Od co najmniej początku XXI wieku nie ma dosłownie roku żebyśmy nie mieli do czynienia chociaż z jedną falą upałów. Niestety rośnie nie tylko ich częstotliwość i długość dni oraz natężenie, ale i również wielkość.
Obecnie najbardziej zagrożonymi obszarami są Indie i Pakistan oraz Stany Zjednoczone i nierzadko Europa Zachodnia oraz Australia. I im dłużej będziemy zwlekać z jak najszybszą redukcją emisji gazów cieplarnianych, tym bardziej fale upałów będą dotkliwsze dla nas ludzi oraz dla ekosystemów, zarówno lądowych, jak i morskich.
Sarah E. Perkins-Kirkpatrick z Centrum Badań Zmian Klimatu na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney i S.C Lewis ze Szkoły Nauki Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Canberze, zaobserwowali, że globalnie trendy w częstotliwości fal upałów, ich czasu trwania oraz kumulacji ciepła od lat 50 XX wieku wyraźnie przyspieszyły. Również w skali regionalnej te trendy są zauważalne, także ze względu na wysokie zmienności klimatu. Z kolei trendy w średniej intensywności fal upałów są nieznaczne 1.
Naukowcy wzięli do badań okres 1950-2017 w celu wykrycia trendów zmian badanych parametrów.
W zestawach danych: HadGHCND z brytyjskiego Met Office i kalifornijskiego Berkeley Earth – Berkeley Earth, widać wyraźnie, że pod kątem badań regionalnych zmian klimatu, częstotliwość fal upałów wzrosła znacząco prawie we wszystkich regionach Ziemi. W żadnym nie stwierdzono spadku. Podobnie wzrasta skumulowana częstotliwość fal upałów.
Z kolei wspomniana średnia intensywność wykazuje niewielkie zmiany wzrostowe, natomiast przybywa dni z falami upałów oraz wydłużają się one.
—
Rys.1. Globalne mapy obserwowanych dekadowych trendów fal upałów (HadGHCND po lewej stronie i Berkeley Earth po prawej stronie) Trendy w sezonowych dniach fali upałów (a , b); długość najdłuższej fali upałów (c , d); średnia intensywność ciepła podczas upałów (e , f); skumulowana intensywność ciepła podczas upałów (g , h) dla quasi-globalnego zbioru danych obserwacyjnych HadGHCND w latach 1950-2011 (a , c , e , g) oraz globalnego zbioru danych obserwacyjnych Berkeley Earth w latach 1950-2014 (b , d , f , h). Trendy są wyrażone jako dni dekady -1 dla (a – d) i °C dekady -1 dla (e – h) (Sarah Perkins-Kirkpatrick i inni, 2020).
—
W modelu HadGHCND zastosowano quasi-globalną ocenę zmian fal upałów w okresie 1950-2011, gdyż zabrakło danych dla Ameryki Środkowej i Południowej, Bliskiego Wschodu, Indii, Indonezji, północnej Kanady i Grenlandii. Ponadto, ma on niezbyt dokładną rozdzielczość siatki przy 3,75° długości i 2,5° szerokości geograficznej.
Z kolei model Berkeley Earth zapewnia znacznie większe pokrycie przestrzenne przy znacznie lepszej rozdzielczości, wynoszącej 1° długości geograficznej na 1° szerokości geograficznej. Ten dokładniejszy pomiar oceny zmian fal upałów jest analizowany w okresie lat 1950-2014.
W badaniu powyższym zastosowano nową metrykę pod względem badań fal upałów. Główna autorka pracy w serwisie The Conversation wyjaśnia co oznacza termin skumulowany upał 2:
Załóżmy na przykład, że w konkretnej lokalizacji próg fali upałów wynosił około 30°C. „Dodatkowe ciepło” w dniu, w którym temperatury osiągają 35°C, wyniosłoby 5°C. Jeśli fala upałów trwała trzy dni, a wszystkie dni osiągnęły 35°C, to skumulowany upał dla tego wydarzenia wyniesie 15°C.
Skumulowane upały zazwyczaj mają miejsce wtedy, gdy sumuje się temperaturę powyżej tego progu we wszystkich dniach fali upałów.
