Klimat Ziemi

Ocieplający się świat powoduje dużo perturbacji pod względem telekoneksji atmosferycznych. W trakcie trwającego od ponad 170 lat wzrostu średniej temperatury globalnej Ziemi, te zdarzenia klimatyczne mają coraz większy wpływ na wiele regionów świata.

Naukowcy, pod kierownictwem Niklasa Boersa z Instytutu Zmian Klimatu w Grantham w Wielkiej Brytanii oraz z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu (PIK) w Niemczech, odkryli, że gdy np. w danym okresie czasu wystąpiły ekstremalne opady deszczu w Europie, to za kilka dni to samo zjawisko atmosferyczne pojawiło się w Indiach ¹.

Badając wspomniane telekoneksje w atmosferze, zaobserwowali, że te połączone odległościowe oddziaływania w atmosferze, czy to pod względem opadów i powodzi, czy też fal upałów i susz, mają charakter globalny, gdy występują powyżej 2500 kilometrów. Na krótszych odległościach mają one miejsce już w regionalnych systemach pogody.

Ponadto, naukowcy stwierdzili, że występowanie monsunów u wybrzeży południowo-środkowej Azji, wschodniej Azji i Afryki są znacząco zsynchronizowane. I to, że główną przyczyną tych połączeń telekoneksyjnych są planetarne fale Rossby’ego.

Aby znaleźć wzorce w ekstremalnych zdarzeniach opadów, zespół Boersa opracował nową metodę zakorzenioną w złożonej teorii systemów do badania danych satelitarnych o wysokiej rozdzielczości dotyczących opadów. Dane pochodzą z Misji Pomiarów Opadów Tropikalnych (TRMM – Tropical Rainfall Measurements Mission) i obejmują region między 50 stopniem północnej szerokości geograficznej, a między 50 stopniem południowej, licząc od 1998 roku do dziś.

Naukowcy dzieląc kulę ziemską na siatkę, mogli zobaczyć, gdzie miały miejsce takie zdarzenia i określić, na ile były one zsynchronizowane — miara statystyczna, która ocenia połączenia, nawet jeśli zdarzenia nie wystąpiły dokładnie w tym samym czasie.

—

Rys. W przypadku ekstremalnych opadów deszczu w północnych Indiach (czerwony romb) czerwone linie pokazują lokalne wzorce pogodowe, a niebieskie linie pokazują globalne wzorce łączące ekstremalne opady deszczu reprezentowane przez niebieskie kształty. W szczególności niebieskie kształty nad Europą wskazują, że ekstremalne opady deszczu w północnych Indiach można przewidzieć na podstawie wcześniejszych wydarzeń w Europie. Źródło: Niklas Boers i in. 2019

—

Główny autor pracy dr Niklas Boers w serwisie Phys.Org, powiedział ²:

Odkrycie tego globalnego wzorca połączeń w danych może poprawić modele pogodowe i klimatyczne. To odkrycie może również pomóc nam zrozumieć powiązania między różnymi systemami monsunowymi i ekstremalnymi zdarzeniami w ich obrębie. Mam nadzieję, że nasze wyniki w dłuższej perspektywie pomogą przewidzieć ekstremalne opady deszczu i związane z nimi gwałtowne powodzie i osuwiska w północno-wschodnim Pakistanie, północnych Indiach i Nepalu. W ostatnich latach było kilka takich zagrożeń, które miały niszczycielskie konsekwencje w tych regionach, jak na przykład powódź w Pakistanie w 2010 roku.

Współautor, profesor Brian Hoskins, przewodniczący Instytutu Grantham w Imperial, w tym samym serwisie powiedział:

Nowa technika zastosowana do danych satelitarnych pokazuje bardzo zaskakujące związki między ekstremalnymi opadami deszczu w różnych regionach świata.

Z kolei drugi współautor, Jürgen Kurths, z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu, dodał:

To prawdziwie interdyscyplinarne badanie, które łączy złożoną naukę o sieciach z nauką o atmosferze, jest znakomitym przykładem wielkiego potencjału dość młodej dziedziny badań nad złożonością.

—

Referencje:

1. Boers N. et al., 2019 ; Complex networks reveal global pattern of extreme-rainfall teleconnections ; Nature ; https://www.nature.com/articles/s41586-018-0872-x
2. Imperial College London, 2019 ; Extreme rainfall events are connected across the world ; Phys.Org ; https://phys.org/news/2019-01-extreme-rainfall-events-world.html

Dotychczas środowisko naukowe klimatologów stawiało tezę, że w ocieplającym się świecie, jeśli mamy do czynienia ze wzrostem opadów atmosferycznych, to musi mieć to przełożenie na wzrost powodzi. Naukowcy z Australii i Stanów Zjednoczonych, po wnikliwej analizie, jednak stwierdzili, że wcale tak być nie musi, a nawet w pewnych przypadkach występuje spadek powodzi pomimo wzrostu opadów. Dzieje się tak głównie, gdy nad danym regionem gleba jest bardziej sucha niż powinna. Z reguły ładunkiem do intensyfikacji powodzi podczas ekstremalnych opadów deszczu jest silnie nawilgocona gleba.

Ashish Sharma z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiskowej na Uniwersytecie w Nowej Południowej Walii w Sydney, Conrad Wasko z Wydziału Inżynierii Infrastruktury na Uniwersytecie w Melbourne w Victorii oraz Dennis P. Lettenmaier z Wydziału Geografii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, w swoich badaniach doszli do wniosku, że pomimo rosnących dowodów na rosnące ekstremalne opady, odpowiednie dowody na wzrost liczby powodzi pozostaje dalej niewyjaśniony ¹.

