Klimat Ziemi

Trzy kluczowe przyczyny zmniejszenia się ilości opadów i zmniejszania się odporności lasów

Las deszczowy Amazonii jest największym lasem deszczowym na świecie. W jego zasięgu jest dziewięć krajów Ameryki Południowej. Ma on powierzchnię dwa razy większą od Indii. Bogata i zróżnicowana gatunkowo tropikalna roślinność zawiera miliony gatunków roślin, owadów, ptaków i zwierząt.

Już badania przeprowadzone w 1979 roku wykazały, że Amazonia zatrzymuje nad swoim obszarem około połowy własnych opadów deszczowych.

—

Fot. Wilgotny las Amazonii

—

Prof. Richard Betts, kierownik ds. wpływu na klimat w Met Office Hadley Center i kierownik ds. wpływu na klimat na Uniwersytecie w Exeter, omówił trzy kluczowe przyczyny zmniejszenia się ilości opadów i zmniejszania się odporności lasów ¹.

Pierwszą z nich jest wpływ ocieplenia klimatu powoduje spadek opadów atmosferycznych ze względu na zmiany wzorców temperatury powierzchni morza (SST) w tropikalnym Atlantyku i Pacyfiku, jak wskazuje wiele modeli

Z kolei druga wskazuje wyższy poziom stężenia CO₂ w atmosferze Amazonii powoduje zmniejszenie ewapotranspiracji. Betts powiedział:

„Mikroskopijne pory w liściach roślin otwierają się mniej szeroko przy wyższym stężeniu CO₂. Tak więc rośliny tracą mniej wody, a mniejsza transpiracja oznacza mniej wody wracającej do atmosfery”.

Trzecią przyczyną jest masowe wylesianie Amazonii, gdzie utrata wilgotnej roślinności automatycznie redukuje napływ wilgoci do atmosfery nad Amazonią, co powoduje zmniejszanie się tworzenia chmur oraz opadów deszczu.

Badania satelitarne lasów Amazonii za pomocą VOD

Od 2003 r. do 2022 r. ¾ lasów deszczowych Amazonii straciło odporność

Bujnym lasom wilgotnym Amazonii grozi przejście w suchy sawannowy ekosystem. Kluczową kwestią jest to, jak szybko one odzyskają siły po każdej długotrwałej suszy.

Badania z 2022 r. wyraźnie wskazywały, że obszary peryferyjne Amazonii, bliżej siedzib ludzkich, gdzie są użytkowane grunty rolne i powstają drogi, są najbardziej narażone na przekształcenie.

Amazonia to ogromny rezerwuar węgla i zawiera w sobie 10% różnorodności biologicznej.

Jak czytamy w serwisie Carbon Brief – między sierpniem 2020 a lipcem 2021 utracono ponad 10 000 kilometrów kwadratowych lasów. Dużym problemem jest wysychanie wilgotnej atmosfery z powodu wylesień, co na dodatek nasila występowanie uciążliwej suszy oraz coraz tragiczniejszych pożarów ².

Delphine Clara Zemp, z Uniwersytetu w Getyndze na Wydziale Makroekologii I Biogeografii, w badaniach modelowych w 2017 roku, wraz ze swoim zespołem naukowców, zwróciła uwagę, że dalsze wylesianie powodujące wysuszanie atmosfery i gleb, w nadchodzącym stuleciu może się nasilić przy obecnym poziomie emisji ³.

—

 

Rys.1. Głębokość optyczna roślinności Amazonii w latach 2001-2016 i 1991-2016. a) zmiany w roślinności liściastej (BL – Broadleaf), b) zmiany głębokości optycznej roślinności (VOD)  Źródło: Boulton i in. (2022).

—

Badania z 2022 r., które współtworzyli naukowcy z Instytutu Globalnych Systemów na Uniwersytecie w Exeter: Chris A. Boulton, Timothy M. Lenton i Niklas Boers, w swoich badaniach wykorzystali pomiary satelitarne. W swoich metodach badawczych wykorzystali parametr głębokości optycznej roślinności (VOD – Vegetation Optical Depth) w ocenie, ile biomasy znajduje się w roślinach, co jest ściśle związane z zawartością wody ⁴.

Do powyżej opisanych badań były wykorzystane dane z satelitarnego spektroradiometru obrazowego o średniej rozdzielczości (MODIS – Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Dzięki temu, naukowcy podzielili las deszczowy Amazonii na komórki siatki, by zidentyfikować ilość zielonych obszarów (nietkniętych) w rosnącej liczbie brązowych (wykarczowanych). Ponadto obliczyli naturalną ewolucję badanego lasu, poddanego wpływom antropogenicznych zmian, w okresie 1991-2016.

Wyżej przedstawiona mapa pokazuje ogólną zmianę VOD, gdzie kolor czerwony oznacza spadek VOD (wskazujący na utratę biomasy), a niebieski wzrost VOD.

Ogółem badanie pokazuje spadek VOD. W szczególności w południowo-wschodnich częściach dorzecza Amazonki, wzdłuż części Amazonii i na niektórych obszarach północnych.

Krytyczne spowolnienie

Mimo wszystko dr Boulton nie ocenia aż tak tragicznie stanu Amazonii. Raczej używa określenia „krytycznego spowolnienia”, gdyż po każdej suszy ekosystem Amazonii w jakiś sposób na razie odbudowuje się, choć nie jest on taki stabilny, jak przed pojawieniem się dużej częstości i intensywności, tak ekstremalnych zjawisk pogodowych jak susze i pożary. Ale jednak zawiera jakąś odporność.

Dr Boulton porównał stan odporności Amazonii do stanu piłki toczącej się w misce, i tak powiedział dla Carbon Brief:

„Im szybciej piłka wraca na dno miski, tym bardziej stabilny lub „odporny” jest system, a utrata sprężystości Amazonii jest jak ścianki miski, które stają się „płytsze”, co powoduje, że piłka toczy się z powrotem do środka miski wolniej. Ten sposób oceny utraty odporności nazywany jest teorią „krytycznego spowolnienia.” ”

Z kolei prof. Lenton w tym samym serwisie wyraził swoją opinię w następujący sposób:

„Ta metoda obliczania odporności pozwoli naukowcom wychwycić ten sygnał bez konieczności pokazywania się jako masowa zmiana w biomasie lub pokrywie drzew w lesie”.

Analizując komórki siatki za pomocą MODIS, naukowcy wyciągnęli wnioski, że w XXI wieku aż 76% ich wykazało spadek odporności na obszarze Amazonii.

—

 

Rys.2. Porównanie północnoatlantyckich SST (na górze), odporności Amazonii (w środku) i wylesiania użytkowania gruntów przez ludzi (%) w Amazonii (na dole). Wysokie SST wskazują na suche warunki w Amazonii. Wysoka VOD AR(1) wskazuje na niską odporność Amazonii. A wysoki procent użytkowania gruntów przez ludzi wskazuje na duże wylesianie i fragmentację lasów. Źródło: Boulton i in. (2022).

—

Zmiany wzorców opadów a zmiany temperatury powierzchni morza (SST)

Badając zmiany wzorców opadów naukowcy skorelowali je ze zmianami w temperaturze powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) na tropikalnym Atlantyku i Pacyfiku.

Jak już wiadomo, gdy jest cieplejsze SST, to tropikalny pas deszczowy przesuwa się na północ. Jest to tak zwane przesunięcie Międzytropikalnej Strefy Konwergencji (ITCZ – Intertropical Convergence Zone). A to z kolei właśnie jest też przyczyną wysychania lasu deszczowego Amazonii.

Górny panel poniższego wykresu pokazuje SST, gdzie wyższe temperatury wyraźnie wskazują na bardziej suche warunki w Amazonii. Z kolei środkowy panel pokazuje odporność lasu, gdzie wyższe wartości wskazują na niższą odporność Amazonii. Natomiast dolny panel ukazuje użytkowanie gruntów przez ludzi w Amazonii w czasie, gdzie wyższe wartości wskazują na wyższy poziom wylesiania.

Boulton na konferencji prasowej powiedział, że jesteśmy coraz bliżej przekroczenia punktu krytycznego. Jednak obecne badanie nie wskazuje terminu, kiedy to się stanie. Ale, gdy spalanie paliw kopalnych oraz wylesianie, w tym Amazonii, będzie dalej postępować wraz z nasilaniem się susz i pożarów, to może to nastąpić szybciej niż myślimy. Amazonia wówczas może zmienić się w sawannę.

—

Bibliografia:

1. McSweeney R., 2020 ; Explainer: Nine ‘tipping points’ that could be triggered by climate change ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/explainer-nine-tipping-points-that-could-be-triggered-by-climate-change/
2. Tandon A., 2022 ; Declining ‘resilience’ pushing Amazon rainforest towards tipping point ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/declining-resilience-pushing-amazon-rainforest-towards-tipping-point/
3. Zemp D. C. et al., 2017 ; Deforestation effects on Amazon forest resilience ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL072955
4. Boulton C. A., et. Al., 2022 ; Pronounced loss of Amazon rainforest resilience since the early 2000s ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-022-01287-8

ENSO (El Niño / Southern Oscillation), czyli oscylacja południowa – to naprzemienne występowanie ciepłych, dodatnich faz El Niño, i chłodnych, ujemnych faz La Niña.

—

 

El Niño 1997

La Niña 1988

Rys.1. Anomalia temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) i anomalia opadów deszczu (Rainfall) dla El Niño w 1997 r. i dla La Niña w 1988 r.

—

Pierwszym naukowcem, który zdefiniował oscylację ENSO był brytyjski matematyk i meteorolog sir Gilbert Walker. Było to w 1926 roku. Również pierwszy odkrył oscylację północnoatlantycką oraz komórkę atmosferyczną na Pacyfiku i Oceanie Indyjskim nazwaną od jego nazwiska komórką cyrkulacyjną Walkera, odpowiedzialną za powstawanie monsunów w Indiach ¹.

Walker zauważył również, że, gdy ciśnienie na Oceanie Spokojnym staje się wysokie, to zazwyczaj robi się niskie na Oceanie Indyjskim, od Afryki po Australię. Warunki te są związane z niskimi temperaturami na obu tych obszarach.

W 1969 roku norweski meteorolog Jacob Bjerknes, jako pierwszy, zauważył, że atmosfera równikowa jest mocno z ENSO sprzężona, i to, że maksymalne temperatury morza we wschodnim i środkowym równikowym Pacyfiku powstają w wyniku anomalnego osłabienia pasatów na półkuli południowej z jednoczesnym osłabieniem upwellingu równikowego u wybrzeży zachodnich Ameryki Południowej ².

Bjerknes jako pierwszy też odkrył przeciwieństwo ciepłego El Niño, którym jest chłodna La Niña.

2011 rok z najsilniejszą La Niña był chłodniejszy od rekordowo ciepłego w XX wieku 1998 roku z drugim największym w historii pomiarów El Niño. To wtedy głębiny oceanów intensywnie się ociepliły.

—

Podczas El Nino pasaty na środkowym tropikalnym Pacyfiku, normalnie wiejące ze wschodu na zachód, od wybrzeży Ameryki Południowej ku wschodnim wybrzeżom Australii i Indonezji, słabną i odwracają kierunek z zachodu na wschód, ku wybrzeżom Ameryki Południowej. Ten atmosferyczno-oceaniczny proces powoduje nagrzewanie powierzchniowych warstw oceanu z jednoczesnym ochładzaniem głębin, co jest przyczyną wspomnianego zatrzymywania upwellingu, czyli wypływu chłodnych i bogatych w składniki odżywcze wód u zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej. Ogrzane wody tropikalnego środkowego i wschodniego Pacyfiku bardzo silnie parują, dzięki czemu atmosfera mocno się nagrzewa.

