Arktyka jest najszybciej ocieplającym się regionem na Ziemi. Ale jest coś co zdumiewa naukowców, gdyż od 2012 roku nie padł jeszcze rekord najmniejszego zasięgu lodu morskiego we wrześniu. Naukowcy przyjrzeli się temu, dlaczego tak się stało. Jakie były tego przyczyny.
Profesor Jennifer Francis z Centrum Badawczego Woods Hole [WHRC – Woods Hole Research Center] oraz doktor Bingyi Wu z Instytutu Atmosferycznych Nauk na Uniwersytecie w Fundan, zaobserwowali, że do tej pory, od 2012 roku, nie padł rekord najmniejszego zasięgu lodu morskiego w Arktyce, ponieważ główna przyczyna tego jest taka, że obszary polarne są przez większość roku bardziej zachmurzone. 1
Naukowcy zauważyli, że w miesiącach wiosennych i wczesnoletnich zasięg lodu zbliżał się często, a czasem przekraczał poprzednie rekordowo niskie wartości. Jednak w drugiej połowie prawie każdego lata od 2012 roku, trajektoria spadku tegoż zasięgu lodu gwałtownie ustawała, wówczas gdy tylko niespodziewanie nad środkową Arktyką pojawiał się silny układ niżowy wraz z równie silnym zachmurzeniem. A więc, obniżone ciśnienie powietrza atmosferycznego nad poziomem morza (SLP – Sea-Level Pressure) jest jedną z głównych przyczyn silnego spowolnienia topnienia lodu morskiego.
Od tego czasu nie było żadnych nowych rekordowych minimów zasięgu lodu morskiego w Arktyce, chociaż zimowe maksima były dość często rekordowe. Należy jednak zwrócić uwagę, że w tym samym czasie, poczynając od 2014 roku, gruby lód wieloletni jest stopniowo wypierany przez cienki, sezonowy lód (Richter-Menge i in. 2019).
Na wstępie opisanej swojej pracy naukowcy zastanawiali się:
Czy ten zmniejszony spadek zasięgu jest spowodowany dziwactwem naturalnej zmienności, czy też coś się zmieniło w systemie, który używał hamulców podczas cofania się lodu
—
Rys.1. Średni miesięczny zasięg lodu morskiego Arktyki (miliony km2) w 2020 r. (czerwona linia), 2007 r. (zielona linia) i 2012 r. (niebieska linia). Szara linia pokazuje średnią wartość z lat 1980-200 wraz z maksymalnym i minimalnym odchyleniem od średniej (Copernicus Marine Service).
—
I dalej napisali:
Miesięczna ewolucja pokrywy lodu morskiego wyraźnie obrazuje szybkie tempo utraty lodu każdej wiosny i lata od 2012 roku, wraz z nagłym spowolnieniem spadku zasięgu, który następował każdego sierpnia lub na początku września (z wyjątkiem okresu bliskiego rekordowi – lata 2020).
Kluczowym problemem, a właściwie szczęściem dla mieszkańców Ziemi, zwłaszcza Arktyki, jest częste powstawanie w sierpniu, w ciągu minionych dwóch dekad XXI wieku, ujemnego trendu niskiego ciśnienia nad poziomem morza (SLP). Ponadto nad Oceanem Arktycznym, przez tak długi okres czasu, kształtuje się prawie co roku zachmurzone niebo, które powoduje zmniejszenie dopływu promieniowania słonecznego w kierunku powierzchni lądowej i morskiej Arktyki. Jednocześnie słabiej się ona nagrzewa, co ma przełożenie na mniejsze wypromieniowanie promieniowania długofalowego do chmur i atmosfery i z powrotem ku powierzchni Arktyki.
Jednak co najbardziej zaskakujące – anomalnie niskie ciśnienie wywołuje silne warunki wietrzne, czyli wzrasta prędkość wiatru, które rozpychają lód. Ogólnie ujemne anomalie SLP dominowały nad Oceanem Arktycznym w drugiej dekadzie XXI wieku, od sierpnia do sierpnia. W tym samym czasie dodatnie anomalie miały miejsce na obszarach kontynentów na wysokich i średnich szerokościach geograficznych. Badacze napisali:
Przewiduje się, że ciśnienie powierzchniowe nad Arktyką będzie dalej spadać, ponieważ gazy cieplarniane nadal gromadzą się w atmosferze (Stephen J. Vavrus i inni, 2012 ; Torben Koenigk i inni, 2013), być może dostarczając dodatniego sprzężenia zwrotnego na temat tempa utraty lodu morskiego w ocieplającym się świecie.
