Jeszcze dwie, trzy dekady temu, gdy był mniejszy przyrost temperatury globalnej, w pasie szybciej płynącego polarnego prądu strumieniowego na średnich szerokościach geograficznych częściej kształtowały się duże niże przynoszące z sobą nie tylko obfite opady deszczu, ale i burze. Z kolei na tropikalnym Atlantyku, Pacyfiku i Oceanie indyjskim, dzięki nagrzewaniu się oceanów i wzrostowi głębokiej konwekcji równikowej w coraz cieplejszym świecie przybiorą na sile i na wielkości huragany, tajfuny i cyklony, tyle że będzie ich prawie tyle samo, a możliwe, że nawet mniej.
Hiroyouki Murakami z Uniwersyteckiej Korporacji Badań Atmosferycznych oraz z Laboratorium Geofizycznej Dynamiki Płynów (GFDL – Geophysical Fluid Dynamic Laboratory), Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration) w Princeton w New Jersey wraz ze swoim zespołem naukowym, przeanalizował rozkład przestrzenny cyklonów tropikalnych na Ziemi w latach 1980-2018 1.
Wcześniejsze badania cyklonów tropikalnych (TC – tropical cyclone) w większości mówiły o tym, że ich liczba albo będzie taka sama albo będzie się nawet zmniejszać wraz z dalszym wzrostem temperatury globalnej w atmosferze i w oceanach. Murakami i jego współpracownicy jednak dokonując symulacji komputerowych na modelach GFDL FLOR (w tym skorygowanej wersji FLOR-FA) i SPEAR, dowiedli, że istnieje wyraźny przestrzenny wzorzec w trendach, a mianowicie tendencje spadkowe TC w południowym Oceanie Indyjskim, zachodnim Północnym Pacyfiku, Morzu Koralowym u północno-wschodniego wybrzeża Australii i dalekowschodnim tropikalnym Północnym Pacyfiku.
W serwisie Carbon Brief Murakami stwierdził następujący fakt 2:
Gazy cieplarniane ogrzewają górną warstwę atmosfery i ocean w tych regionach. To łączy się, aby stworzyć bardziej stabilną atmosferę, z mniejszą szansą, że konwekcja prądów powietrznych pomoże w tworzeniu i rozprzestrzenianiu się cyklonów tropikalnych.
Jednak również są zaznaczone tendencje wzrostowe TC, między innymi na Morzu Arabskim, środkowym Pacyfiku, w tym na Hawajach, oraz na Północnym Atlantyku. A więc, regionalne wzorce przestrzenne cyklonów tropikalnych zasadniczo są odmienne od globalnego.
Naukowcy także stwierdzili, że w skali globalnej liczba roczna cyklonów tropikalnych od 1980 roku, czyli od początku badań satelitarnych, oscyluje wokół liczby 86.
Rys.1. Obserwowany trend liczby cyklonów tropikalnych rocznie w latach 1980-2018. Czerwony do żółtego wskazuje na wzrost liczby cyklonów rocznie, a fioletowy na zielony oznacza spadek. Źródło: (Hiroyouki Murakami i inni, 2020)
Również zespół naukowy Murakamiego zaobserwował, że naturalne zmienności miały niewielki wkład w rozkład przestrzenny TC. W tym przypadku raczej główną rolę odegrały, zarówno antropogeniczne wymuszenia w postaci gazów cieplarnianych i aerozoli, jak i naturalne wymuszenia w postaci erupcji wulkanicznych.
W każdym razie, obecni naukowcy zgadzają się z wcześniejszymi wynikami badań, że wewnętrzne zmienności klimatyczne, takie jak wewnątrzdekadowa oscylacja pacyficzna (IPO – Interdecadal Pacific Oscillation) oraz atlantycka zmienność wielodekadowa (AMV – Atlantic Multidecadal Variability) określana również atlantycką oscylacją wielodekadową (AMO – Atlantic Multidecadal Oscillation), mogą mieć znaczący wpływ na aktywność cyklonów tropikalnych w skali globalnej.