—

Fot. Zimowe burze zalały dzielnicę San Diego w styczniu 2016 r. Aby zrozumieć, w jaki sposób rosnąca liczba ekstremalnych opadów może wpłynąć na powodzie w przyszłości, konieczna będzie ściślejsza współpraca między naukowcami. Źródło: USGS

—

Ogólnie naukowcy, pokazując dowody na zmniejszenie się powodzi w coraz cieplejszym świecie, zaobserwowali zmniejszenie się następujących czynników:

1. wilgotność gleby
2. zasięg burzy
3. topnienie śniegu

—

Rys. Prawdopodobieństwo natężenia przepływu wody (Q) w górnym 99 percentylu (Q 99%) jest powiązane ze zdarzeniem opadowym (P) w górnym 99 percentylu (P 99%) w sąsiednich Stanach Zjednoczonych (CONUS). Deszczowa pogoda jest definiowana jako wilgotność gleby powyżej mediany, a sucha pogoda jest definiowana jako poniżej mediany. Źródło: Skopiowana grafika z artykułu Ivancica i Shawa (2015).

—

W swojej pracy naukowej naukowcy napisali następująco:

Gdy opady są uzależnione od tego, że zlewnia jest wilgotna przed rozpoczęciem wydarzenia, liczba ich wzrasta do 62%, w przeciwieństwie do zaledwie 13%, gdy warunki glebowe przed burzą są suche. Oczywiście, co nie powinno dziwić hydrologów, wilgotność gleby moduluje reakcję na powódź. Wzrost opadów jednak nie musi przekładać się na wzrost powodzi, a wysuszenie warunków wilgotnościowych gleby jeszcze bardziej zmniejsza rozmiary powodzi.

Z kolei w serwisie popularno-naukowym Eos niezależna pisarka Terri Cook napisała ²:

Ekstremalne opady atmosferyczne, które mieszczą się w 99. percentylu codziennych zdarzeń, wzrosły w sąsiednich Stanach Zjednoczonych [CONUS – Contiguous United States] od lat pięćdziesiątych XX wieku w odpowiedzi na rosnące temperatury. Jednak pomimo twierdzeń społeczności klimatycznej, że rosnące ekstremalne opady nieuchronnie prowadzą do większych rozmiarów powodzi, wiele badań wykazało, że tak nie było.

Powyższe badanie daje wyraźnie do zrozumienia, że występuje znaczna niepewność w oszacowaniu zmian opadów wpływających nie tylko na obecność czy nieobecność powodzi, ale i również na dynamiczną zmienność warunków sztormowych w zlewniach hydrologicznych. Nie ulega wątpliwości, że jest potrzebna ścisła współpraca między meteorologami a hydrologami w kontekście postępujących zmian klimatu. W każdym razie tworzenie nowych prognoz pogody i projekcji klimatu ma pomóc w skuteczniejszej adaptacji klimatycznej, by zapobiec wielu szkodom materialnym i zapobiec niebezpieczeństwom zagrażającym ludziom, zwierzętom i roślinom.

—

Referencje:

1. Sharma A. et al., 2018 ; If Precipitation Extremes Are Increasing, Why Aren’t Floods? ; Water Resources Research ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018WR023749
2. Cook T., 2019 ; If Precipitation Extremes Are Increasing, Why Aren”t Floods? ; Eos ; https://eos.org/research-spotlights/if-precipitation-extremes-are-increasing-why-arent-floods

Małe kraje wyspiarskie na południowym Pacyfiku bardzo często doświadczają ekstremalnych zjawisk klimatycznych, w tym intensywnych opadów deszczu. Skutki zdarzeń ekstremalnych zależą również od wpływu na ludzi, zwierzęta oraz ekosystemy. Te małe kraje wyspiarskie są bardzo podatne na ekstremalne zdarzenia w porównaniu z innymi częściami świata, ponieważ są mniejsze, otoczone rozległymi obszarami oceanu i ograniczoną infrastrukturą.

Sunil Kumar Pariyar, z Instytutu Geofizyki i Centrum Badań Klimatu w Bjerknes na Uniwersytecie w Bergen w Norwegii, i jego współpracownicy, analizując ekstremalne opady deszczu, wzięli pod uwagę cztery czynniki klimatyczne, dzięki którym są one bardziej nasilone w ocieplonym świecie i powodujące często wiele zniszczeń wśród mieszkańców małych wysp, zarówno ludzi, jak i zwierząt i roślin ¹.

Naukowcy zaliczyli do tych czynników:

1. tropikalne cyklony (TC – tropical cyclone), w tym depresje tropikalne (TD – tropical depression), wśród których są monsuny
2. oscylację oceaniczną Maddena-Juliana (MJO – Madden-Julian Oscillation)
3. oscylację południową El Nino (ENSO – El Nino Southern Oscillation)
4. fale planetarne Rossby’ego, które mogą mieć wpływ dalekosiężny na zmienności klimatyczne

—

Rys. Lokalizacja stacji deszczomierzy wykorzystanych w niniejszym opracowaniu. Trzy skupiska stacji są oznaczone kolorami czerwonym, zielonym i niebieskim. Cieniowane kontury to klimatologia opadów (1979–2018), w mm/dzień, obliczona na podstawie miesięcznego zbioru danych w siatce Globalnego Projektu Klimatologii Opadowej (GPCP – Global Precipitation Climatology Project). (W celu interpretacji odniesień do koloru w tej legendzie rysunku czytelnik jest kierowany do internetowej wersji tego artykułu.) (Sunil Kumar Pariyar i inni, 2020).