Podczas La Nina bardzo silnie wieją pasaty na tropikalnym Pacyfiku w kierunku od wybrzeży Ameryki Południowej ku Australii i Indonezji eksportując masy nagrzanego powietrza do oceanu i dalej w głębiny. Wzmaga się wtedy silnie upwelling, dzięki czemu tropikalny środkowy i wschodni Pacyfik słabiej paruje, a atmosfera słabiej się nagrzewa, a nawet wręcz ochładza.

Wprawdzie najsilniejsze w historii pomiarów El Niño było w latach 1982/1983, ale wtedy był jeszcze mniejszy przyrost temperatury globalnej niż we wspomnianych latach 1997/1998 czy też w latach 2015/2016. W tym ostatnim przypadku było ono jednym z najdłuższych i najsilniejszych, odkąd je się mierzy.

—

Rys.2. Warunki El Niño: ciepła woda i konwekcja atmosferyczna przesuwają się na wschód. W przypadku silnego El Niño głębsza termoklina u wybrzeży Ameryki Południowej oznacza, że ​​woda z upwellingu jest ciepła i uboga w składniki odżywcze.

—

Rys.3. Warunki La Niña: ciepła woda i konwekcja atmosferyczna przesuwają się na zachód. W silnym La Niñas głębsza termoklina u wybrzeży Australii oznacza, że ​​woda z upwellingu jest ciepła i uboga w składniki odżywcze.

—

El Niño

W coraz cieplejszym świecie ekstremalne zdarzenia El Niño będą coraz częstsze. Na ten temat już w ubiegłej dekadzie wypowiedzieli się naukowcy.

—

Rys.4. (u góry) Anomalie temperatury powierzchni morza uzyskane z satelity w grudniu 2004 r., kiedy występowało słabe zjawisko El Niño. Dodatnie anomalie temperatury powierzchni morza zostały ograniczone do środkowego Pacyfiku. (na dole) Anomalie temperatury powierzchni morza uzyskane z satelity w grudniu 1997 r., kiedy występowało silne zjawisko El Niño. Anomalie temperatury powierzchni morza są największe na wschodnim Pacyfiku, a dodatnie anomalie rozciągają się od środkowego Pacyfiku aż po wschodni Pacyfik. Zdjęcie klimatu NOAA wykorzystujące dane z  NOAAView

—

Praca zespołowa z 2014 roku, której głównym autorem jest Wenju Cai z Organizacji Badań Naukowych i Przemysłowych Wspólnoty Narodów (CSIRO – Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), Instytutu Badań Morskich i Atmosferycznych w Aspendale, w stanie Wiktoria w Australii, mówi o tym, że takie ekstremalne zdarzenia El Niño, jak w latach 1997/98 i 1982/83 ulegną wręcz podwojeniu w przyszłym coraz cieplejszym świecie z temperaturą 1,5 stopnia Celsjusza powyżej okresu bazowego 1850-1900 4.

Są to typowe zmienności klimatu, które już oddziałują na wymuszenia antropogenicznych gazów cieplarnianych. Charakteryzują się one wyraźnym rozszerzeniem na wschód ciepłego basenu zachodniego Pacyfiku i rozwojem konwekcji atmosferycznej. Dlatego też występuje ogromny wzrost opadów na zazwyczaj zimnym i suchym równikowym wschodnim Pacyfiku.

Tak ogromna przebudowa planetarnej konwekcji atmosferycznej, w postaci ekstremalnego El Niño, powoduje bardzo poważnie zakłócone globalne wzorce pogodowe, które oddziałują ujemnie zarówno na ekosystemy, jak i na naszą gospodarkę. Np. rolnictwo, rybołówstwo. Te ekstremalne oscylacje oceaniczne również powodują nasilenie się cyklonów tropikalnych, susz, pożarów buszu, powodzi i innych ekstremalnych zjawisk pogodowych na całym świecie.

Wenju Cai w serwisie Carbon Brief powiedział 5:

Te ruchy powodują masową reorganizację cyrkulacji atmosfery, prowadząc do ekstremalnych warunków klimatycznych i pogodowych na całym świecie. Na przykład powodzie w Ekwadorze, Peru i południowo-zachodniej Ameryce, ale susze w Indonezji i innych krajach zachodniego Pacyfiku.

—

Agus Santoso, z ARC Centrum Badań Zmian Klimatu na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney, Michael McPhaden, z Laboratorium Środowiska Morskiego Pacyfiku, oraz Wenju Cai, z Centrum Badań Oceanów Półkuli Południowej i CSIRO w dziale Oceany i Atmosfera, w pracy swojej stwierdzili, że chociaż El Niño 2015/2016 było najsilniejsze w XXI wieku, to i tak w historii badań było ono dopiero trzecie, po 1982/1983 i 1997/1998. Wystąpiło ono już w znacznie bardziej ocieplonym świecie, zaznaczonym wieloma ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi na miarę katastrof ekologicznych. ³

—

Rys.5. Średnia anomalii SST w okresie od 11 października 2015 r. do 7 listopada 2015 r. (Wikipedia).

—

Autorzy w swojej pracy napisali:

Chociaż El Niño 2015/2016 różni się w charakterystyczny sposób od wydarzeń z lat 1982/1983 i 1997/1998, nadal można je uznać za pierwsze ekstremalne El Niño XXI wieku. Jego skrajność można przypisać po części niezwykle ciepłym warunkom w 2014 r. i długotrwałemu ociepleniu tła. W efekcie badanie to dostarcza listę fizycznie znaczących wskaźników, które można łatwo obliczyć w celu identyfikacji i śledzenia ekstremalnych zdarzeń ENSO w obserwacjach i modelach klimatycznych.

Jak czytamy w powyższym artykule, 2014 rok był rokiem bez El Niño, ale już najcieplejszym wówczas w historii pomiarów. Wzmocnienie El Niño tylko jeszcze bardziej zwiększyło ocieplenie Ziemi w dalszych latach: 2015 i 2016 (nadal rekordowym).

Niniejszy artykuł przeglądowy omawia obecny pogląd na ENSO i jego skrajności w świetle charakterystyki El Niño 2015/2016, poprzez analizę różnych obserwowanych zmiennych, które charakteryzują procesy ENSO.

Naukowcy ocenili ekstremalne wydarzenia El Niño i La Niña, a następnie sporządzili listę fizycznych indeksów, najbardziej ekstremalnych cech ENSO, w celu ich obliczenia.

Takie wskaźniki mogą być przydatne nie tylko dla społeczności naukowej i agencji prognozowania klimatu, ale także dla branż, takich jak ubezpieczenia (np. Khalil i in., 2007) i rolnictwo (np. Fraisse i in., 2008 ; Iizumi i in. , 2014), które rozważały już wdrożenie niektórych wskaźników w celu opracowania strategii zarządzania ryzykiem.

—

La Niña

La Niña z kolei jest wzmocnieniem neutralnej fazy i często przynosi z sobą znacznie silniejsze pasaty wiejące ze wschodniego Pacyfiku na zachodni oraz nadmierne opady deszczu i powodzie w Australii i w archipelagu indonezyjskim, przynosząc z sobą również straty ekonomiczne, zarówno w ekosystemach, jak i w infrastrukturze miast i wsi.

Wenju Cai za pomocą symulacji modelu CMIP5 oszacował, że nastąpił przyrost ekstremalnych zdarzeń La Niña z jednego na 23 lata do jednego na 13 lat. A dzieje się tak dlatego, ponieważ przewidywane jest szybsze średnie ocieplenie kontynentu morskiego niż środkowego Pacyfiku. Następnie przewidywane są zwiększone pionowe gradienty temperatury w górnej części oceanu i zwiększona częstotliwość ekstremalnych zjawisk El Niño sprzyjają rozwojowi ekstremalnych zdarzeń La Niña ⁹.

—

Rys.6. Ilustracja ekstremalnych warunków La Niña. a, Warunki średniej temperatury powierzchni morza podczas zimy borealnej (grudzień-luty) z 50 lat obserwacji. Zabarwienie wskazuje temperaturę powierzchni morza w krokach co 1 °C. Wiatry powierzchniowe (strzałka) wieją ze wschodu na zachód, powodując przemieszczanie wód powierzchniowych na zachód, podczas gdy zimniejsze wody z głębokich oceanów zbliżają się do powierzchni we wschodnim równikowym Pacyfiku. Temperatury wzdłuż równika rosną od około 24°C na wschodzie do około 29°C w zachodniej części basenu. Czarny kontur obejmuje wody cieplejsze niż 28 ° C, obszar, w którym głównie występuje głęboka konwekcja i opady tropikalne. b, Borealne zimowe ekstremalne warunki La Niña. Nasilają się powierzchniowe wiatry wschodnie, wody cieplejsze niż 28°C cofają się na zachód wzdłuż równika, powodując przesunięcie głębokiej konwekcji i opadów w kierunku kontynentu morskiego (jak wskazano w ramce po lewej). Centralny Pacyfik równikowy (ramka po prawej) staje się chłodniejszy, a gradient temperatury między Kontynentem Morskim a środkowym Pacyfikiem Równikowym jest zwiększony. Przewiduje się, że ten gradient temperatury wzmocni się średnio wraz ze zmianami klimatycznymi, ze względu na stosunkowo większe ocieplenie kontynentu morskiego w stosunku do środkowego Pacyfiku, tworząc sprzyjające warunki do rozwoju ekstremalnych zjawisk La Niña (Źródło: Antonietta Capotondi).

—

Naukowcy piszą, że w latach 1998–1999 ekstremalne wydarzenie La Niña, które nastąpiło po ekstremalnym El Niño w latach 1997–1998, wpłynęło na zamianę ekstremalnych susz wywołanych przez El Niño w niszczycielskie powodzie w krajach zachodniego Pacyfiku i w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Co też miało taki wpływ, że podczas ekstremalnych wydarzeń La Niña na środkowym Pacyfiku zaczęły rozwijać się zimne warunki powierzchniowe, dzięki którym zaczął powstawać zwiększony gradient temperatury od strony kontynentu morskiego w kierunku środkowego Pacyfiku.

Na podstawie modeli CMIP5, naukowcy przedstawili dowody podczas modelowania klimatu i ekstrapolacji w przyszłość, że zwiększona częstotliwość takich ekstremalnych wydarzeń La Niña będzie miała miejsce w coraz cieplejszym świecie.

W sumie jednak przyszłość oscylacji La Niña jest jednak trudna do dokładniejszej analizy. Nie można też tego wykluczyć, że będą nasilone. Tego do końca tak dokładnie jeszcze nie wiemy.

