszczu GPCP w domenie południowoazjatyckiej (15° S-30° N, 60° E–120° E), jako EOF1 i EOF2 (ECMWF 2017 ).
Pierwszy wzór EOF (EOF1; rys.2a) przypomina wzorce opadów związane z letnimi wydarzeniami w La Niña, ze zwiększonymi opadami nad wschodnim równikowym Oceanem Indyjskim i południowo-wschodnią Azją oraz zmniejszonymi opadami nad północną Zatoką Bengalską i Azją Wschodnią.
Drugi wzór EOF (EOF2; rys.2c) ma zwiększone opady na subkontynencie indyjskim, otaczających oceanach i zachodnim równikowym Oceanie Indyjskim; co przypomina anomalie opadów obserwowane podczas pozytywnej fazy dipola Oceanu Indyjskiego.
Szeregi czasowe PC1 (rys.2b) i PC2 (rys.2d) są generowane przez przestrzenną regresję anomalii średnich opadów sezonowych każdego roku (SEAS 5 i GPCP) na odpowiednio wzorce EOF1 i EOF2. Porównanie szeregów czasowych SEAS 5 PC z obserwacjami reanalizy ERA 5 pokazuje umiarkowane, ale istotne korelacje między modelami i obserwowane dla dwóch pierwszych trybów zmienności międzyrocznej monsunów (rys.2 b, d).
Referencje:
- Liu Y. et al., 2012 ; Coordinated Abrupt Weakening of the Eurasian and North African Monsoons in the 1960s and Links to Extratropical North Atlantic Cooling ; Journal of Climate ; https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/25/10/jcli-d-11-00219.1.xml
- Ashfaq M. et al., 2021 ; Robust late twenty-first century shift in the regional monsoons in RegCM-CORDEX simulations ; Climate Dynamics ; https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-020-05306-2
- Chevuturi A. et al., 2021 ; Forecast skill of the Indian monsoon and its onset in the ECMWF seasonal forecasting system 5 (SEAS5) ; Climate Dynamics ; https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-020-05624-5
- University of Reading, 2021 ; Early Indian monsoon forecasts could benefit farmers ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210209083718.htm