W tym drugim przypadku jednak są duże wątpliwości. Michael E. Mann, twórca AMO, uważa, że jako naturalna zmienność klimatyczna ona nie istnieje, a zjawisko jakie występuje na Atlantyku ma ścisły związek z naszym wymuszeniem antropogenicznym. Swoje uwagi opublikował w pracy w 2021 roku. Na ten temat powiemy więcej później w rozdziale o oscylacjach oceanicznych.
Naukowy zespół Murakamiego zaobserwował w swojej pracy, że w latach 1980-1997 była pozytywna faza IPO i negatywna faza AMV, które zmieniają znaki od 1997 roku do dziś. Ich zdaniem, zmiany te w fazie dekadowej w IPO i AMV około 1997 r. mogły być kolejnym potencjalnym czynnikiem odpowiedzialnym za obserwowany przestrzenny wzorzec trendów częstości występowania cyklonów tropikalnych (TCF – tropical cyclone frequency of occurence) w latach 1980-2018.
Omawiając rozkład przestrzenny cyklonów tropikalnych, Murakami w Carbon Brief powiedział:
Zidentyfikowaliśmy większość cyklonów tropikalnych na Północnym Atlantyku w ciągu ostatnich 40 lat, która jest spowodowana spadkiem antropogenicznych aerozoli w Północnym Atlantyku. Spadek zanieczyszczeń pyłowych spowodowany środkami kontrolnymi zwiększył ocieplenie oceanu, pozwalając na wchłonięcie większej ilości światła słonecznego przez ocean. To lokalne ocieplenie doprowadziło do wzrostu aktywności cyklonów tropikalnych.
—-
James P. Kossin i Kenneth R. Knapp z Krajowego Centrum Informacji o Środowisku w Madison, w Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA), Timothy L. Olander i Christopher S. Velden z Kooperacyjnego Instytutu Meteorologicznych Badań Satelitarnych na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, mając na względzie pomiary intensywności cyklonów tropikalnych (TC – tropical cyclone), wcześniejszy ujednolicony 28-letni zapis danych satelitarnych za okres 1982–2009 zastąpili dłuższym 39-letnim zapisem za okres 1979-2017 3.
Powodem powyższej korekty było to, że starszy zapis satelitarny, pomimo, że wykazywał rosnące globalne trendy intensywności TC, to jednak nie były one statystycznie istotne przy 95% poziomie ufności (Cl – confidence level). Natomiast, gdy naukowcy zastosowali nowy ujednolicony globalny zapis intensywności TC, trendy wzrostowe intensywności TC zaczęły być już statystycznie istotne przy 95% poziomu ufności (Cl).
W sumie dla badanego 39-letniego okresu zapisu satelitarnego, prawdopodobieństwo przekroczenia wzrostów intensywności TC wyniosło około 5% na dekadę, przy 95% poziomu ufności (CI), czyli w przedziale statystycznym od około 0,4 do 11% na dekadę.
Życie cyklonów tropikalnych (TC) w dużej mierze zależy od stopnia intensywności dzięki nagrzewaniu się wód powierzchniowych oceanu oraz atmosfery w oku cyklonu, a także od intensywności wiatrów powierzchniowych zależnych od stopnia nasilenia się barycznego układu niżowego.
W pierwszym przypadku termodynamiczny stan otoczenia jest paliwem napędowym do tworzenia się tzw. potencjalnej intensywności. Natomiast, w drugim przypadku pionowy uskok wiatru w otoczeniu może hamować rozwój tejże potencjalnej intensywności.
W sumie potencjalna intensywność wzrasta wraz z dalszym wzrostem temperatury globalnej i regionalnych, zarówno w oceanach, jak i w atmosferze. Naukowcy przewidują, że dalsze ocieplanie się klimatu spotęguje jeszcze większe zwiększanie się intensywności tropikalnych cyklonów, takich jak huragany, tajfuny i po prostu cyklony.