—

Swoje wyniki badań zespół Pariyara przeprowadził, analizując charakterystykę pomiarów ekstremalnych opadów deszczu w latach 1979-2018, z 20 stacji na południowym Pacyfiku (początkowo naukowcy rozważali 33) umieszczonych wzdłuż strefy konwergencji południowego Pacyfiku (SPCZ – South Pacific Convergence Zone), usytuowanych w trzech skupiskach (tzw. klastrach).

Do badań naukowcy użyli dwóch indeksów klimatycznych: wielowymiarowych dziennych indeksów Misji Pomiarów Opadów (RMM – Rainfall Measurements Mission) podczas  oscylacji Juliana-Maddena (MJO – Madden-Julian Oscillation) w czasie rzeczywistym oraz miesięcznego indeksu Niño3.4 ENSO.

Dzienne indeksy (RMM) pochodzą ze strony internetowej Australian Bureau of Meteorology  (http://www.bom.gov.au/climate/mjo/).

Miesięczny indeks Niño3.4 jest obliczany na podstawie miesięcznej temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) ze strony internetowej NOAA, ESRL, Physical Science Division (http://www.esrl.noaa.gov/psd/gcos_wgsp/Timeseries/Niño34/index.html).

Dane do badań tropikalnych cyklonów (TC), naukowcy zebrali z Najlepszego Międzynarodowego Archiwum Danych dla Zarządzania Klimatem (IBTraCS – International Best Track Archive for Climate Stewardship) – zestawu danych opartego na 6-godzinnych historycznych zapisach, pochodzących z różnych źródeł, i dostarczającego informacji o naturze burzy, lokalizacji centrum burzy, maksymalnych utrzymujących się wiatrach, minimalnym ciśnieniu centralnym i prędkości burzy.

Ogólnie naukowcy dali do zrozumienia, że pozatropikalne fale Rossby’ego nie mają znaczącego wpływu na ekstremalne opady deszczu na południowym Pacyfiku, jednak mogą generować niezbędne zakłócenia, które mogą przekształcić się w ekstremalne opady deszczu.

—

Referencje:

1. Pariyar S. K. et al., 2020 ; Factors affecting extreme rainfall events in the South Pacific ; Weather and Climate Extremes ; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212094719301434

Ostatnie analizy, wynikające z obserwacji opadów nad Europą i Ameryką Północną, pokazują znaczny wzrost częstotliwości opadów atmosferycznych. Np. na Wyspach Brytyjskich, na południu Europy czy też w delcie Missisippi, w Nowej Anglii.

Gunnar Myhre z Centrum Międzynarodowych Badań Klimatu CICERO w Oslo, wraz ze swoim zespołem badawczym, zauważył, że obecnie w ocieplonym świecie za mało bierze się pod uwagę badanie częstości opadów atmosferycznych, a więcej uwagi skupia się na ich intensywności, co zostało już dokładnie przeanalizowane w V Raporcie Oceny IPCC. Podobnie słabo został przebadany łączny wpływ, zarówno intensywności, jak i częstotliwości opadów atmosferycznych ¹.

Naukowcy zauważyli w symulacjach komputerowych za pomocą modeli klimatycznych, całkowite opady pod względem zmian intensywności prawie podwajają się na stopień ocieplenia, ale przeważnie mają na to wpływ zmiany częstotliwości.

Aby oszacować wielkość intensywności i częstotliwości opadów, naukowcy użyli do obliczeń parametru funkcji gęstości prawdopodobieństwa (PDF – probability density function) opadów odpowiadających referencyjnej temperaturze powietrza na powierzchni, w porównaniu z funkcją o wyższej temperaturze powietrza na powierzchni.

—

Rys. Opady deszczu w mm, w Europie, w zakresie 99 percentyli (R99p – Rainfall 99 percentile), podane ze zbioru danych zaobserwowanych zdarzeń (E-OBS – events-observation). Zielona linia ukazuje średnią z lat 1951–1980 jako okres odniesienia w każdym punkcie siatki dla progu 99. Żółta linia ukazuje prawie cały okres 60 lat (1951–1980 plus 1984–2013) do obliczenia 99 percentyla dziennych opadów na poziomie punktu siatki, a następnie, jak średnia zmieniała się w tym okresie 60 lat. Linie przerywane pokazują średnią R99p dla dwóch okresów (1951–1980 i 1984–2013).

—

Rysunek powyższy przedstawia zmianę R99p w Europie między dwoma wybranymi okresami.

Naukowcy zasugerowali, że typowym sposobem analizy zmian w ekstremalnych opadach jest dokładne śledzenie ewolucji percentyli dziennych opadów pod względem obliczenia PDF. Wzrost opadów wyniósł (pomiędzy dwoma 30-letnimi okresami) w Europie dla zdarzeń ekstremalnych od 95% (występujących średnio raz na 20 dni) przez 99,9 % (występujących raz na 1000 dni) do 99,97 % (występujących średnio raz na 10 lat).