W swoich badaniach Francis i Wu wykorzystali dane atmosferyczne na półkuli północnej, obejmujące okres 1979–2020, które zostały udostępnione z Narodowego Centrum dla Prognoz Środowiskowych/Narodowego Centrum Reanaliz Badań Atmosferycznych (NCEP – National Center for Environmental Prediction/NCAR – National Center for Atmospheric Research Reanalysis) (E. Kalnay i inni, 1996) (dostępnej pod adresem http://iridl.ldeo.columbia).
Ponadto, naukowcy obliczyli dobowe temperatury powietrza przy powierzchni (SAT – Surface AIr Temperature), ciśnienie nad poziomem morza (SLP) (w tym też średnie miesięczne), prędkość wiatrów przy ciśnieniu 300 hPa, stopień pokrywy chmur oraz wysokość geopotencjału. Uczeni również wykorzystali pola grubości ciśnienia 1000-500 hPa do przedstawienia średniej temperatury w troposferze od niskiej do średniej oraz zastosowali empiryczną analizę funkcji ortogonalnej (EOF – Empirical orthogonal function) w celu zidentyfikowania pierwszych dwóch dominujących wzorców i głównych składowych (PC – Principal Components) prezentujących wspomniane pola grubości ciśnienia latem w obszarze na północ od 30°N.
Wskaźnik Zachodniego Wiatru Arktyki (AWI – Arctic Westerly Index) został zdefiniowany jako ważony obszarowo, regionalnie uśredniony wiatr strefowy 300 hPa na północ od 70°N.
W badaniach regresji letnich anomalii grubości 1000–500 hPa, stosując wspomniane dwie główne składowe PC (w artykule rys.4, panel a), naukowcy zaobserwowali, że PC1 pokazała wartości dodatnie, głównie na arktycznych i wschodnich obszarach półkuli północnej (w artykule rys.4., panel b), gdzie wysokość geopotencjału w okresie letnim wyniosła 500 hPa. Natomiast PC2 pokazała jej wartości ujemne w środkowej Arktyce oraz silne dodatnie nad środkową szerokością geograficzną Azji Wschodniej, Skandynawią, północno-środkową Ameryką Północną i północno-zachodnim Oceanem Spokojnym (w artykule rys.4., panel c) (Jennifer Francis & Bingyi Wu, 2020).
Szereg czasowy PC1 (ciągła czerwona linia) wykazał znaczący (>99% pewności) dodatni trend (przerywana czerwona linia), zgodnie z antropogenicznym globalnym ociepleniem i odpowiadał za 30% zmienności. Z kolei szereg czasowy PC2 (ciągła niebieska linia) wykazał 10% wariancji (rys.4.a).
Okres niskich wartości dla PC2, wyróżniony niebieską przerywaną linią, pojawił się w latach 2007–2012, zbiegając się z szybką utratą lodu.
Przy przesunięciu letnich anomalii grubości 1000-500 hPa na dwie główne składowe PC (rys.4.b,c), widać, że dodatnie wartości wokół większości obszarów na półkuli północnej są związane z PC1, szczególnie nad Arktyką i wschodnimi odcinkami kontynentalnymi półkuli północnej, zgodnie z zaobserwowanymi dodatnimi trendami na wysokościach geopotencjalnych 500 hPa w okresie letnim nad całym terytorium.
—
Film: Nowy stan klimatu: arktyczny morski lód 2012 (Yale Climate Connections 2013)
—
Następnie Francis i Wu połączyli obliczenie SLP dla ostatnich sierpni z dodatnimi i ujemnymi wartościami PC2. I zaobserwowali, że gdy PC2 jest dodatnia, SLP nad Arktyką wykazuje wyraźną anomalię ujemną wraz z anomalią dodatnią nad północno-centralną Eurazją.