—

Referencje:

1. Walker G. et al., 1925 ; Correlation in seasonal variations of weather, IX. A further study of world weather ; Monthly Weather Review, Volume 53: Issue 6 ; https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/53/6/1520-0493_1925_53_252_cisvow_2_0_co_2.xml
2. Bjerknes J., 1969 ; Atmospheric teleconnections from the equatorial Pacific ; Monthly Weather Review, Volume 97: Issue 3 ; https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/97/3/1520-0493_1969_097_0163_atftep_2_3_co_2.xml
3. Cai W. et al., 2014 ; Increasing frequency of extreme El Niño events due to greenhouse Warming ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/nclimate2100
4. Santoso A. et al., 2017 ; The Defining Characteristics of ENSO Extremes and the Strong 2015/2016 El Niño ; Reviews of Geophysics ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017RG000560
5. Cai W. et al., 2015 ; Increased frequency of extreme La Niña events under greenhouse Warming ; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/publication/273287307_Increased_frequency_of_extreme_La_Nina_events_under_greenhouse_warming

Nie wszystkie wody pochodzące z Golfsztromu podlegają systemowi zatapiania się. Część z nich płynie dalej wzdłuż Prądu Północnoatlantyckiego w kierunku cieśnin Frama, Daviesa i Morza Norweskiego do wód arktycznych. I wraz z postępującym ociepleniem klimatu, wędrówce wód atlantyckich do wód polarnych towarzyszą też coraz częstsze migracje ryb, ptaków, waleni i innych gatunków atlantyckich w rejony subarktyczne. Jest to tak zwany proces atlantyfikacji mórz subarktycznych polegający na wypieraniu gatunków arktycznych przez atlantyckie.

—

Rys.1. Położenie Morza Barentsa na Oceanie Arktycznym.(Wikipedia)

—

Atlantyfikacja, termin po raz pierwszy użyty w 2017 roku przez rosyjskiego klimatologa i oceanografa Igora Polyakova pracującego w Międzynarodowym Centrum Badań Arktycznych i na Uniwersytecie Alaski w Fairbanks na wydziale Naturalnych Nauk i Matematyki. ¹

Zdaniem naukowców, Wschodni Basen Eurazjatycki Oceanu Arktycznego znajduje się na południe od strony Bieguna Północnego i na północ od Atlantyku. Jednak w miarę ocieplania się klimatu staje się on coraz bardziej podobny do swojego większego sąsiada z północy.

W swoich wynikach pracy badacze zaobserwowali, że region ten wyraźnie ewoluuje w kierunku stanu osłabienia naturalnej stratyfikacji w rejonie polarnym. Zwiększa się przez to mieszanie pionowe, które powoduje uwalnianie ciepła oceanicznego przyczyniającego się do redukcji ilości lodu morskiego. Zmiany te mogą mieć znaczny wpływ na inne geofizyczne i biogeochemiczne aspekty systemu Oceanu Arktycznego i mogą zapowiadać całkowicie nowy stan klimatu Arktyki.

Igor Polyakov i jego współpracownicy w swojej pracy napisali:

Atlantyfikacja jest to proces, w którym topnienie lodu latem wprawdzie wysładza powierzchniowe wody. Ale ocieplenie klimatu sprawia, że jest go coraz mniej. Kurczy się jego zasięg i traci na grubości. Tak się dzieje w eurazjatyckiej Subarktyce na Morzu Barentsa. Haloklina, warstwa przejściowa wód pod względem gęstości i zasolenia, staje się tam coraz mniej stabilna i nie zapobiega już tak mieszaniu, co sprzyja temu, że przy mniejszej zawartości lodu łatwiej wody atlantyckie mieszają się z arktycznymi. Na dodatek często bardzo silne wiatry spychają skutecznie z Atlantyku te masy ciepłych nagrzanych wód do Arktyki.

—-

Kolejna podobna interesująca na ten temat praca naukowa została przedstawiona przez badaczy norweskich: Sigrid Lind i Randi B. Ingvaldsen z Instytutu Badań Morskich w Tromsø oraz Tore’go Furevika z Instytutu Geofizycznego na Uniwersytecie w Bergen w Centrum Badań Klimatu w Bjerknes. ²

W pracy norweskich naukowców zostało potwierdzone co Polyakov rok wcześniej odkrył. Na podstawie kompilacji obserwacji hydrograficznych w Morzu Barentsa, w badanym okresie 1970-2016, naukowcy zaobserwowali nie tylko nasilający się napływ ciepłych i zasolonych wód atlantyckich do chłodnych i mniej zasolonych polarnych włącznie z ich coraz bardziej ułatwionym mieszaniem się pionowym, ale i również też osłabiony transport lodu z Oceanu Arktycznego. I ma to właśnie ujemne skutki dla dalszej egzystencji gatunków polarnych związanych zarówno z mniej słonymi wodami polarnymi, jak i z obecnością słodkiego lodu morskiego jako habitatu dla ssaków i ptaków morskich żyjących na co dzień w klimacie polarnym.

—

Film: Czym jest atlantyfikacja? Jak atlantyfikacja w Oceanie arktycznym tworzy ocieplenie i zasolenie.

—

W ostatnich latach pojawiło się coraz więcej dowodów rosnącego wpływu ciepła związanego z napływającą wodą Atlantyku na topnienie lodu morskiego od dołu i zapobieganie jego odrastaniu w zimie.

Tom Ripppeth z Uniwersytetu w Bangor stwierdził, że w 2005 r. ogólnie zaobserwowano ocieplenie wód atlantyckich napływających do Morza Barentsa. Spowodowały one cofanie się w jego południowej części lodu morskiego na północ do 76 stopnia szerokości geograficznej. ³

W ostatnich latach obserwuje się osłabienie stratyfikacji halokliny. We wschodniej części Morza, w kierunku Morza Łaptiewów, coroczne badania naukowe zespołu NABOS pod kierownictwem Igora Polyakowa, za pomocą  instrumentu oceanograficznego używanego do pomiaru przewodności elektrycznej, temperatury i ciśnienia wody morskiej (CTD), wskazały, że w ciągu ostatnich lat następuje ocieplenie i ruch wód atlantyckich na płyciznach połączony z mieszaniem wód arktycznych oraz osłabieniem stratyfikacji halokliny w ciągu ostatnich lat.

—

Rys.2. Mapa Oceanu Arktycznego przedstawiająca lokalizacje, o których mowa w tekście, wraz z wody atlantyckiej (czerwone strzałki), która dostaje się do Oceanu Arktycznego przez Cieśninę Fram i Morze Barentsa; zmiana koloru z czerwonego na niebieski wskazuje transformację wody atlantyckiej, ponieważ jest ona schładzana i wysładzana, jak opływa Ocean Arktyczny. Zwiększające się szerokości strzałki wskazują na porywanie wody arktycznej. Chłodniejsza, słodsza woda Pacyfiku (fioletowa strzałka) wpływa przez znacznie płytszą Cieśninę Beringa (Z Lenn, 2009).

—

1 września 2018 r. został pobrany profil CTD, około 40 km na zachód od rejonu badanego przez Nansena w 1895 r. Pokazał on temperaturę większą niż 1,5 °C na mniejszej głębokości niż ponad 120 lat temu.

Oceaniczny przepływ ciepła w górę, w związku z napływem znacznie cieplejszych wód atlantyckich, wzrósł od 3-4 W-m2 w latach 2007-2008 do ponad 10 W-m2 w latach 2016-2018. Co przyczyniło się do zmniejszenia lodu w badanym obszarze aż o 50 proc.

Ponadto boje cumownicze dokonały pomiaru w górnych 50 m słupa wody, które wskazały zwiększenie prędkości wiatrów oraz zwiększenie związanego z nimi ścinania. Stwierdzono zwiększenie sprzężenia między lodem, wiatrem a górnym oceanem.

Jednoczesne oddziaływanie górnych prądów oceanicznych oraz osłabienie stratyfikacji halokliny stało się przyczyną turbulentnego mieszania (wentylacji oceanicznej, charakterystycznej dla słonego i cieplejszego Atlantyku), które umożliwiło coraz łatwiejszy dopływ wód atlantyckich do powierzchni morza i przyspieszania topnienia lodu morskiego w badanym obszarze. Już niewielkie zaburzenia w przepływach ciepła mogą wyhamować tworzenie się lodu morskiego. Zauważalne jest w szczególności w części zachodniej badanego obszaru.

—

Rys.3. Profil temperatury wody morskiej podany przez Nansena (1897). Został on wykonany w ciągu 4 dni w dniach 13-17 sierpnia 1894 r. na 81°5′ N, 127°28′ E przez lód morski o grubości 3,17 m. Powierzchniowa warstwa mieszana pod lodem jest biała. Obszar słupa wody zajmowany przez haloklinę, w której zasolenie wzrasta wraz z głębokością, jest pokazany w kolorze wodnym, a obszar zajmowany przez cieplejsze i bardziej zasolone wody Atlantyku zaznaczono kolorem różowym.

—

Rys.4. Profil temperatury wykonany we wrześniu 2018 r., około 40 km na zachód od tego podanego przez Nansena, pokazany obok na jasnoniebiesko. Należy zauważyć, że w 2018 r. wodę atlantycką znaleziono na mniejszej głębokości, poniżej cieńszej warstwy halokliny, a jej maksymalna temperatura wzrosła z 0,4 °C do >1,5 °C.

—

Dokładne śledzenie kierunków pływów i wiatrów na Morzu Barentsa pomoże naukowcom w identyfikacji miejsc, w których wody intensywnie mieszają się. To oznaczałoby, że właśnie tam wody atlantyckie mieszają się z arktycznymi, hamując formowanie się lodu.

Tom Rippeth napisał w swojej pracy:

W ciągu ostatniej dekady zaobserwowano rosnący wpływ ciepła eksportowanego z Oceanu Atlantyckiego do Oceanu Arktycznego. W obrębie wschodniej Arktyki zwiększone topnienie wywołało nowy mechanizm sprzężenia zwrotnego, w którym zmniejszający się zasięg lodu morskiego pozwala na zwiększone sprzężenie między atmosferą a oceanem, co z kolei skutkuje większą ilością stosunkowo ciepłej wody atlantyckiej w kierunku powierzchni, zmniejszając zasięg lodu morskiego.

Pojawienie się w takich miejscach wód atlantyckich radykalnie zmienia słup wody. Gdy dochodzi do takich zdarzeń, można je uważać za poważny punkt krytyczny w systemie klimatycznym Ziemi.

—

Referencje:

1. Polyakov I. V. et al., 2017 ; Greater role for Atlantic inflows on sea-ice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean ; Science ; https://www.science.org/doi/10.1126/science.aai8204
2. Lind S. et al., 2018 ; Arctic warming hotspot in the northern Barents Sea linked to declining sea-ice import ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-018-0205-y?WT.feed_name=subjects_climate-change
3. Rippeth Tom, 2022 ; Atlantification of the Arctic Ocean ; Prifysgol Bangor University ; https://research.bangor.ac.uk/portal/files/49470393/OC_Atlantification_final.pdf

W pierwszych latach XXI wieku naukowcy zaobserwowali, że na północnym Atlantyku został zaburzony mechanizm zatapiania słonych wód – tzw. Północnoatlantyckie Wody Głębinowe (NADW – North Atlantic Deep Water). Badania obserwacyjne oraz symulacje modeli klimatycznych pokazują, że Prąd Zatokowy coraz bardziej zwalnia.

Badania brytyjskich naukowców Harry’ego L. Brydena, Hannah R. Longworth i Stewarta A. Cunninghama z Narodowego Centrum Oceanografii w Southampton w Wielkiej Brytanii, że przepływ Prądu Zatokowego, w badanym okresie czasu 1957-2017, zmniejszył się już o 30% ¹.