Ponadto naukowcy zbadali częstość opadów atmosferycznych w obszarach poza kontynentem europejskim. W swojej pracy stwierdzili jakie metody badawcze zastosowali dla badanych regionów:

Wykorzystujemy pomiary z poszczególnych stacji meteorologicznych nad wybranymi regionami, a także siatkowe produkty opadów atmosferycznych nad Europą, USA, Japonią i Australią. Regiony te wybrano na podstawie dostępności wysokiej jakości danych długoterminowych. Obserwacje są analizowane dla jednego niedawnego i jednego okresu referencyjnego trwającego około 30 lat, przy użyciu szeregów czasowych cofających się w czasie, o ile pozwalają na to zapisy obserwacyjne. Oprócz danych obserwacyjnych wykorzystujemy wyniki kilku globalnych modeli ogólnej cyrkulacji atmosfery i oceanów (GCM) z fazy 5 projektu porównywania modeli sprzężonych (CMIP5). Wyniki modelu są analizowane w okresie historycznym oraz dla przyszłego scenariusza z wysokimi emisjami gazów cieplarnianych (RCP8.5). Zmiany w opadach są konsekwentnie przedstawiane jako zmiana względna podzielona przez globalną średnią zmianę temperatury powierzchni w wybranych okresach.

—

Referencje:

1. Myhre G. et al., 2019 ; Frequency of extreme precipitation increases extensively with event rareness under global Warming ; Scientific Reports ; https://www.nature.com/articles/s41598-019-52277-4

Nawalne opady deszczu oraz często towarzyszące im powodzie są coraz mocniej wpisywane w rzeczywistość coraz bardziej ocieplającego się świata. Wzrost temperatury powietrza oznacza wzrost pary wodnej, czyli wilgoci w atmosferze. Zaburzenia wielu cyrkulacji atmosferycznych i oceanicznych oraz oscylacji atmosferyczno-oceanicznych, a także wielu innych zjawisk atmosferycznych, oceanicznych i atmosferyczno-oceanicznych, w tym cyklonów, jeszcze bardziej nasilają powstawanie tychże bardzo niebezpiecznych ekstremów pogodowych, których intensywność i częstość niestety będzie wzrastać wraz z dalszym ocieplaniem się klimatu.

—–

W dniach 12-15 lipca 2021 roku na obszarze północnych Niemiec w Nadrenii Północnej-Westfalii i w Nadrenii-Palatynacie, wzdłuż rzek Ahr i Erft oraz wzdłuż rzeki Mozy na terenie Belgii i Luksemburgu, doszło do tragicznych zdarzeń pogodowych. Przez ten okresu czasu region ten nawiedziły ekstremalne opady deszczu, doprowadzając do błyskawicznych powodzi, które spowodowały zalanie przez uregulowane rzeki wielu terenów odlesionych i silnie zurbanizowanych. Podczas tej tragedii zginęło 184 mieszkańców Niemiec i 38 mieszkańców Belgii.

—

Fot.1. Strona główna > Ekstremalne opady deszczu > Obfite opady deszczu, które doprowadziły do poważnych powodzi w Europie Zachodniej, bardziej prawdopodobnych z powodu zmian klimatycznych (zdjęcie z serwisu World Weather Attribution).

—

Podczas tego ekstremalnych wydarzeń została uszkodzona infrastruktura, min. drogi, w tym autostrady, linie kolejowe, mosty, a także pola uprawne.

Przyczyną tego pechowego zdarzenia dla mieszkańców tego regionu Europy Zachodniej było odcięcie systemu niskiego ciśnienia „Bernd” od wiatrów zachodnich. Dlatego też, gdy tenże niż usadowił się na dłużej w tymże regionie, to przez kilka dni trwające bardzo intensywne opady deszczu doprowadziły do równie intensywnych powodzi.

—

Rys.1. Po lewej stronie – opady skumulowane w ciągu dwóch dni (48h akumulacja 13 lipca 00:00 UTC – 15 lipca 2021, 00:00 UTC). Po prawej stronie – Opady skumulowane w ciągu 24 godzin dla każdego dnia, w którym wystąpiły ekstremalne opady (zdjęcie z World Weather Attribution).

—

Naukowcy z Niemiec, Belgii, Holandii, Szwajcarii, Francji, Luksemburga, USA i Wielkiej Brytanii, współtworzący World Weather Attribution (WWA), którzy zbadali to zdarzenie pogodowe, nie mają już żadnych wątpliwości, że te ekstremalne zjawiska pogodowe już mają i będą mieć miejsce w coraz cieplejszym świecie, przy kontynuacji obecnego scenariusza emisji gazów cieplarnianych.

Na podstawie lipcowej tragedii mieszkańców Europy Zachodniej, Frank Kreienkamp, z Niemieckiej Służby Pogodowej (DWD – Deutscher Wetterdienst) oraz Regionalnego Biura Klimatycznego w Poczdamie w Niemczech, i jego współpracownicy, jak min. dr Friederike Otto z Instytutu Zmian Środowiska na Uniwersytecie w  Oksfordzie oraz prof. Geert Jan van Oldenborgh z Królewskiego Holenderskiego Instytutu Meteorologicznego w de Bilt, na łamach WWA ¹, i później w swojej pracy naukowej ², wyciągnęli następujące wnioski:

Poważne powodzie były spowodowane bardzo intensywnymi opadami deszczu przez okres 1-2 dni, wilgotnymi warunkami jeszcze przed zdarzeniem oraz lokalnymi czynnikami hydrologicznymi. Chociaż odpływy rzeczne i poziomy wody są elementami fizycznymi najbardziej bezpośrednio powiązanymi ze skutkami zdarzenia, nasza ocena koncentruje się na głównym czynniku meteorologicznym, jakim są obfite opady deszczu. Wynika to z faktu, że niektóre systemy monitoringu hydrologicznego uległy zniszczeniu podczas powodzi, a dane o wystarczająco wysokiej jakości i ilości nie są obecnie dostępne.