Oryginalna wersja zaawansowanej techniki Dvoraka opartej na algorytmie, statystycznym narzędziu opartym na regresji i analogach w celu oszacowania intensywności huraganów oraz prezentacji ich zapisu satelitarnego ADT-HURSAT (ADT – Advanced Dvorak Technique / HURSAT – Hurricane Satellite) obejmowała 28-letni okres 1982-2009. Jak już wcześniej zostało wspomniane, zespół Jamesa Kossina rozszerzył zakres tych badań w wydłużonym 39-letnim okresie 1979-2017.
Rys.2. Porównanie komplementarnych skumulowanych funkcji dystrybucji globalnych szacunków intensywności huraganu ADT-HURSAT między wczesną i drugą połową 39-letniego okresu 1979-2017 (James Kossin i inni, 2020).
Naukowcy przeprowadzili analizy trendów globalnych przy użyciu regresji kwantylowej na tych danych, które dostarczyły dwa kluczowe wyniki:
1) W większości kwantylów w rozkładzie intensywności stwierdzono pozytywne trendy
ale
2) trendy te nie wzrosły do poziomu ufności 95%
Technika Dvoraka posłużyła jako podstawowe narzędzie operacyjne do szacowania intensywności cyklonów tropikalnych w ciągu ponad 40 lat we wszystkich regionach świata narażonych na wystąpienie tych ekstremalnych zjawisk pogodowych.
W rozważanym badanym okresie 1979-2017 istnieje około 225 000 szacunków intensywności ADT-HURSAT w około 4000 pojedynczych TC na całym świecie.
Powyższy wykres przedstawia szanse wystąpienia cyklonów tropikalnych przekraczających 100 węzłów (kt) podczas „wczesnej” (niebieskiej) i „późnej” (czerwonej) części 39-letniego okresu badań. (Wczesny okres to lata 1979-1997, natomiast późny to lata 1998-2017.).
James Kossin w serwisie Carbon Brief wyjaśnił 4:
Nasza analiza wskazuje, że globalny trend wzrostu intensywności cyklonów tropikalnych osiągnął teraz punkt, w którym jest bardzo mało prawdopodobne, aby był losowy, nawet po rozwiązaniu znanych problemów z danymi historycznymi.
Autorzy powyższej pracy zbadali również, jak zmieniał się udział głównych cyklonów tropikalnych w różnych regionach, w tym na Północnym Atlantyku, wschodnim i zachodnim Północnym Pacyfiku, południowym Pacyfiku oraz północnym i południowym Oceanie Indyjskim.
Naukowcy obliczyli, że w regionie północnoatlantyckim prawdopodobieństwo wystąpienia poważnego huraganu wzrosło o 49% na dekadę, licząc od okresu opublikowania tejże pracy.
Innymi słowy, we wczesnym okresie 1979-1997 na Północnym Atlantyku znajdowało się 777 cyklonów tropikalnych. Spośród nich 136 zostało zakwalifikowanych jako główne (porównując niebieską linię na wykresie dla wszystkich cyklonów tropikalnych).
W późniejszym okresie 1998-2017 na Północnym Atlantyku występowały 1572 cyklony tropikalne. Spośród nich 529 zostało zakwalifikowanych jako główne. Odpowiada to wzrostowi liczby głównych cyklonów o 49% na dekadę (porównując czerwoną linię na wykresie dla wszystkich cyklonów tropikalnych).