Naukowcy poddali badaniu odcinek transatlantycki wzdłuż szerokości geograficznej 25°N w celu podstawowego oszacowania cyrkulacji wymiennej i związanego z nią transportu ciepła. Następnie porównali go z czterema poprzednimi odcinkami wykonanymi w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat.

Autorzy na wstępie swojej pracy piszą:

Atlantycka Południkowa Cyrkulacja Wymienna (AMOC – Atlantic Meridional Overturning Circulation) przenosi ciepłe wody górne na dalekie północne szerokości geograficzne i zawraca zimne, głębokie wody na południe przez równik. Jej transport ciepła w znacznym stopniu przyczynia się do umiarkowanego klimatu morskiej i kontynentalnej Europy, a jakiekolwiek spowolnienie cyrkulacji zwrotnej miałoby poważne konsekwencje dla zmian klimatycznych.

—-

Stefan Rahmstorf z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu, min. z Michaelem Mannem z Wydziału Meteorologii w Penn State i Jasonem Boxem ze Służby Geologicznej Danii i Grenlandii (GEUS – Geologic Survey of Denmark and Greenland) w Kopenhadze, zauważyli, że gdy jest mowa o słabnięciu AMOC, to zwalnia Prąd Zatokowy (Golfsztrom), który jest w pętli tej cyrkulacji oceanicznej ².

Naukowcy zaobserwowali na podstawie badań proxy koralowców oraz badań izotopów wody, że w chłodniejszych czasach przedindustrialnych, Golfsztrom płynął szybciej z Karaibów wzdłuż wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej, skręcając na wschód w kierunku południowej Grenlandii. Część jego wód była systematycznie zatapiana, a część płynęła w kierunku Europy już w Prądzie Północnoatlantyckim, silnie ogrzewając ten kontynent, a część tych wód płynęła dalej na północ w kierunku Arktyki.

—

Rys.1. Trendy liniowe temperatury powierzchni od 1901 r. Na podstawie danych temperaturowych NASA GISS (ref. 48). a, Globalna mapa równego obszaru (projekcja Hammera) dla lat 1901–2013; biały oznacza niewystarczające dane. b, Ta sama analiza dla sektora północnoatlantyckiego w latach 1901-2000. Oprócz obserwowanych trendów temperatur b pokazuje również punkty siatki (czarne kółka) regionu podbiegunowo-wirowego, w którym modele podlegały silnej redukcji AMOC wywołanej przez dodanie anomalii słodkowodnych do północnego Atlantyku (Stefan Rahmstorf i in., 2015).

—

Jednak jak podkreślili badacze w swojej pracy, z powodu emisji gazów cieplarnianych i dalszego ocieplania planety od drugiej połowy XX wieku, Prąd Zatokowy zaczął coraz bardziej spowalniać, zwłaszcza od lat 90 XX wieku. Miał na to wpływ zwiększonego topnienia pokrywy lodowej Grenlandii powodującego spływ do północnego Atlantyku wód słodkich.

I wszystko jest możliwe, że pod koniec naszego wieku AMOC już bardzo silnie spowolni, a nawet zatrzyma się przez to Prąd Zatokowy. Modele klimatyczne, którymi posłużyli się naukowcy, wskazały, że w przyszłych dekadach może często dochodzić w sezonie zimowym do ochłodzenia regionów Europy Zachodniej, choć w porze letniej mogą występować dłuższe i intensywniejsze fale upałów oraz susze.

Również w tymże badaniu Rahmstorf i jego współpracownicy zauważyli drugie niepokojące zjawisko fizyczne. Mianowicie, na południe od Grenlandii nad oceanem, a także w nim samym, wytworzyła się anomalia niskiej temperatury poniżej średniej światowej, zwana zimną plamą (Cold Blob), która właśnie powstała z powodu spływu lodu z topniejącej pokrywy lodowej Grenlandii i wysładzania oraz ochładzania północnego Atlantyku. Ma to wpływ na coraz większe „zacinanie się” mechanizmu NADW, inaczej zwanego też downwellingiem, będącego także częścią AMOC.

Ponadto naukowcy zaobserwowali, że z powodu zwalniania Prądu Zatokowego, poziom wód północnego Atlantyku wokół wybrzeży północno-wschodnich USA bardzo silnie ogrzewa się grubo powyżej średniej światowej oraz mocno podnosi się, co jest ewenementem na półkuli północnej. Dlatego też ten rejon Ziemi może być narażony na jeszcze gwałtowniejsze huragany. Tak więc, częstość huraganów o intensywności jak Sandy w 2012 r. będzie z biegiem lat również coraz bardziej rosła, kierując się dalej na wyższe szerokości geograficzne i często opuszczając strefę wód subtropikalnych.

—-

Jak wspomnieliśmy wcześniej, zimna plama na południe od Grenlandii jest obszarem nie tylko anomalii zimna poniżej średniej światowej, ale i także jest najzimniejszym regionem morskim na Ziemi. Główną przyczyną jej powstania jest wspomniane topnienie pokrywy lodowej Grenlandii, co prowadzi nie tylko do spowalniania Prądu Zatokowego i AMOC, czyli do spowalniania napływu ciepłych mas wody z tropikalnych Karaibów, ale i do innych procesów zaburzających dynamikę i stabilność tego obszaru na Ziemi.

Paul Keil z Instytutu Meterologii im. Maxa Plancka w Hamburgu oraz jego współpracownicy, stwierdzili, że do powstawania zimnej plamy przyczyniło się też powstawanie większego zachmurzenia nad tym rejonem gdzie jest mniejszy dopływ promieni słonecznych do powierzchni oceanu, gdyż są one odbijane od jasnych powierzchni niskich chmur oraz przyczyną mogło być powstanie wiru subpolarnego wypychającego ciepłe masy wody z rejonu zimnej plamy ³.

Naukowcy zaobserwowali, że pomimo globalnego ocieplenia, region północnoatlantycki ochładza się, co jest zjawiskiem znanym jako przerwa ocieplenia (WH – Warming Hole). Jej pojawienie się ma związek ze spowolnieniem atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej (AMOC – Atlantic Meridional Overturning Circulation), co prowadzi do zmniejszenia transportu ciepła oceanicznego do regionu przerwy ocieplenia.

Zespół Keila zwrócił jeszcze uwagę, że oprócz zmniejszonego importu ciepła z niskich szerokości geograficznych, mamy zaobserwowany zwiększony transport ciepła oceanicznego z regionu WH na wyższe szerokości geograficzne. Również badacze zauważyli, że w obszarze na południe od Grenlandii dominuje silne ujemne sprzężenie zwrotne chmur, co sprzyja umacnianiu się formowania przerwy ocieplenia. Ogólnie badacze podkreślili, że to zjawisko atmosferyczno-oceaniczne powstało pod wpływem antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych. W swojej pracy stwierdzili następujący fakt:

W symulacjach modeli klimatycznych z okresu historycznego zanik atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej na niskich szerokościach geograficznych nie wynikał z naturalnej zmienności, podczas gdy przyspieszenie transportu ciepła do wyższych szerokości geograficznych jest wyraźnie związane z wymuszeniami antropogenicznymi. Zarówno wymiana, jak i cyrkulacja wirowa przyczyniają się do zwiększonego transportu ciepła oceanicznego na wysokie szerokości geograficzne, a zatem mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia przeszłych i przyszłych ewolucji przerwy ocieplenia.

—

Rys.2. Schematyczna ilustracja czynników przerwy ocieplenia (WH – Warming Hole). AMOC jest oznaczony czerwonymi strzałkami, cyrkulacja wiru niebieskimi strzałkami, a sprzężenie zwrotne chmur w postaci odbitego promieniowania krótkofalowego żółtymi strzałkami. Zacieniowanie przedstawia trend temperatury powierzchni przy wzroście CO2 o 1 procent w ciągu roku w zestawie (Paul Keil i inni, 2020).

—

W serwisie Carbon Brief doktorant Paul Keil powiedział ⁴:

Mniej ciepła woda pochodząca z tropików wpływa na chłodzenie Północnego Atlantyku, co równoważy ogólne ocieplenie oceanu spowodowane wzrostem temperatury na świecie. W rezultacie przerwa ocieplenia jest przypisywana głównie spowolnieniu AMOC.

—-

Jest jeszcze jedna alternatywna zespołowa praca naukowa na temat spowalniania AMOC. Jest to praca pod kierownictwem uznanego klimatologa Jamesa Hansena, byłego pracownika Uniwersytetu Columbia w Instytucie Ziemi, w której naukowiec wysunął śmiałą i dość kontrowersyjną tezę, której nie należy lekceważyć ⁵.

Zdaniem badaczy, którzy wykorzystali dane z modeli klimatycznych, badań proxy i z obserwacji, skoro Golfsztrom zwolni znacząco albo ustanie, to i tak energia cieplna gwałtownie trafi do atmosfery. I bardzo silnie nagrzane masy powietrza spowodują powstanie superhuraganów zwanych hiperkanami, które będą w coraz cieplejszym świecie nawiedzać wybrzeża Atlantyku w Europie i w Ameryce Północnej, a temperatura powietrza bardziej ekstremalnie wzrośnie przynosząc z sobą wiele innych pozostałych ekstremalnych zjawisk pogodowych włącznie z powodziami i suszami, pożarami oraz wielokrotnie szybszym wzrostem poziomu morza.

Analogii opisanych wydarzeń jakie mogą zdarzyć się w coraz cieplejszym świecie z coraz silniejszymi tropikalnymi cyklonami, Hansen i jego współpracownicy doszukali się na podstawie danych paleoklimatycznych, w dokładnej lokalizacji i analizie rdzeni oceanicznych i lodowych, gdy 120 tysięcy lat temu gigantyczne fale sztormowe wyrzuciły ogromne głazy na wybrzeża Bahamów na dość dużą wysokość nad poziomem morza. I takie ślady geologicznej przeszłości z eemianu (poprzedniego interglacjału) sprzed 118 tysięcy lat temu, właśnie znaleźli uczeni tam na tych wyspach.

Również po dokładnej analizie rekonstrukcji klimatu w poprzednim interglacjale eemskim, Hansen i jego współpracownicy zaobserwowali, że w ciągu nawet 50-150 lat wzrost poziomu morza może nawet wynieść kilka metrów z powodu kontynuacji dalszego spalania paliw kopalnych. A więc, jak wynika z przeprowadzonych badań, takie krytyczne obszary nisko położone, jak Bangladesz nad Oceanem Indyjskim czy Holandia nad Morzem Północnym, będą znacznie szybciej zalane. Jednak podkreślają uczeni, że czarny scenariusz nie musi się ziścić, jeśli tylko jako ludzkość podejmiemy stanowcze kroki do redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Naukowcy narysowali również scenariusz spowolnienia lub zatrzymania Golfsztromu bez ochłodzenia regionalnego Europy, co okazało się nowością nigdy wcześniej nie opisywaną.

Pracy Hansena i jego zespołu naukowego nie zlekceważyło wielu znakomitych klimatologów. Należą do nich: glacjolożka Ruth Mottram specjalizująca się w badaniach lądolodu Grenlandii, geolog Richard Alley specjalizujący się w obiegu dwutlenku węgla, paleontolog Michael Mann, będący też twórcą słynnego „kija hokejowego”, paleoklimatolożka Kim Cobb, specjalistka od korali i stalagmitów jaskiniowych czy też współautor pracy i glacjolog Eric Rignot będący specjalistą od czap lodowych Grenlandii i Antarktydy.