W najgorszym sezonie upałów w Australii w całym kraju wystąpiło dodatkowe 80°C skumulowanych dni upalnych. Natomiast w Rosji i na Morzu Śródziemnym, najbardziej ekstremalne sezony miały dodatkowe 200°C lub więcej.
W serwisie Science Daily dr Sarah Perkins Kirkpatrick powiedziała 3:
Nie tylko widzieliśmy coraz dłuższe fale upałów na całym świecie w ciągu ostatnich 70 lat, ale trend ten znacznie przyspieszył…
…Skumulowane upały wykazują podobne przyspieszenie, wzrastając globalnie średnio o 1 — 4,5°C co dekadę, ale w niektórych miejscach, takich jak Bliski Wschód oraz części Afryki i Ameryki Południowej, trend wynosi do 10°C na dekadę.
Przykładowo, gdy weźmiemy pod uwagę regiony na naszej planecie, to:
W basenie Morza Śródziemnego został zaobserwowany dramatyczny wzrost fal upałów, którego pomiary wykonuje się na przestrzeni kilkudziesięciu lat. W latach 1950-2017 na Morzu Śródziemnym fale upałów zaznaczyły wzrost o dwa dni na dekadę. Jednak już trend liczony od 1980 do 2017 roku wyraźnie przyśpieszył do 6,4 dnia na dekadę.
Również tak jak basen Morza Śródziemnego, regiony w Ameryce Południowej, takie jak Amazonia, północno-wschodnia Brazylia czy też region Azji Zachodniej, doświadczają dość gwałtownych zmian fal upałów, podczas gdy obszary takie jak Australia Południowa i Azja Północna wprawdzie doświadczają tych samych zmian, ale w znacznie wolniejszym tempie.
—
Bradfield Lyon, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Maine i główny autor badania oraz jego współpracownicy: Anthony Barnston, główny prognostyk w Międzynarodowym Instytucie Badawczym Klimatu i Społeczeństwa Uniwersytetu Columbia; Ethan Coffel, adiunkt w Katedrze Geografii i Środowiska na Uniwersytecie w Syracuse oraz Radley M. Horton, profesor w Obserwatorium Ziemi Lamonta-Doherty’ego na Uniwersytecie Columbia, zwrócili uwagę, że obok intensywności i częstotliwości fali upałów poważnym problem staje się ich zasięg przestrzenny, co dotychczas w publikacjach naukowych raczej nie było omawiane 4.
W swojej pracy naukowcy obliczyli, że już do połowy wieku, w scenariuszu średniej emisji gazów cieplarnianych, średni rozmiar fal upałów może wzrosnąć aż o 50%. Natomiast przy wysokich stężeniach gazów cieplarnianych średni rozmiar tychże fal upałów może wzrosnąć nawet o 80%, a jeszcze bardziej ekstremalne fale upałów mogą zwiększyć swój zasięg nawet ponad dwukrotnie.
Profesor Bradfield Lyon, główny autor pracy, dla serwisu Science Daily powiedział 5:
Wraz ze wzrostem powierzchniowym, dotkniętych falami upałów regionów, coraz więcej osób będzie narażonych na stres cieplny.
Większe fale upałów zwiększyłyby również obciążenia elektryczne i szczytowe zapotrzebowanie na energię w sieci, ponieważ coraz więcej osób i firm włącza w odpowiedzi klimatyzację.
Naukowcy zauważyli też, że szczególnie trzeba poważnie wziąć pod uwagę zasięg przestrzenny sąsiadujących regionów jednocześnie doświadczających warunków fal upałów. W przyszłości regiony sąsiedzkie mogą się na siebie nakładać, co będzie skutkowało złączeniem się ich w jeden ogromny obszar, nad którym pojawi się długotrwała, uciążliwa fala upału, która wpłynie na koszty adaptacji ludzi i zwierząt do takich ekstremalnych warunków pogodowych.
W badaniu naukowcy odkryli, że rozmiary fali upałów i narażonej danej populacji objętej tym zjawiskiem pogodowym są mocno skorelowane z atrybutami fali upałów, takimi jak czas trwania, wielkość i stopniodni chłodzenia (miara zużycia energii), które mogą znacznie wzrosnąć.