Naukowcy obserwowali wielkość opadów w niemieckich rzekach Ahr i Erft oraz w belgijskiej części zlewni Mozy. Opady lipcowe były rekordowe. Naukowcy, dokonując oceny wpływu zmian klimatu, starali się określić w jakim zakresie mogły one nałożyć się na naturalne. Odkryli niebawem, że w regionie między północną częścią Alp a Holandią, średnio prawdopodobieństwo wystąpienia podobnego zdarzenia raz na 400 lat, a może nawet częściej.

Intensywność jednodniowych opadów deszczu w badanym regionie, w stosunku do okresu przedprzemysłowego, wzrosła o około 13-19%. Ten obecny wzrost intensywności opadów jednodniowych jest mniej więcej podobny do wielkości intensywnych opadów dwudniowych przed 1850 r., gdy klimat był chłodniejszy o 1,2 °C. Współczynnik ten od tamtego czasu wzrósł od 1,2 do 9.w tym regionie. Liczby te są zawarte na podstawie obserwacji pomiarów, symulacji modeli regionalnych i globalnych opadów deszczu o bardzo wysokiej rozdzielczości, w których jest wykorzystana przy symulacji konwekcja.

Jednakże naukowcy dostrzegli, że zmiany intensywności regionalnych opadów deszczu i ich prawdopodobieństwa wystąpienia są bardziej miarodajne w obserwacjach aniżeli w symulacjach wszystkich modeli. Gdyż w cieplejszym klimacie, w którym temperatura wynosi 2°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego, intensywność takiego prawdopodobnego ekstremalnego regionalnego jednodniowego opadu deszczu ma wzrosnąć o dalsze 0,8-6%, a współczynnik prawdopodobieństwa ma wzrosnąć od teraz o dalsze 1,2-1,4. Wzrost jednodniowego zdarzenia ekstremalnego regionalnego opadu deszczu, przy globalnej temperaturze 2°C, ma być tak samo podobny jak dzisiejszy taki opad dwudniowy.

Naukowcy podsumowując temat ekstremalnie intensywnych opadów deszczu w Niemczech i Belgii zaznaczyli, że pilną potrzebą jest zwiększenie prac nad tymi dynamicznie zachodzącymi zjawiskami pogodowymi i klimatycznymi oraz zmoblizowanie władz i społeczeństwa w ramach przygotowań adpatacyjnych do możliwych wystąpień takich w niedalekiej przyszłości:

Powodzie z lipca 2021 r. spowodowały ekstremalne skutki, w tym ponad dwieście zgonów. Biorąc pod uwagę rzadkość tego zdarzenia, jest oczywiste, że jest to bardzo ekstremalne zdarzenie, które prawdopodobnie spowoduje negatywne skutki. Jednak szczególnie biorąc pod uwagę, że takie wydarzenia będą występować częściej w przyszłości, zbadanie, w jaki sposób można zmniejszyć podatność i narażenie, staje się kluczowe dla ograniczenia przyszłych skutków.

—

Referencje:

1. Kreienkamp F. et al., 2021 ; Heavy rainfall which led to severe flooding in Western Europe made more likely by climate change ; World Weather Attribution ; https://www.worldweatherattribution.org/heavy-rainfall-which-led-to-severe-flooding-in-western-europe-made-more-likely-by-climate-change/
2. Kreienkamp F. et al., 2021 ; Heavy rainfall which led to severe flooding in Western Europe made more likely by climate change ; World Weather Attribution ; https://www.worldweatherattribution.org/wp-content/uploads/Scientific-report-Western-Europe-floods-2021-attribution.pdf

Czy polarny prąd strumieniowy może mieć taki wpływ, że już na początku września czy pod koniec maja mogą pojawić się nie tylko przymrozki, ale i nawet krótkotrwałe opady śniegu na nizinach średnich szerokości?

Wszystko zależy od tego, jak daleko na niskie szerokości będą trafiać coraz częstsze masy polarno-arktycznego powietrza. I na odwrót. Jak daleko na wysokie szerokości będą trafiać coraz częstsze masy tropikalno-zwrotnikowego powietrza.

Szczególne zainteresowanie wśród naukowców wzbudzają wiry polarne na obu biegunach. Zwłaszcza ten nad Arktyką, którego rozbicie wywołało w drugiej połowie zimy w 2018 i 2021 roku powstanie dość dużych fal zimna.

—

Rys. Grafiki nagłego ocieplenia stratosferycznego (SSW – Sudden Stratospheric Warming) dla średnich i ekstremalnych wskaźników dziennej temperatury powierzchni (Temperature Surface lub Tsfc). Anomalie dziennych temperatur powierzchni w okresie 30-dniowym, od grudnia do kwietnia::a) średniej b) najzimniejszej c) najcieplejszej. Dane dotyczące temperatury powierzchni i daty SSW były obliczane na podstawie reanalizy ERA-interim (1979–2016) (Daniele Domeisen i Amy Butler, 2020)

—

Daniela Domeisen, z Instytutu Nauk o Atmosferze i Klimatu w ETH w Zürichu (Szwajcaria), i Amy Butler z Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA) z Laboratorium Nauk Chemicznych w Boulder (Kolorado w USA), powiedziały na podstawie swoich obserwacji symulacji modeli numerycznych, że pionowe fale planetarne rozchodzące się na granicy troposfery i stratosfery mogą doprowadzić do tzw. nagłego ocieplenia stratosferycznego (SSW – Sudden Stratospheric Warming), co z kolei może wywołać propagację fal lodowatego powietrza ze stratosfery w dół do troposfery i ku powierzchni Ziemi. Często ma ono związek z ujemną fazą oscylacji północnoatlantyckiej (NAO – North Atlantic Oscillation) ¹.