—

Fot.1. Głaz na grzbiecie wybrzeża wyspy North Eleuthera na Bahamach. Szacunkowa waga to około 2300 ton (Paul Hearty, 1997)

—

Symulacje komputerowe zostały wykonane za pomocą modeli: ER GISS symulującego dynamikę oceanu oraz E GISS symulującego dynamikę atmosfery.

Marcin Popkiewicz na portalu Nauka o Klimacie tak pisze w swoim artykule „Może być niedobrze, ekstremalna prognoza Jamesa Hansena wchodzi do kanonu nauki”, na temat pracy zespołowej Jamesa Hansena ⁶:

W artykule przedstawiony jest mechanizm zdaniem autorów mogący prowadzić do gwałtownego przekroczenia punktów krytycznych w systemie klimatycznym, co doprowadzi także do innych niż wzrost poziomu morza zmian na naszej planecie. Ważnym elementem ziemskiego systemu klimatycznego jest cyrkulacja termohalinowa, czyli powierzchniowe i głębinowe prądy morskie dystrybuujące ciepło z rejonów międzyzwrotnikowych w wyższe szerokości geograficzne. Kluczowym elementem napędzającym ten układ jest powstawanie podczas jesiennego i zimowego zamarzania powierzchni Północnego Atlantyku zimnej, słonej wody, która opada w głąb oceanu.

Naukowcy powyższej pracy mówią na jej wstępie:

Modelowanie, dowody paleoklimatyczne i bieżące obserwacje razem wskazują, że globalne ocieplenie o 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej może być niebezpieczne. Przewiduje się, że utrzymujące się wysokie emisje z paliw kopalnych w tym stuleciu spowodują:

1) ochłodzenie Oceanu Południowego, zwłaszcza na półkuli zachodniej

2) spowolnienie cyrkulacji zwrotnikowej na Oceanie Południowym, ocieplenie szelfów lodowych i rosnący ubytek masy lądolodu

3) spowolnienie i ewentualne zamknięcie atlantyckiej cyrkulacji zwrotnikowej z ochłodzeniem regionu północnoatlantyckiego

4) coraz silniejsze burze

5) nieliniowo rosnący wzrost poziomu morza, sięgający kilku metrów w skali czasowej 50-150 lat

Przewidywania te, zwłaszcza ochłodzenie w rejonie Oceanu Południowego i Północnego Atlantyku oraz znacznie mniejsze ocieplenie lub nawet ochłodzenie w Europie, różnią się zasadniczo od istniejących ocen zmian klimatu omówionych w tejże pracy. Omawiamy obserwacje i badania modelowe potrzebne do obalenia lub wyjaśnienia tych twierdzeń.

Referencje:

1. Bryde H. L. et al., 2005 ; Slowing of the Atlantic Meridional Overturning Circulation at 25°N ; Nature ; https://www.nature.com/articles/nature04385
2. Rahmstorf S. et al., 2015 ; Exceptional twentieth-century slowdown in Atlantic Ocean overturning circulation ; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/publication/274407254_Exceptional_twentieth-Century_slowdown_in_Atlantic_Ocean_overturning_circulation
3. Keil Paul et al., 2020 ; Multiple drivers of the North Atlantic warming hole ; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/publication/342535987_Multiple_drivers_of_the_North_Atlantic_warming_hole
4. McSweeney R., 2020 ; Scientists shed light on human causes of North Atlantic’s ‘cold blob’ ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/scientists-shed-light-on-human-causes-of-north-atlantics-cold-blob
5. Hansen J. et al., 2016 ; Ice melt, sea level rise and superstorms: evidence from paleoclimate data, climate modeling, and modern observations that 2 °C global warming could be dangerous ; Atmospheric Chemistry and Physics ; https://www.researchgate.net/publication/280878280_Ice_Melt_Sea_Level_Rise_and_Superstorms_Evidence_from_Paleoclimate_Data_Climate_Modeling_and_Modern_Observations_that_2C_Global_Warming_is_Highly_Dangerous
6. Popkiewicz M., 2016 ; Może być niedobrze, ekstremalna prognoza Jamesa Hansena wchodzi do kanonu nauki ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/moze-byc-niedobrze-ekstremalna-prognoza-jamesa-hansena-wchodzi-do-kanonu-nauki-169/

Naukowcy zastanawiają się jaką rolę może odgrywać oscylacja północnoatlantycka (NAO – North Atlantic Oscillation) na zmiany klimatu w korelacji z polarnym prądem strumieniowym.

Pod względem meteorologicznym, gdy podczas tzw. dodatniej fazy oscylacji północnoatlantyckiej (NAO – North Atlantic Oscillation) normalnie stabilnie płynie polarny prąd strumieniowy, mamy pół-stały Wyż Azorski nad Wyspami Kanaryjskimi, który jest dalej wysunięty na zachód od północno-zachodniej Afryki po stronie zwrotnikowych mas powietrza oraz mamy pół-stały Niż Islandzki, który kształtuje się wówczas po drugiej stronie frontu polarnego w strefie mas powietrza arktycznego bliżej na północ koło Grenlandii.

Wtedy jest ciepło we wschodniej części USA oraz w północnej Europie. Natomiast chłodno i sucho jest na południu Europy i w basenie Morza Śródziemnego, a w północno-wschodniej Kanadzie i na zachodniej Grenlandii jest nie tylko chłodno, ale i dodatkowo też więcej jest lodu morskiego.

Wartość ciśnienia w Wyżu Azorskim jest większa od średniej wartości wieloletniej. Natomiast wówczas wartość ciśnienia w Niżu Islandzkim jest mniejsza od średniej wieloletniej.

Różnica ciśnień pomiędzy Azorami i Islandią jest wtedy większa od przeciętnej (przede wszystkim w okresie DJF (grudzień-styczeń-luty).

Z kolei, gdy podczas ujemnej fazy NAO polarny prąd strumieniowy silnie meandruje, to wyż azorski jest wysunięty bliżej północno-zachodniej Afryki i jest już pod wpływem polarnych mas powietrza. Tak samo jak niż Islandzki, który jest wysunięty dalej na południe od Grenlandii.

Różnica ciśnień pomiędzy Azorami i Islandią jest wtedy mniejsza od przeciętnej.

Wówczas jest dość często bardzo chłodno i śnieżnie we wschodniej części USA. Wówczas mamy tam często do czynienia z polarnymi mroźnymi i burzowymi wiatrami tzw. Nor’easterami (północnowschodniakami), czyli cyklonami śnieżnymi.

Również jest chłodno i sucho w północnej Europie. Natomiast jest ciepło i mokro na południu Europy i w basenie Morza Śródziemnego, a w północno-wschodniej Kanadzie i na zachodniej Grenlandii jest cieplej i jest mniejsza ilość lodu.

Wartość ciśnienia w Wyżu Azorskim jest mniejsza od średniej wartości wieloletniej. Natomiast wówczas wartość ciśnienia w Niżu Islandzkim jest większa od średniej wieloletniej.

—

Rys.1. Model dwóch trybów Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO), powiązanej aktywności sztormowej i dystrybucji wilgoci nad Północnym Atlantykiem: a) ujemnych i b) dodatnich faz indeksu NAO. H – centrum ciśnienia subtropikalnego azorskiego wyżu, L – centrum ciśnienia subpolarnego islandzkiego niżu (http://www.ldeo.columbia.edu/res/pi/NAO/) ¹.

—

Clara Deser, James W. Hurrell i Adam S. Phillips z Wydziału Klimatu i Dynamiki Globalnej, Narodowego Centrum Badań Atmosfery w Boulder, stwierdzili, że Oscylacja Północnoatlantycka (NAO) jako dominujący sposób zmienności cyrkulacji atmosferycznej w sektorze północnoatlantyckim/europejskim, jest wiodącym regulatorem wahań klimatu zimowego w Europie, basenie Morza Śródziemnego, części Bliskiego Wschodu i wschodniej części Ameryki Północnej w szerokim zakresie skal czasowych od wewnątrzsezonowych do wielodekadowych (np. Hurrell J. W. 1995 ; Hurrell J. W. et al., 2003) ².

Zdaniem naukowców, klimat europejski w nadchodzących dziesięcioleciach i stuleciach będzie nadal pod silnym wpływem NAO. Jednak, jak już wiemy, dalszy wzrost stężenia gazów cieplarnianych, spowodowany spalaniem paliw kopalnych i zmianami użytkowania terenu, będzie odgrywać coraz większą rolę. Względne wielkości wpływów klimatycznych wywołanych przez naturalnie występujące NAO i czynniki antropogeniczne będą zależeć od horyzontu czasowego (np. następne kilkadziesiąt lat vs. koniec XXI wieku) oraz skali czasu (międzyroczna vs. wieloletnia). Będzie miało to wpływ nie tylko na wzorce zmienne temperatury, ale i też opadów deszczu oraz śniegu w okresie zimowym.

—

Rys.2. Przyszłe 30-letnie trendy (2016-2045) zimą: (a, b) temperatura powietrza na powierzchni (SAT – Sea Air Temperature) (w °C na 30 lat; cieniowanie) ; (c, d) opady (P) (w mm/dzień w ciągu 30 lat; cieniowanie). Symulacje 13 i 25 ze środowiskowego modelu systemu Ziemi w wersji 1 szerokiego zestawu (CESM1 Large Ensemble – Community Earth System Model version 1 Large Ensemble), wybrane ze względu na kontrastujące trendy ciśnienia nad poziomem morza (SLP – Sea Level Pressure) ; (kontury; odstęp = 1 hPa na 30 lat z wartościami ujemnymi przerywanymi) (Rys. Clara Deser i inni, 2017).

—

Naukowcy ci położyli nacisk w badaniu na analizę przebiegu wpływu NAO na prognozowane zmiany w sezonie zimowym (średnia grudzień-marzec). Skoncentrowali się na analizie temperatury powietrza na powierzchni (SAT – Surface Air Temperature) i opadów (P – Precipitation) w okresie najbliższych 30–50 lat. W zakresie metod badawczych wykorzystali złożony z 40 elementów zestaw symulacji zmian klimatu w ramach scenariuszy historycznych (przedindustrialnych) oraz industrialnych RCP8.5 w celu zbadania wymuszeń radiacyjnych na lata 1920–2100, przeprowadzonych z wykorzystaniem środowiskowego modelu systemu Ziemi w wersji 1 (CESM1 – Community Earth System Model Version 1) (Hurrell J. W. i in. 2013 ).

Autorzy napisali w swoje pracy:

Ponieważ NAO jest przede wszystkim kontrolowany przez wewnętrzną dynamikę atmosfery, stanowi główne źródło nieprzewidywalnej naturalnej zmienności, której wpływ nałoży się na antropogeniczne zmiany klimatyczne. Tak więc przyszłe trendy klimatyczne w regionach dotkniętych przez NAO są najlepiej wyrażane w postaci oczekiwanego zakresu, który obejmuje zarówno naturalną zmienność, jak i sygnał wymuszonej zmiany klimatu. Nasze wyniki pokazują, że ten oczekiwany zakres wynikający z wewnętrznej zmienności NAO jest istotny zarówno dla trendów SAT, jak i P w ciągu najbliższych 30 lat (a w przypadku P może nawet zmienić znak trendu). Chociaż wpływ NAO na trendy SAT i P w ciągu najbliższych 50 lat jest mniejszy, pozostają one ważne dla oceny wielkości przyszłego ocieplenia i zmian opadów.