Profesor Bradfield w tym samym serwisie podkreślił następującą uwagę:
Wzrost atrybutów, takich jak wielkość i czas trwania, jest zgodny z oczekiwaniami dotyczącymi ocieplenia klimatu. Nowością w naszym badaniu jest sposób, w jaki je obliczyliśmy, co pozwoliło nam uznać rozmiar za nowy wymiar fali upałów.
Poprzednie badania generalnie obliczały statystyki fal upałów na poziomie lokalnym – obliczając atrybuty, takie jak częstotliwość dla każdej lokalizacji lub punkt siatki, a następnie agregując wyniki, aby zobaczyć wzorce przestrzenne. W tym badaniu autorzy śledzili fale upałów i określili ilościowo ich atrybuty jako połączonych regionów, które poruszają się i zmieniają rozmiar i siłę w ciągu swojego życia.
Z kolei Anthony Barnston, współautor badania dodał jeszcze w Science Daily:
Jeśli mamy dużą, ciągłą falę upałów na gęsto zaludnionym obszarze, trudniej byłoby temu obszarowi zaspokoić szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną niż w przypadku kilku obszarów o mniejszych falach upałów, które po połączeniu mają ten sam rozmiar.
Te nowatorskie odkrycie przestrzennych rozległych fal upałów ma posłużyć w planowaniu strategicznym w zabezpieczeniu energetycznym, zdrowotnym, żywieniowym ludności oraz zwierząt przed możliwym powtórzeniem się ich w niedalekiej przyszłości.
—
Praca badawcza zespołu George’a Zittisa z Instytutu Cypryjskiego wyjaśnia wielomodelowy zespół projekcji klimatycznych zaprojektowany wyłącznie dla danego obszaru geograficznego 6.
Naukowcy scharakteryzowali przyszłe okresy ekstremalnie gorących dni za pomocą wskaźnika wielkości fal upałów.
—
Rys.2 Przewidywane zmiany temperatury maksymalnej. Krzywe gęstości prawdopodobieństwa dla symulowanej historycznej i przewidywanej w bliższym i dalszym czasie temperatury w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej (MENA): a) średniej w ciepłej porze roku b) maksymalnej w ciepłej porze roku (George Zittis i inni, 2021).
—
Główny autor pracy dla serwisu Science Daily powiedział 7:
Nasze wyniki dotyczące ścieżki biznesowej jak zwykle wskazują, że szczególnie w drugiej połowie tego stulecia pojawią się bezprecedensowe super i ultraekstremalne fale upałów.
Naukowcy ostrzegają, że przy kontynuacji scenariusza wysokich emisji, według scenariusza „biznes jak zwykle”, zdarzenia te będą miały coraz częstszy związek z nadmiernie wysokimi temperaturami dochodzącymi nawet do 56 stopni Celsjusza, a także znacznie wyższymi w warunkach miejskich i mogą one utrzymywać się przez wiele tygodni, potencjalnie zagrażając życiu ludzi i zwierząt. Np. Imprezy masowe w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej (MENA – Middle East and North Africa), takie jak Pielgrzymka Muzułmańska, inaczej Hadżdż, mogą być szczególnie narażone na ekstremalne upały. W drugiej połowie stulecia około połowa populacji tamtejszej, licząca około 600 milionów ludzi, może być narażona na takie powtarzające się co roku ekstremalne warunki pogodowe.
Dokonując analizy historycznych i przyszłych fal upałów, zespół Zittisa zbadał znaczenie statystyczne przewidywanego w przyszłości sygnału zmiany klimatu.
Konkretnie zbadano maksymalną dzienną temperaturę powietrza blisko powierzchni (TASMAX – Daily Maximum Near-Surface Air Temperature) w ciepłym sezonie, przy zastosowaniu testu t- studenta.
Naukowcy przewidują, że już w ciągu najbliższych kilku dekad (2021–2050) TASMAX będzie mieć statystycznie znacznie wyższe średnie (przy 95% przedziale ufności) dla większości obszarów.