Naukowczynie piszą, że ekstrema stratosferycznych wirów polarnych na półkuli północnej (NH – North Hemisphere), takie jak SSW w środku zimy lub silne wirowe zdarzenia, zwykle poprzedzają zmianę w kierunku anomalnie trwałych warunków pogodowych, trwającą nawet do 2 miesięcy. Gdy następuje zakończenie SSW , wówczas pojawiają zazwyczaj wybuchy zimnego powietrza w średnich szerokościach geograficznych, powiązane z ekstremalnie niskimi dziennymi minimalnymi i maksymalnymi temperaturami. W szczególności jest to bardzo dotkliwe w Europie Północnej i Azji, które mają wpływ na zdrowie ludzi i zwierząt.

Wybuchy zimnego powietrza występują również nad Północnym Atlantykiem i Oceanem  Arktycznym. Są to tzw. morskie ogniska zimnego powietrza (MCAO – Marine Cold Air Outbreaks). Te zjawiska atmosferyczne są skorelowane z ekstremalnymi prędkościami przyziemnego wiatru, czasami związanymi ze zwiększonym ryzykiem tworzenia się specyficznych niżów polarnych (znanych również jako arktyczne huragany), które często zwiększają ryzyko narażenia infrastruktury morskiej i przybrzeżnej oraz żeglugi arktycznej.

Rekordowo silny wir polarny na półkuli północnej (NH), który miał miejsce na początku 2020 roku był związany z serią kolejnych burz, które uderzyły w Wielką Brytanię i Europę Północną. Te ekstremalne zdarzenia pogodowe przyniosły z sobą rozległe zniszczenia oraz bezprecedensowe pojawienie się długotrwałego ciepła w Eurazji. Zdarzenia odbicia fal propagacyjnych wpłynęły na powstanie wybuchów zimnego powietrza nad środkową Kanadą.

Śnieżyce (sztormy śnieżne lub inaczej cyklony śnieżne) są przez ostatnie lata dość częste w północno-wschodniej części USA i na wschodnich wybrzeżach Labradoru we wschodniej Kanadzie, które stają się silniejsze, im wolniej zaczyna meandrować polarny prąd strumieniowy. Nieco rzadziej, występują one także w Europie. Np. Tak było zimą na przełomie lutego i marca 2018 roku. To właśnie wtedy zaobserwowano, że któregoś dnia temperatura w Warszawie była chłodniejsza niż na samym biegunie północnym. Do tego zdarzenia doszło po rozbiciu wiru polarnego na trzy części, gdy stratosferyczne zimno rozlało się z polarnych wysokich szerokości daleko na średnie niskie szerokości geograficzne w Ameryce Północnej, Europie i Azji. Na ten temat w serwisie Nauka o klimacie napisali Hubert Bułgajewski i Marcin Popkiewicz ².

—

Rys.2. Zimą 2020 r. wystąpił rekordowo silny wir polarny. (Paul Duginski / Los Angeles Times) Grafika: NOAA ³.

—

Naukowczynie, wyżej wymienionej pracy, stwierdziły, że po zakończeniu SSW wraz z ujemną fazą NAO przeważnie występują miesiące wiosenne i letnie, bardzo chłodne na średnich szerokościach oraz mocno wilgotne w obszarach podzwrotnikowych o klimacie śródziemnomorskim. Często ma to związek z wychyleniem toru burz daleko na południe z północnego Atlantyku w kierunku równika, co niejednokrotnie zwiększa prawdopodobieństwo występowania również uciążliwych powodzi w Europie południowej. Zmiana frontu polarnego w kierunku południowym prowadzi do powstawania okresów susz w północno-zachodniej części Skandynawii i na Wyspach Brytyjskich. Wówczas po drugiej stronie północnego Atlantyku we wschodniej części Kanady panuje anomalne ciepło. Również jest bardzo gorąco w subtropikach Afryki i Azji.

Bez zdarzenia SSW normalnie i szybko płynący wir polarny, podczas dodatniej fazy NAO, przyczynia się często do występowania susz w południowej Europie, ponieważ tor burz wzdłuż frontu polarnego płynie prawidłowo na wysokości północnego Atlantyku przynosząc z sobą wilgotne i mokre miesiące w północnej Europie, w szczególności w Wielkiej Brytanii. Panuje wówczas rekordowe ciepło w Eurazji, a ekstremalne zimno pojawia się nad środkową Kanadą i środkowymi stanami USA.

Wszystkie te zawirowania pogodowe mają związek z długofalową naturalną zmiennością, na którą nakładają się antropogeniczne zmiany klimatu. Coraz częstsza obecność wolno meandrującego polarnego prądu strumieniowego jest związana z nierównowagą konwekcyjno-radiacyjną, to znaczy z tym, że do układu ziemskiego wchodzi więcej energii niż z niego wychodzi w kosmos. Kiedy nastąpi kolejna równowaga konwekcyjno-radiacyjna, może to oznaczać, że polarny prąd strumieniowy może znowu przyspieszyć, ale już przy wyższej temperaturze globalnej. Wówczas dalsze emisje gazów cieplarnianych, ponownie, sprawią, że nastąpi wzmocnienie arktyczne i gradient temperatur pomiędzy biegunem północnym a równikiem znowu mocno zwiększy się, co może oznaczać ponownie wzmocnienie ekstremalnych zjawisk pogodowych.