—

Referencje:

1. Visbeck M. ; North Atlantic Oscillation ; Ideo.Columbia,edu ; https://www.ldeo.columbia.edu/res/pi/NAO/
2. Deser C. et al., 2016 ; The role of the North Atlantic Oscillation in European climate projections ; Climate Dynamics ; https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-016-3502-z

Wzmocnienie arktyczne (amplifikacja), po raz pierwszy zbadane w październiku 1969 roku przez rosyjskiego klimatologa Michaiła I. Budyko z Głównego Obserwatorium Geofizycznego (w dawnym Leningradzie w czasach ZSRR), polega na zmniejszeniu się różnicy temperatur pomiędzy równikiem a biegunem północnym. Przyczyną jest zmniejszanie się albedo lodu, gdy jego zasięg zmniejsza się kosztem powstawania otwartych ciemnych toni wodnych Oceanu Arktycznego absorbujących promieniowanie słoneczne ¹.

Ten proces nagrzewania się powietrza oraz wód w Arktyce powoduje, że coraz częściej występują w niej wyjątkowo ciepłe lata a polarny prąd strumieniowy wówczas płynie niejednokrotnie bardzo wolno, meandrując i przynosząc z sobą na średnich szerokościach wiosną, latem i jesienią wydłużone okresy nawalnych opadów deszczu lub fal upałów, suszy i pożarów, a zimą gwałtownych śnieżyc. Te ostatnie jednak zaznaczają się bardziej krótkotrwałymi okresami. 30-40 lat temu, gdy polarny prąd strumieniowy płynął częściej wartko i dość szybko, nie miało to dużego wpływu na częstość ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Naukowcy szacują w swych modelach klimatycznych, że w przyszłych dziesięcioleciach polarny prąd strumieniowy będzie częściej wolno płynąć niż szybko co będzie wpływało na zmniejszenie częstotliwości frontu polarnego, podczas którego, polarne masy powietrza zderzają się ze zwrotnikowymi.

—

Jak już wspomnieliśmy, zwolnienie polarnego prądu strumieniowego ma również związek ze wspomnianą już amplifikacją Arktyki. Spostrzeżenie to zostało po raz pierwszy zaobserwowane w 2012 roku i powtórzone w badaniach w 2015 roku przez Jennifer A. Francis z Instytutu Nauk Morskich i Wybrzeży na Uniwersytecie Rutgers w Brunszwiku i Stephena J. Vavrusa z Centrum Badań Klimatycznych na Uniwersytecie Wisconsin-Madison ^{2 , 3}.

Pokrywa lodu morskiego w Arktyce szybko kurczy się z dekady na dekadę i obecnie jest już znacznie mniej grubego lodu wieloletniego, a znacznie więcej cienkiego lodu rocznego. Zaburzenia pogodowe w Arktyce powodują coraz częstszą adwekcję bardzo ciepłych mas powietrza z niższych szerokości geograficznych, a polarne masy powietrza często spływają z niej właśnie na niższe szerokości geograficzne.

—

Rys. Trend temperaturowy NASA GISS w latach 2000–2009, pokazujący silne wzmocnienie arktyczne (Żródło: Wikipedia)

—

Autorzy w swojej pracy piszą, że polarny prąd strumieniowy na półkuli północnej, dzięki zmniejszaniu się gradientu temperatur między biegunem północnym a równikiem, staje się bardziej falisty. To znaczy prowadzi do takiego stanu pogodowego, w którym latem na jednym obszarze mogą zalegać długotrwałe okresy suszy, a na innym długotrwałe okresy nawalnych opadów deszczu. Natomiast zimą na jednym obszarze mogą zalegać długotrwałe okresy ciepłych i słonecznych dni, a na innym długotrwałe okresy mroźnych i śnieżnych dni.

Jennifer Francis na łamach serwisu Carbon Brief powiedziała ⁴:

Wraz z ocieplaniem się Arktyki obserwujemy coraz więcej uporczywych, ekstremalnych warunków pogodowych. Występowanie tych wydarzeń wzrosło w ostatnich dziesięcioleciach, kiedy wzmocnienie Arktyki stało się silnym sygnałem. Wzmocnienie w Arktyce jest największe jesienią i zimą, dlatego często występuje uporczywa zimna pogoda.

—

Praca zespołowa rosyjskiego naukowca Vladimira Petoukhova z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu (PIK – Potsdam Institute for Climate Impact Research) wyjaśnia nam, że wolno meandrujący wiatr stratosferyczny, czyli dobrze nam znany polarny prąd strumieniowy na wysokich szerokościach geograficznych, na półkuli północnej, może wtedy wytworzyć specyficzny sinusoidalny falowód, tak zwaną falę Rossby’ego charakteryzującą się tym, że często zdarza się tak, że w porze letniej tenże falowód tworzy specyficzne wypustki (6-8), gdzie w strefie polarnej powstają układy niżowe, a w strefie zwrotnikowej wyżowe ⁵.

—

Rys.2. Zablokowana fala Rossby’ego „uwięziona” w atmosferycznym falowodzie (Nauka o Klimacie, 2019) ⁶.

—

Takie zdarzenie miało miejsce w latach 2014-19. Mieliśmy wówczas często do czynienia z zachmurzeniem Arktyki. W przyszłości, gdyby świat dalej się ocieplał według scenariusza wysokich emisji „biznes jak zwykle”, amplifikacja Arktyki może być jeszcze większa. Możliwe, że będziemy mieli wtedy do czynienia nawet z potrojeniem quasi-rezonansowego wzmocnienia (QRA – quasi—resonant amplification) fali Rossby’ego.

Jeśli w przyszłości polarny prąd strumieniowy będzie meandrować w okresie zimowym na półkuli północnej, tak jak w poprzednich latach, to może dojść do tragicznych zdarzeń, jak na przełomie lutego i marca 2018 roku na subtropikalnej Florydzie, gdy anomalia mroźnego powietrza z Arktyki wpłynęła znacząco na wymieranie lokalnych populacji manatów w Zatoce Meksykańskiej na Morzu Karaibskim.

Jak już wcześniej wspomnieliśmy, mroźne śnieżyce wcale nie zaprzeczają istnieniu globalnego ocieplenia. Wprost przeciwnie. Mogą one występować w 2100 roku nawet w temperaturze 3 stopni Celsjusza powyżej okresu przedprzemysłowego 1850-1900. Ale oczywiście te okresy będą znacznie krótsze niż teraz w nadchodzącej dekadzie lat 20 XXI wieku.

—

Trudno powiedzieć jak w przyszłości zachowa się polarny prąd strumieniowy na półkuli północnej. Według obliczeń QRA, za pomocą zestawu modeli CMIP5, zespół naukowy Michaela E. Manna ze Stanowego Uniwersytetu Pensylwanii (Penn State University) oszacował, że troposferyczny wiatr przyspieszy na dużych wysokościach, gdy na średnich szerokościach (głównie w Chinach i w Indiach) ustaną emisje aerozoli ze spalania paliw kopalnych, rozpraszających promieniowanie słoneczne, co spowoduje takie samo tempo ocieplania tychże szerokości jak w Arktyce albo nawet szybsze, dzięki większemu dopływowi do nich strumienia słonecznego. A to z kolei wpłynie na przyspieszenie biegu polarnego prądu strumieniowego ⁷.

W artykule powyższym czytamy, że w tym stuleciu prawdopodobieństwo wystąpienia QRA może być o 50% większe w przypadku scenariusza wysokiej emisji (RCP8.5 według V Raportu Oceny IPCC).

Wydarzenia QRA powodują ekstremalną letnią pogodę, kiedy prąd strumieniowy wykazuje szerokie meandry północ-południe i zatrzymuje się, a szczyty i doliny są zablokowane w miejscu.

—

Rys. Pogoda normalna w lipcu 1980 roku bez QRA (lewy panel) i pogoda ekstremalna w maju 2013 roku z QRA (prawy panel. Prędkość wiatru w m/s wzdłuż linii długości geograficznych w kierunku północnym (prawy panel) i w kierunku południowym (lewy i prawy panel) (Źródło: Real Climate).

—

Profesor Michael Mann w serwisie Science Daily powiedział ⁹:

Większość stacjonarnych zaburzeń prądu strumieniowego zniknie z czasem. Jednak w pewnych okolicznościach zakłócenie fal jest skutecznie ograniczane przez falowód atmosferyczny, coś podobnego do sposobu, w jaki kabel koncentryczny prowadzi sygnał telewizyjny. Zakłócenia wtedy nie mogą być łatwo rozproszone i mogą pozostać bardzo duże wahania amplitudy w strumieniu na północ i południe na swoim miejscu, gdy okrąża on kulę ziemską.

Z kolei współautor badania Stefan Rahmstorf z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu (PIK) powiedział również w tym serwisie:

Jeśli ta sama pogoda będzie się utrzymywać przez wiele tygodni w jednym regionie, wtedy słoneczne dni mogą przekształcić się w poważną falę upałów i suszę, a długotrwałe deszcze mogą doprowadzić do powodzi.

Ponadto naukowcy wyjaśnili w swojej pracy związek ekstremalnych zdarzeń pogodowych mających związek z zakłóceniem polarnego prądu strumieniowego na półkuli północnej:

Seria uporczywych, ekstremalnych i kosztownych letnich zdarzeń pogodowych w ciągu ostatniej półtorej dekady, w tym fala upałów w Europie w 2003 r., powódź w Pakistanie w 2010 r., fala upałów w Rosji, susza w Teksasie w 2011 r., powodzie w Europie w 2013 r., pożary w Kalifornii w 2015 r. i pożary lasów w stanie Alberta w Kanadzie w 2016 r., doprowadziła do ciągłej dyskusji w literaturze naukowej dotyczącej związku między antropogenicznymi zmianami klimatu a ekstremalnymi temperaturami w okresie ciepłym. Pewne wzrosty ekstremalnych temperatur letnich można wytłumaczyć stosunkowo prostymi procesami termodynamicznymi, np. przesunięciami w górę rozkładu temperatury prowadzącymi do wzrostu częstotliwości fal upałów lub wpływem ocieplenia atmosfery na intensywne opady atmosferyczne. Rosnąca liczba badań sugeruje jednak, że mechanizmy obejmujące dynamikę atmosfery są niezbędne do wyjaśnienia w szczególności nadzwyczaj trwałych i wzmożonych zakłóceń w polarnym prądzie strumieniowym – które są związane z utrzymującymi się ekstremalnymi letnimi zdarzeniami pogodowymi.

Granica polarnego prądu strumieniowego (front polarny – strefa opadów deszczu i burz), czyli zderzenie mas zwrotnikowego powietrza z masami polarnego – ta strefa jest znacznie słabsza, gdy polarny prąd strumieniowy płynie wolno sinusoidalnie. Wtedy też na dłużej powstają wzorce pogodowe takie jak długotrwałe okresy nadmiernych susz, w tym dość częstych fal upałów i pożarów czy też z drugiej strony okresy nadmiernych opadów deszczu, w tym także dość częstych powodzi.