Istnieje przekonująca zgodność między różnymi eksperymentami, ponieważ co najmniej 90% prognoz skoordynowanego regionalnego eksperymentu zmniejszania skali w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej (MENA-CORDEX – Middle East-North Africa-Coordinated Regional Downscaling Experiment) sugeruje znaczący wpływ zmiany klimatu. A pod koniec obecnego stulecia (2071–2100) dla prawie każdej części regionu, wyniki zbiorowe przedstawione przez naukowców wskazują na statystycznie istotne zmiany maksymalnej dobowej temperatury. Wyniki te zgadzają się z wcześniejszymi badaniami dla regionu.
Początkowe symulacje w modelu MENA-CORDEX, od 1981 roku do około 2020 roku, mają przebiegi średnio „normalne” i „umiarkowane” pod względem fal upałów. Modele te ukazują jednak coraz wyraźniej w najbliższej przyszłości, przechodzenie do zdarzeń „ciężkich”, „ekstremalnych” i „bardzo ekstremalnych” w latach 2050-2070. Przewiduje się, że w kolejnych dekadach i pod koniec XXI wieku warunki termiczne w regionie staną się szczególnie trudne, ponieważ nieobserwowane do tej pory, a tym samym bezprecedensowe „super-ekstremalne” i „ultra-ekstremalne” zdarzenia mają być powszechne w ramach reprezentatywnej ścieżki koncentracji RCP 8.5, czyli „biznes jak zwykle”.
Współautor artykułu, Jos Lelieveld, dyrektor Instytutu Chemii im. Maxa Plancka, dla Science Daily mówi:
Obywatele podatni na zagrożenia mogą nie mieć środków, aby przystosować się do tak trudnych warunków środowiskowych. Te fale upałów w połączeniu z regionalnymi czynnikami gospodarczymi, politycznymi, społecznymi i demograficznymi mają duży potencjał, aby spowodować masową, przymusową migrację do chłodniejszych regionów na północy.
Naukowcy apelują o natychmiastową redukcję gazów cieplarnianych i podejmowanie rozwiązań adaptacyjnych w ciężkich warunkach miejskich.
W ciągu najbliższych 50 lat prawie 90 procent narażonej populacji na fale upałów w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej (MENA) będzie mieszkać w ośrodkach miejskich, które niestety będą musiały radzić sobie z tymi destrukcyjnymi społecznie warunkami pogodowymi, jeśli ludzkość dalej będzie emitować gazy cieplarniane do atmosfery.
Zittis na podstawie analizy badawczej podsumowuje następujący fakt:
Istnieje pilna potrzeba uczynienia miast bardziej odpornymi na zmiany klimatu.
—
Referencje:
- Philip S. et al., 2021 ; Rapid attribution analysis of the extraordinary heatwave on the Pacific Coast of the US and Canada June 2021 ; Earth System Dynamics ; https://www.ecodebate.com.br/wp-content/uploads/2021/07/20210707-rapid-attribution-analysis-of-the-extraordinary-heatwave-on-the-pacific-coast-of-the-us-and-canada-june-2021.pdf
- Perkins-Kirkpatrick S. E. et al., 2020 ; Increasing trends in regional heatwaves ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-020-16970-7
- Perkins-Kirkpatrick S. E., 2020 ; The world endured 2 extra heatwave days per decade since 1950 – but the worst is yet to come ; The Conversation ; https://theconversation.com/the-world-endured-2-extra-heatwave-days-per-decade-since-1950-but-the-worst-is-yet-to-come-141983
- University of New South Wales, 2020 ; Heatwave trends accelerate worldwide ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200706114005.htm
- Bradfield L. et al., 2019 ; Projected increase in the spatial extent of contiguous US summer heat waves and associated attributes ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab4b41
- NOAA Headquarters, 2019 ; Heat waves could increase substantially in size by mid-century ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191007180051.htm
- Zittis G. et al., 2021 ; Business-as-usual will lead to super and ultra-extreme heatwaves in the Middle East and North Africa ; Nature Climate and Atmospheric Science ; https://www.nature.com/articles/s41612-021-00178-7
- Max Planck Institute for Chemistry, 2021 ; Extreme temperatures, heat stress and forced migration ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210324094656.htm