—

Referencje:

1. Domeisen D. I. V. et al., 2020 ; Stratospheric drivers of extreme events at the Earth’s surface ; Communications Earth & Environment ; https://www.nature.com/articles/s43247-020-00060-z
2. Bułgajewski H., Popkiewicz M., 2018 ; W Warszawie zimniej niż na biegunie północnym ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/w-warszawie-zimniej-niz-na-biegunie-polnocnym-277/
3. Duginski P., 2020 ; If a warm U.S. winter was ‘a preview of global warming’, what part did a polar vortex play? ; Los Angeles Times ; https://www.latimes.com/california/story/2020-03-28/if-a-warm-u-s-winter-was-a-preview-of-global-warming-what-part-did-a-polar-vortex-play

Pod względem ekonomicznym, duży ekosystem morski północno-wschodniego szelfu (NES – Northeast Shelf) Stanów Zjednoczonych obsługuje niektóre z najbardziej wartościowych łowisk przybrzeżnych w kraju. Jednak większość tych dochodów pochodzi z połowu skorupiaków, które są wrażliwe na zakwaszenie oceanów (OA – Ocean Acidification), którego prognozy wskazują w najbliższych latach na dalszy wzrost.

Grace Saba i Liza Wright-Fairbanks z Rutgers w Stanowym Uniwersytecie New Jersey oraz Baoshan Chen z Uniwersytetu Stony Brook i Wei-Jun Cai z Uniwersytetu Delaware w 2018 roku przetestowali szybowiec autonomiczny Slocum w kształcie żółtej torpedy, który przez trzy tygodnie mierzył pH, zasolenie i temperaturę wód oceanicznych w całym słupie wody przybrzeżnego Atlantyku, od portowego miasta Atlantic City do skraju podwodnego szelfu kontynentalnego na odcinku 130 mil, tam i z powrotem ¹.

—

Fot. Szybowiec Slocum obsługiwany przez Rutgers University jest rozmieszczony u wybrzeży New Jersey. Podwodne szybowce wyposażone w czujniki dostarczają danych na żywo, które pomagają naukowcom zrozumieć w czasie rzeczywistym, jak zmienia się kwasowość w oceanach Ziemi. Źródło: Liza Wright-Fairbanks, Rutgers University

—

Dane porównawcze pH mierzonego na północno-wschodnim szelfie kontynentalnym na różnych jego głębokościach, od powierzchni oceanu do dna, tradycyjną metodą spektrofotometryczną za pomocą pobierania próbek wody, a metodą za pomocą przemieszczania się automatycznego szybowca, wyraźnie się różniły. Okazało się, że pomiary czujnika pH z szybowca miały znacznie wyższą rozdzielczość z dokładnością 0,011 jednostek lub nawet lepszą, mierzoną non stop w ciągu kilku tygodni w całym słupie wody oceanicznej.

Ogólnie naukowcy ci zaobserwowali, że wcześniejsze wysiłki w zakresie monitorowania zakwaszenia miały albo zbyt niską rozdzielczość przestrzenną (cumowanie), albo z kolei zbyt wysokie koszty i zbyt niską rozdzielczość czasową oraz przestrzenną (rejsy badawcze).

—

Rys. Mapa pokazująca lokalizację pierwszych wodowań szybowca pH. W przypadku pierwszego wodowania (tor w kolorze magenta) szybowiec został zwodowany u wybrzeży Atlantic City w stanie New Jersey w dniu 2 maja 2018 r. i wykonał pomiary pH i innych zmiennych od przybrzeżnego do skraju szelfu kontynentalnego i z powrotem, gdzie został zacumowany 22 maja 2018 r. W przypadku drugiego zwodowania (trasa w kolorze błękitnym), szybowiec został zwodowany na wschód od Georges Bank 5 lipca 2018 roku i wykonał pomiary pH i innych zmiennych podczas przepływu, dopóki nie został zacumowany u wybrzeży Atlantic City 28 sierpnia 2018 r. Podczas tego zwodowania szybowiec był wciągnięty w ciepły wir na prawie 5 dni (żółte równoległoboki i koło). Zaniepokojeni biodegradacją z powodu długiego okresu przebywania w ciepłej wodzie, 31 lipca szybowiec ten został przechwycony na południe od Montauk w stanie New Jersey w Stanach Zjednoczonych (Grace Saba i Liza Wrighr-Fairbanks, 2018).

—

W serwisie naukowym NOAA OAP (NOAA Ocean Acidification Program) prof. Grace Saba napisała ²:

Ten projekt optymalizuje sieć obserwacyjną NES OA obejmującą regiony środkowego Atlantyku i Zatoki Maine poprzez dodanie sezonowych rozmieszczeń podwodnych szybowców wyposażonych w transformujące, nowo opracowane i przetestowane głębokie czujniki pH oparte na ISFET oraz dodatkowe czujniki (pomiar temperatury, zasolenia dla całkowitej zasadowości i oszacowanie nasycenia aragonitem [ΩArag], tlenu i chlorofilu), optymalizacja istniejących regionalnych próbek w celu usprawnienia pomiarów chemii węglanów w kilku kluczowych lokalizacjach oraz kompilacja i integracja istniejących zasobów OA. Naukowcy zastosują te dane do istniejącego modelu ekosystemu/biogeochemii oceanicznej NES (BGC), który rozwiązuje chemię węglanów i jej zmienność.