—-
W dokonanej analizie oceny przeszłych zmian częstotliwości głównych huraganów atlantyckich w latach 1851-2019, główny autor pracy Gabriel A. Vecchi z Wydziału Nauk o Ziemi na Uniwersytecie w Princeton, wraz ze swoimi współpracownikami, doszedł do wniosku, że za zmniejszeniem częstotliwości tych naturalnych żywiołów na północnym Atlantyku w okresie 1950-80, odpowiadały, zakwestionowana w 2021 roku przez profesora Manna wielodekadowa oscylacja atlantycka (AMO – Atlantic Multidecadal Oscillation) oraz aerozole antropogenicznego pochodzenia pochodzące z uprzemysłowienia krajów europejskich, amerykańskich oraz Rosji i Japonii, które skutecznie zamaskowały wkład gazów cieplarnianych w ocieplenie klimatu 5.
Autorzy w swojej pracy napisali:
Homogeniczne satelitarne obserwacje intensywności cyklonów tropikalnych (TC – tropical cyclone) od wczesnych lat 80-tych pokazują wzrost udziału głównych huraganów (MH – major hurricane) w całości TC zarówno na północnym Atlantyku (NA – North Atlantic), jak i na całym świecie.
Na podstawie 2 wersji bazy danych dotyczących huraganów północnoatlantyckich (HURDAT2) zawierających zapisy aktywności huraganów na północnym Atlantyku w prawie 170-letnim zapisie aktywności huraganów, od 1851 do 2019 roku, naukowcy zastosowali zapis uderzeń huraganów w USA obejmujących burze, w przypadku których siła huraganu, czyli jego prędkość, wynosiła od 33 do 50 m/s .
Wiatry, które uderzyły w kontynentalne USA z Atlantyku lub Zatoki Meksykańskiej. A więc ten zapis obejmuje burze, dla których centrum nie przeszło na ląd.
Fot.32. Widok z lotu ptaka na Gulfport w stanie Mississippi, ukazujący powódź w następstwie huraganu Camille 1969. Źródło: Archiwum zdjęć historycznych Granger / Zdjęcie Alamy .
W sumie autorzy pracy zwrócili uwagę, że, w ciągu 40 lat, ilość huraganów głównych, w kategoriach Saffira-Simpsona: 3, 4, i 5, na północnym Atlantyku wzrosła wraz z dalszym ocieplaniem się klimatu w odpowiedzi na dalszy wzrost koncentracji dwutlenku węgla.
W erze antropogenicznej szczególny wpływ na wahania częstotliwości cyklonów tropikalnych (TC) ma obecność wielodekadowych zmian wynikających z występowania kombinacji wewnętrznej zmienności w systemie pogodowym i klimatycznym oraz reakcji na wymuszanie klimatu naturalnego i antropogenicznego.
W metodologii badań, naukowcy użyli zapisu dłuższych okresów czasu w zestawie danych HURDAT2.
- wcześniejszy okres przedsatelitarny 1851-1971 zamiast okresu 1878-1971
- późniejszy okres satelitarny 1972-2019 zamiast okresu 1972-2008
Do badań obserwacyjnych głównych huraganów (MH) w symulacjach komputerowych, zespół Gabriela Vecchiego zastosował tzw. model promienia wiatru HWIND 1998-2013 o promieniu 50 m/s , w podanym badanym okresie czasu (1998-2013), na podstawie wielu obserwacji dla jednego głównego huraganu (MH).
Profesor Gabriel A. Vecchi w serwisie Carbon Breef powiedział 6:
Jednym z czynników ograniczających ocenę zmian cyklonów tropikalnych jest to, że zapisy satelitarne są stosunkowo krótkie, co utrudnia identyfikację długoterminowych trendów wśród naturalnych wahań z roku lub dekady na następny.
Przed erą satelitów występowanie i intensywność huraganów były w dużej mierze rejestrowane w oparciu o bezpośrednie obserwacje huraganów przychodzących na ląd lub przechodzących w pobliżu lądu, czy też poprzez obserwacje ze statków na morzu napotykających huragany.
W sumie autorzy oszacowali liczbę burz, które mogłyby wystąpić i nie zostały wykryte w każdym roku wcześniejszej ery przedsatelitarnej. Następnie autorzy dostosowali istniejący zapis, aby odzwierciedlić te nieodkryte huragany.