Z taką sytuacją mieliśmy do czynienia właśnie w 2018 roku podczas bardzo upalnej wiosny i lata na średnich szerokościach półkuli północnej. Powstanie układu sinusoidalnego falowodu przyniosło z sobą wiele spektakularnych ekstremalnych zjawisk pogodowych. Miało ono miejsce, zarówno późną zimą (w lutym i marcu, gdy po rozbiciu wiru polarnego było bardzo zimno i śnieżnie na wielu średnich szerokościach półkuli północnej), jak i wiosną i latem (od kwietnia do września, gdy panowały na tych samych szerokościach ekstremalne susze i pożary w Kalifornii, Skandynawii, Portugalii, Grecji, czy też ekstremalne fale upałów w Japonii i południowo-wschodniej Kanadzie, które dominowały nad odmiennymi zjawiskami pogodowymi jak nawalne opady deszczu czy powodzie w Indiach i Bangladeszu.

—

Referencje:

1. Budyko M. I., 1969 ; The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth ; Tellus ; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.2153-3490.1969.tb00466.x
2. Francis J. et al., 2012 ; Evidence linking Arctic amplification to extreme weather in mid-latitudes ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2012GL051000
3. Francis J. et al., 2015 ; Evidence for a wavier jet stream in response to rapid Arctic Warming ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/10/1/014005
4. McSweeney R., 2015 ; Scientists discuss how strongly a warming Arctic is implicated in extreme weather ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/scientists-discuss-how-strongly-a-warming-arctic-is-implicated-in-extreme-weather
5. Vladimir Petoukhov et al., 2016 ; Role of quasiresonant planetary wave dynamics in recent boreal spring-to-autumn extreme events ; Proceedings of the National Academy of Sciences ; https://www.pnas.org/content/113/25/6862
6. Kardaś A., 2019 ; Fale na froncie ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/fale-na-froncie-363/
7. Mann M. E. et al., 2018 ; Projected changes in persistent extreme summer weather events: The role of quasi-resonant amplification ; Science Advances ; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aat3272
8. Nature Communications, 2019 ; A tug-of-war over the mid-latitudes ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-019-13714-0
9. Penn State, 2018 ; Controlling future summer weather extremes still within our grasp ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2018/10/181031141603.htm

 

Tak jak huragany w rejonie północno-zachodniego Atlantyku odgrywają dużą rolę w skali zniszczeń wybrzeży zasiedlonych, zarówno przez zwierzęta nadmorskie, jak i ludzi żyjących z korzystania zasobów ryb i owoców morza, tak podobnie na północno-zachodnim Pacyfiku odgrywają rolę niszczycielską tajfuny.

Hydrodynamika tropikalnych cyklonów z południowo-wschodniej Azji jest w dużej mierze podobna jak do huraganów czy też o mniejszej sile oddziaływania cyklonów występujących na Oceanie Indyjskim.

7 listopada 2013 roku na Filipiny uderzył jeden z najsilniejszych tajfunów w historii ludzkości. Z porywami dochodzącymi do 171 mil na godzinę (mph – miles per hour), czyli 275 kilometrów na godzinę, tajfun Haiyan przedzierał się przez wiele tysięcy wysp, zabijając ponad 6200 osób i dodatkowo przyczyniając się do zaginięcia 1785 osób tylko na samych Filipinach.

—

Fot. Tajfun Haiyan zbliżał się do swojej rekordowej intensywności, zbliżając się do Filipin 7 listopada (Źródło: NASA, LAADS Web)

—

Zespół naukowy pod kierownictwem doktora Wei Meia z Uniwersytetu Kalifornijskiego, przedstawił analizę sezonowej średniej szczytowej intensywności tajfunów w latach 1951–2010 ¹.

Naukowcy obliczyli, że średnia szczytowa intensywność życia tajfunów w ciągu ostatnich dwóch dekad była o około 5 m/s  (około 10%) wyższa niż w latach 70.

Analizując obszar badań na północno-zachodnim Pacyfiku, na południe od Japonii i na zachód od Filipin i Tajwanu, naukowcy doszli do wniosku, że siła tajfunów bierze się dzięki coraz większej zawartości ciepła w oceanach.

Doktor Wei Mei, główny autor badań dla Carbon Brief powiedział ²:

Cieplejsza powierzchnia morza na ogół dostarcza więcej energii do rozwoju sztormu, a tym samym sprzyja wyższym współczynnikom intensyfikacji i bardziej intensywnym tajfunom.

Ponadto naukowiec ten dodał, że temperatura w oceanie jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na zwiększanie się z roku na rok prędkości wiatrów w badanym regionie:

To, jak silnie i szybko może rosnąć cyklon, zależy od dwóch czynników oceanicznych: temperatury powierzchni morza przed burzą oraz różnicy temperatur między powierzchnią a podpowierzchnią.

—

Rys.1. Modulacja czasu trwania intensyfikacji tajfunu przez PDO.

Szeregi czasowe znormalizowanego średniego sezonowego czasu trwania nasilenia tajfunów (krzywa niebieska) i znormalizowanego wskaźnika PDO w szczycie sezonu tajfunów (krzywa czerwona). Współczynnik korelacji między nimi wynosi 0,43 (Wei Mei i inni, 2015).

—

Gdy mamy do czynienia z dodatnią fazą pacyficznej oscylacji dekadowej (PDO – Pacific Decacadal Oscillation) oraz z dodatnią fazą południowopacyficznej oscylacji El Niño (ENSO – El Niño Southern Oscillation), to ciepła woda oceaniczna  tropikalnego Pacyfiku rozciąga się daleko na wschód, gdzie tworzy się anomalna wirowość, w trakcie powstawania głębokiego niżu w południowo-zachodniej części oceanu, powodująca nasilanie się tajfunów. W przeciwieństwie do lat 70 w latach 90 zaobserwowano właśnie ten trend intensyfikacji cyklonów. Z kolei czas trwania tajfunów skraca się od początku XXI wieku z powodu ochłodzenia centralnego równikowego Pacyfiku. Jednak ocieplenie górnych warstw tropikalnego zachodniego Pacyfiku kompensuje, a nawet przewyższa to ochłodzenie ze środka równikowego oceanu. I ma to miejsce w regionie, gdzie powstaje intensyfikacja tajfunów, która w ciągu dekady, podczas pisania niniejszej pracy przez naukowców, była najsilniejsza w ciągu minionych 6 dekad.

Według ówczesnego V Raportu Oceny IPCC (2013-2014), przy scenariuszu emisji RCP 4.5, temperatura oceanu w tym regionie prawdopodobnie wzrosłaby w 2050 roku o 1,4 stopnia Celsjusza w stosunku do 2000 roku.

—

Rys.2. Obserwowane i przewidywane szczytowe prędkości wiatru tajfunu. Wykres przedstawia zaobserwowane (cienka czerwona linia), przewidywane (cienka czarna linia) zmiany, a odpowiadające im średnie kroczące z 9 lat pokazane są jako pogrubione linie. Źródło: (Wei Mei i inni, 2015).

—

Naukowcy zbudowali statystyczny model regresji, w celu oszacowania prawdopodobnych zmian szczytowych prędkości wiatru tajfunu w miarę dalszego ocieplania się oceanów w przyszłości.

I opierając się na powyższym scenariuszu emisji, wyniki tegoż analizowanego modelu sugerują, że cieplejsze warunki w atmosferze i w w oceanie, prawdopodobnie wytworzą tajfuny ze szczytową prędkością wiatru o około 14% wyższą do końca 2100 roku. Jak pokazuje powyższy wykres, wzrost ten przesunąłby średnią intesywności tajfunu z kategorii trzeciej do kategorii czwartej.

—

Podsumowując temat cyklonów tropikalnych. Wraz z dalszym ocieplaniem się wód oceanicznych i atmosfery na całej kuli ziemskiej, wprawdzie będzie wzrastać intensywność huraganów, tajfunów i cyklonów, ale mimo wszystko częstotliwość ich będzie mniej więcej taka sama lub nawet zmniejszać się. Możliwe, że wszystko będzie też zależeć od wielu czynników termodynamicznych wpływających na gradient temperatury pomiędzy biegunem północnym a równikiem oraz dynamikę zmienności klimatycznych takich jak oscylacje ENSO czy PDO.

—

Referencje:

1. Mei W., 2015 ; Northwestern Pacific typhoon intensity controlled by changes in ocean temperatures ; Science Advances ; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1500014
2. McSweeney R., 2015 ; Warming oceans could mean typhoons are 14% stronger by 2100, study says ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/warming-oceans-could-mean-typhoons-are-14-stronger-by-2100-study-says

Życie cyklonów tropikalnych (TC – Tropical Cyclone) 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.

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, przewidzieli, że dalsze ocieplanie się klimatu spotęguje jeszcze większe zwiększanie się intensywności tropikalnych cyklonów, takich jak huragany, tajfuny i po prostu cyklony ¹.

Naukowcy 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.

Powodem powyższej korekty było to, że starszy zapis satelitarny, pomimo, że wykazywał rosnące globalne trendy intensywności TC, to jednak nie były one statystycznie istotne (nieprzypadkowe) 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.

Zaawansowana technika Dvoraka, oszacowująca obserwacje intensywności huraganów na podstawie 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. CIMSS Tropical Cyclones Advanced Dvorak Technique (ADT) – Wersja 9.1. Burze z czerwonym tłem są oznaczane jako przechodzące równik tropikalny. Burze z cyjanowym tłem są oznaczane jako subtropikalne. Rejony: Północny Atlantyk, Wschodni / Środkowy Pacyfik, Zachodni Pacyfik, Region Australii / Fidżi, Ocean Indyjski (Źródło: Cooperative Institute for Meteorological Satellites Studies / University Wisconsin-Madison)

—

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 w zapisie satelitarnym ADT-HURSAT, obrazujących wzrost intensywności w około 4000 pojedynczych cyklonach tropikalnych na całym świecie.

—

Rys.1. Porównanie komplementarnych skumulowanych funkcji dystrybucji globalnych szacunków intensywności huraganu, według zapisów ADT-HURSAT w prędkości wiatru w węzłach (kt), między wczesną i drugą połową 39-letniego okresu 1979-2017 (James Kossin i inni, 2020).

—

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 ²:

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. Odpowiadało to wzrostowi liczby głównych cyklonów o 49% na dekadę (porównując czerwoną linię na wykresie dla wszystkich cyklonów tropikalnych).

W badaniu wykorzystano dane IBTrACS (intensywność wiatru i pozycja geograficzna)  w celu dostarczania ich co 6 godzin w głównych godzinach synoptycznych (0, 6, 12 i 18 UTC) podczas życia każdego cyklonu tropikalnego. Dane ADT-HURSAT były dostarczane co 3 godziny.

Ponadto autorzy powyżej opisywanego artykułu na rys. 3 pokazali szeregi czasowe wskaźników wielodekadowej zmienności Atlantyku, Pacyfiku i Oceanu Indyjskiego skorelowane z rocznymi średnimi indeksami AMO, IPO i IOD. Indeksy te są dostępne na stronie internetowej wymienionej pod koniec artykułu w części Dostępność danych.

—

Referencje:

1. Kossin J. P. et al., 2020 ; Global increase in major tropical cyclone exceedance probability over the past four decades ; Proceedings of the National Academy of Sciences ; https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1920849117
2. Dunne D., 2020 ; Major tropical cyclones have become ‘15% more likely’ over past 40 years ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/major-tropical-cyclones-have-become-15-more-likely-over-past-40-years

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. Prognozy wskazywały względnie stabilne cyklony tropikalne, takie jak: huragany na tropikalnym Atlantyku i Pacyfiku, tajfuny na Pacyfiku i po prostu cyklony na Oceanie indyjskim. Jednak, od kilku dekad, obecnie dzięki szybkiemu nagrzewaniu się oceanów i wzrostowi głębokiej konwekcji równikowej, wspomniane zjawiska pogodowe przybrały mocno na sile i na wielkości. W przyszłym, coraz cieplejszym świecie, o ile dalej w takiej ilości będziemy emitować gazy cieplarniane do atmosfery, modele przewidują, że intensywność ich jeszcze bardziej wzrośnie, ale, co do częstości, będzie ich prawie tyle samo, a może nawet mniej.