Naukowcy w swoim artykule dali do zrozumienia, że coraz wcześniejsza utrata pokrywy śnieżnej, zwiastująca szybsze zakończenie zimy, sprzyja powstawaniu na wysokich i średnich szerokościach w okresie wiosenno-letnim pasa letnich anomalii temperatury i ciśnienia. Czyli sprzyja ona tworzeniu się silnych, ciepłych i suchych wyżów, co też powoduje tworzenie się latem w zachodniej części Arktyki silnych wiatrów cyklonicznych, hamujących transport lodu z Arktyki przez Cieśninę Frama do Morza Grenlandzkiego i północnego Atlantyku. Powstające dzięki temu układy atmosferyczne, tzw. quasi-rezonasowe amplifikacje (QRA – Quasi-Resonant Amplification) (Michael Mann et al., 2018), dzięki spowalnianiu polarnego prądu strumieniowego, wzmacniają w atmosferze planetarne fale Rossby’ego oraz są główną przyczyną tego, że na średnich i wysokich szerokościach geograficznych półkuli północnej, w Azji, Europie i Ameryce Północnej, mają miejsce coraz częstsze ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak fale upałów, susze czy pożary oraz nawalne opady deszczu i powodzie.
Należy wziąć też to pod uwagę, że chociaż morska pokrywa lodowa w całej Arktyce nie zmniejszyła się tak znacząco (za wyjątkiem 2020 r., gdy padł drugi rekord w historii pomiarów wynoszący 3,74 mln km2) jak we wrześniu 2012 roku przy 3,41 mln km2, ale zawiera dziś mniej lodu wieloletniego i więcej rocznego niż w tamtym czasie.
Podsumowując temat, należy stwierdzić, że w wielu przeprowadzonych badaniach, dotyczących lodu arktycznego, naukowcy są zgodni, że w drugiej połowie lata częste zachmurzenie nieba nad Arktyką oraz silne wiatry cykloniczne wiejące w jej zachodniej części, sprzyjają zwiększeniu odbijania się promieni słonecznych z powrotem w przestrzeń kosmiczną, głównie od jasnych powierzchni chmur, ale i też od jasnych powierzchni lodu, który wówczas wolniej topnieje, gdy dociera mniej promieni słonecznych do tego regionu polarnego. Również w okresie letnim obecność częstych ośrodków niżowych, sprzyja dość częstym lokalnym opadom śniegu, choć w sezonie letnim, gdy panują bardzo wysokie temperatury w Arktyce, także opadom deszczu. Dzięki czemu topnienie lodu morskiego od 2012 roku nie jest tak szybkie jak chociażby w pierwszej dekadzie XXI wieku, gdy występowały na dłużej układy wyżowe, dawniej charakterystyczne dla Arktyki.
Jednak w obecnej dekadzie jeszcze wszystko może ulec zmianie. Częstość zdarzeń póżnoletnich jak w 2012 i 2020 r. może się w przyszłości zwiększyć bądź nie, tego nie wiemy. Ale klimat ziemski się ociepla i następne takie wydarzenie może być jeszcze bardziej dotkliwe, grożąc pojawieniem się tzw. “Blue Ocean Event” (zdarzenie błękitnego oceanu) w Arktyce. Czyli roku prawie bez lodu morskiego we wrześniu. Mniej niż 1 milion kilometrów kwadratowych.
Autorzy powyżej opisanej pracy naukowej napisali:
Nad Arktyką dipolowy wzorzec wysokiego ciśnienia w zachodniej Arktyce wraz z anomalnie niskim ciśnieniem nad środkową Syberią tworzy anomalny przepływ wiatru, który sprzyja silnemu wirowi Beauforta, eksportowi lodu do północnego Atlantyku i anomalnie ciepłym temperaturom powietrza nad Arktyką Ocean Arktyczny (rysunek S3), przyczyniając się do ogólnego zmniejszenia zasięgu lodu morskiego.
Właśnie to się wydarzyło w latach 2012 i 2020.
—
Referencje:
- Francis J. A. et al., 2020 ; Why has no new record-minimum Arctic sea-ice extent occurred since September 2012? ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abc047