—

Fot. Huragan Katrina uformował się 23 sierpnia 2005 roku w okolicach Wysp Bahama (Wikipedia).

—

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, co już wspomnieliśmy, że ich liczba albo będzie taka sama, albo będzie się nawet zmniejszać wraz z dalszym wzrostem temperatury globalnej w atmosferze i w oceanach. Jednak dokonując symulacji komputerowych na modelach GFDL FLOR (w tym skorygowanej wersji FLOR-FA) i SPEAR, Murakami i jego współpracownicy dowiedli, że istnieje wyraźny przestrzenny wzorzec w trendach, a mianowicie, tendencje spadkowe ilości 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. 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)

—

Zespół naukowy Murakamiego również 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 uważa, że AMO, którego był twórcą, jako naturalna zmienność klimatyczna 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, w latach 1980-2018, przestrzenny wzorzec trendów częstości występowania cyklonów tropikalnych (TCF – tropical cyclone frequency of occurence).

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.

—

W dzisiejszych czasach antropogenicznych emisji, 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 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 Michaela 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 ¹.

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.

—

Fot.1. Fale rozbijają się wzdłuż brzegu w okolicy North Bay Village w Miami podczas huraganu Wilma, 24 października 2005 r.  Źródło: AP

—

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 samego huraganu, czyli jego prędkość, wynosiła od 33 do 50 m/s .

Wiatry te uderzyły w kontynentalne USA z Atlantyku bądź Zatoki Meksykańskiej. Ale zapis obejmował burze, dla których centrum nie przeszło na ląd.

W sumie autorzy pracy zwrócili uwagę, że w ciągu 40 lat, ilość huraganów głównych na północnym Atlantyku, w kategoriach Saffira-Simpsona: 3, 4, i 5, wzrosła wraz z dalszym ocieplaniem się klimatu, w odpowiedzi na dalszy wzrost koncentracji dwutlenku węgla.

W metodologii badań, naukowcy użyli zapisu dłuższych okresów czasu w zestawie danych HURDAT2.

1. wcześniejszy okres przedsatelitarny 1851-1971 zamiast okresu         1878-1971
2. późniejszy okres satelitarny 1972-2019 zamiast okresu 1972-2008

Profesor Gabriel A. Vecchi w serwisie Carbon Breef powiedział ²:

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.

—

Referencje:

1. Murakami H. et al., 2020 ; Detected climatic change in global distribution of tropical cyclones ; Proceedings of the National of Sciences ; https://www.pnas.org/content/117/20/10706
2. Dunne D., 2020 ; Global warming has ‘changed’ spread of tropical cyclones around the world ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/global-warming-has-changed-spread-of-tropical-cyclones-around-the-world
3. Vecchi G. A. et al., 2021 ; Changes in Atlantic major hurricane frequency since the late-19th century ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-021-24268-5
4. McSweeney R., 2021 ; Recent increase in major Atlantic hurricanes may be ‘rebound’ after 1960-1980s lull ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/recent-increase-in-major-atlantic-hurricanes-may-be-rebound-after-1960-1980s-lull

Region Morza Śródziemnego, pomimo tego, że jest obszarem na Ziemi narażonym w przyszłości na większe osuszanie, jest jednak dość często także nawiedzany przez ekstremalnie silne opady deszczu, które są przyczyną wielu katastrofalnych zjawisk w postaci powodzi czy w górach osuwisk błotnych.

Poniżej opisana zespołowa praca naukowa ma charakter wybitnie regionalny. Głównym jej autorem jest Nikolaos Mastrantonas z Technicznego Uniwersytetu we Freiburgu, w Niemczech oraz z Europejskiego Centrum Średnich Prognoz Pogody (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) w Reading w Wielkiej Brytanii ¹.

Jednym z zasadniczych wskaźników pomiarów opadów, przedstawionych w tejże pracy, jest tzw. parametr ekstremalnych zdarzeń opadów atmosferycznych (EPE – extreme precipitation events), poddany analizie pomiarowej nad Morzem Śródziemnym w latach 1979–2019 przy użyciu najnowszego zestawu danych ERA5, projektu reanalizy organizacji Europejskiego Centrum Średnioterminowych Prognoz Pogody (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts).

EPE określa się na podstawie 99 percentyla opadów podczas ich dziennej dystrybucji (P99 – percentile of their daily distribution). Oceniane są różne cechy EPE na podstawie sezonowości i zależności czasoprzestrzennych.

Do badań częstotlwości EPE, powiązanych z wielkoskalowymi wzorcami przepływu atmosferycznego, została użyta min. empiryczna funkcja ortogonalna.

Naukowcy w obliczeniach swoich zauważyli, że ponad 70% EPE, w częściach południowo-wschodniej części Morza Śródziemnego, ma miejsce zimą, podczas gdy ponad 60% zdarzeń w zachodniej części Morza Śródziemnego, we Włoszech i na zachodnich Bałkanach, ma miejsce jesienią.

—

Rys.1. Sezon najwyższego (a) i drugiego co do wielkości (b) występowania P99 EPE na komórkę siatki: a) Zima – 32,68 %  b)  wiosna – 22,84 %  c)  lato – 7,73 %  d)  jesień – 36,75 % (Nikolaos Mastrantonas i inni, 2018).

—

Orografia lokalna (zróżnicowane ukształtowanie lokalnego terenu) jest kluczowym modulatorem połączeń czasoprzestrzennych i znacznie zwiększa prawdopodobieństwo współwystępowania EPE nawet w odległych lokalizacjach.

Naukowcy w pracy napisali:

Można to również wytłumaczyć orografią, gdzie pasma górskie na południowych Bałkanach minimalizują bezpośrednie interakcje między Morzem Śródziemnym a północnymi Bałkanami/południowo-wschodnią Europą. Wiosna i lato są ważnymi porami roku dla górskich lokalizacji (np. Alpy, Pireneje).

Wielu naukowców wcześniej zaobserwowało, co potwierdził zespół naukowy Nikolaosa Mastranontasa, że obok orografii w rejonach górzystych ma duże znaczenie kształtowanie się systemu niskiego ciśnienia, dzięki czemu formuje się konwekcja atmosferyczna przynosząca wysokie opady atmosferyczne.

Ogólnie wskaźnik wydarzeń ekstremalnych opadów (EPE) jest mocno zależny od stopnia wilgotności (np. przepływ pary wodnej, wilgotność właściwa i równoważna potencjalna temperatura) w regionie śródziemnomorskim.

Np. w Górach Atlas, Alpach, czy na wybrzeżach Bałkanów Zachodnich orografia ma silny wpływ na intensywność opadów.

Duże znaczenie ma tutaj szerokość geograficzna w lokalizacjach opadających mas powietrza komórki Hadleya w strefie północnej Afryki o znacznie mniejszych progach niż lokalizacje na północnych szerokościach geograficznych.

Ekstremalne opady mają katastrofalne skutki dla społeczeństw i gospodarek. Lokalizacje wokół Morza Śródziemnego są często dotknięte takimi zdarzeniami, prowadząc do osunięć ziemi i powodzi.

Nikolaos Mastrantonas,  doktorant w ramach finansowanego przez UE projektu badawczego CAFE dla serwisu Science Daily powiedział ²:

Niezwykle trudne jest jednak prognozowanie z wielodniowym wyprzedzeniem, kiedy i gdzie dokładnie wystąpią ulewne deszcze. Dlatego naukowcy starają się opracować nowe narzędzia do lepszego przewidywania ekstremalnych zjawisk pogodowych, pozwalające na wczesne ostrzeżenia i odpowiednie strategie łagodzenia.

Geoekolog, profesor Jörg Matschullat z TU Bergakademie we Freibergu, w tym samym serwisie dodał:

Możemy teraz wykorzystać te dane do opracowania modelu, który pomoże lepiej przewidywać ekstremalne opady deszczu na Morzu Śródziemnym.

Jeśli chodzi o klimat, Morze Śródziemne jest szczególnie interesującym regionem, ponieważ jest otoczone dużymi kontynentami i pasmami górskimi. Regionalny klimat tego obszaru jest również zależny od wzorców wielkoskalowych nad Oceanem Atlantyckim, Bałkanami i Morzem Czarnym.

—

Rys.2. a) orografia: hybrydowe odcienie hipsometryczne; górny wykres orograficzny wykorzystuje wiele skal kolorów do rozróżnienia między wysokością a różnicami klimatycznymi (obszary wilgotne i suche). b) próg EPE dla badanego obszaru śródziemnomorskiego; wykres pudełkowy na wykresie dolnym przedstawia rozkład P99 wszystkich komórek siatki, wskazując wartość mediany i rozciąganie się od dolnego do górnego kwartyla. Pozostałe wartości poza tym zakresem są przedstawiane jako wartości odstające (Nikolaos Mastrantonas i inni, 2018).

—

Naukowcy zauważyli też, podając przykład systemu niskiego ciśnienia nad Zatoką Biskajską, że kształtowanie się jego zwiększa ponad sześciokrotnie prawdopodobieństwo ekstremalnych opadów w regionach górskich i przybrzeżnych w Hiszpanii, Maroku, Włoszech, a nawet na Bałkanach Zachodnich.

Zespół odkrył również, że góry tworzą silne powiązanie między odległymi obszarami. Na przykład w środkowo-zachodnich Włoszech trzy na każde dziesięć ekstremów występują jednocześnie z ekstremami w Czarnogórze i Chorwacji, chociaż między tymi dwoma obszarami odległość wynosi prawie 500 kilometrów.

Mastranontas dostrzegł interesujący fakt:

To efekt Apeninów, które blokują znaczną część przepływu powietrza i często wymuszają wytrącanie się wilgoci w zachodniej części Włoch, a tego samego dnia nad Chorwacją.

Dzięki tym obserwacjom w regionie śródziemnomorskim, naukowcy stwierdzili, że obecne modele prognozowania pogody mogą już dostarczać wiarygodnych informacji o wielkoskalowej zmienności pogody z trzytygodniowym wyprzedzeniem.

Z kolei profesor Jörg Matschullat tak podsumował wyniki badań dla Science Daily:

W następnym kroku tej pracy określimy, na ile wiarygodne są najnowocześniejsze modele prognozowania pogody w przewidywaniu zidentyfikowanych dziewięciu wzorców. Naszym zamiarem jest włączenie takich informacji do nowych produktów prognostycznych informujących o ekstremalnych warunkach pogodowych na Region Morza Śródziemnego w skali pozasezonowej.

—

Referencje:

1. Mastrantonas N. et al., 2020 ; Extreme precipitation events in the Mediterranean: Spatiotemporal characteristics and connection to large-scale atmospheric flow patterns ; International Journal of Climatology ; https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/joc.6985
2. University of Freiberg / TU Bergakademie Freiberg, 2021 ; New study on the forecasting of extreme rainfall events in Mediterranean countries ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210222082610.htm