—

Referencje:

1. Saba G. K. et al., 2018 ; The Development and Validation of a Profiling Glider Deep ISFET-Based pH Sensor for High Resolution Observations of Coastal and Ocean Acidification ; Observation Ocean ; https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2019.00664/full
2. Saba G. K., 2020 ; OAP Projects in the Southeast U.S. Optimizing Ocean Acidification Observations for Model Parameterization in the Coupled Slope Water System of the U.S. Northeast Large Marine Ecosystem ; NOAA OAP ; https://oceanacidification.noaa.gov/CurrentProjects/Southeast/TabId/2910/ArtMID/14230/ArticleID/15729/Optimizing-Ocean-Acidification-Observations-for-Model-Parameterization-in-the-Coupled-Slope-Water-System-of-the-US-Northeast-Large-Marine-Ecosystem.aspx

Ocean Południowy do tej pory był dość skutecznym buforem mocno spowalniającym wzrost koncentracji dwutlenku węgla oraz temperatury w atmosferze. To wszystko jednak ulega zmianie.

Dr Adrienne J. Sutton – oceanograf z Narodowej Administracji Oceaniczno-Atmosferycznej Morskiego Laboratorium Środowiskowego Pacyfiku (NOAA PMEL – Pacific Marine Environmental Laboratory), Nancy Williams – adiunkt na Uniwersytecie Morskich Nauk Południowej Florydy (University of South Florida College of Marine Science) oraz dr Bronte Tilbrook – biogeochemik pracujący w australijskim Hobarcie w jednostce biznesowej Oceany i Atmosfera Wspólnoty Organizacji Badań Naukowych i Przemysłowych (CSIRO OAF – Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization Oceans and Atmosphere Flagship), zaobserwowali, że Ocean Południowy, od strony Oceanu Indyjskiego, zaczął więcej odgazowywać węgla niż go pochłaniać. ¹

—

Rys.1. Strumień CO₂ obliczony na podstawie ciśnienia parcjalnego p CO₂ mierzonego przez powierzchniowy pojazd bezzałogowy (USV – Unmanned Surface Vehicle) , temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) i zasolenia powierzchni morza (SSS – Sea Surface Salinity) oraz prędkości wiatru za pomocą wieloplatformowej krzyżowej kalibracji w wersji 2 (CCMP V2 – Cross-Calibrated Multi-Platform, version 2). Dane pokazują lokalizację USV wraz z czasem. Czarne linie wskazują lokalizacje klimatologiczne głównych frontów (Alejandro H. Orsi i inni, 1995) (Adrienne J. Sutton et al., 2021).

—

Fot.1. Robot wodny Saildrone 1020 zbliża się do Point Bluff w Nowej Zelandii w sztormowych warunkach po pierwszym bezzałogowym opłynięciu Antarktydy na początku sierpnia 2019 r. Przepłynął ponad 13 000 mil wokół Oceanu Południowego w 196 dni. (Źródło zdjęcia: Saildrone Inc.)

—

Bezzałogowy powierzchniowy pojazd (USV – Unmanned Surface Vehicle), Saildrone 1020, użyty w celu badań Oceanu Południowego, w 2019 r. opłynął dookoła całą Antarktydę – 13 000 mil w ciągu 196 dni i zarejestrował wyniki takich pomiarów, na których podstawie, wyżej wymienieni, naukowcy wyciągnęli powyższe wnioski:

Postęp technologiczny bezzałogowych pojazdów naziemnych (USV) pozwala sprostać tym wyzwaniom obserwacyjnym poprzez zdalne pomiary w trudnych warunkach atmosferycznych w korelacji z bezpośrednimi pomiarami ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla (p CO₂) powietrze-morze oraz prędkości wiatru.

Ponadto, na podstawie pomiarów zebranych ze statków przez kilkadziesiąt lat naukowcy doszli do wniosku, że Ocean Południowy jest głównym buforem chroniącym przed zmianami klimatu, pochłaniając aż 75 procent nadmiaru ciepła oraz przyczyniając się do 40 procent emisji dwutlenku węgla przez ludzkość od początku rewolucji industrialnej.

Zdaniem dziennikarza naukowego Theo Steina, piszącego dla serwisu NOAA Climate.gov, wstępne pionierskie wyniki badawcze zasugerowały, że obszary Oceanu Południowego, zidentyfikowane przez pływaki jako potencjalne źródła CO₂, rzeczywiście emitowały gaz cieplarniany w miesiącach zimowych. Saildrone 1020 zbliżył się również na tyle blisko jednego z pływaków, aby umożliwić naukowcom porównanie pomiarów CO₂, co stanowi cenną kontrolę krzyżową różnych robotów i technik obserwacyjnych. ²

Generalnie, Ocean Południowy, którego powierzchnia na Ziemi wynosi około 30%, odgrywa dużą, kluczową rolę w globalnym klimacie. Jest on ogromnym obszarem, w którym spotykają się prądy oceaniczne i jest bardzo ważnym łącznikiem między atmosferą a głębinami oceanicznymi w zakresie przenoszenia ciepła i węgla.

—

Referencje:

1. Sutton A. J. et al., 2021 ; Constraining Southern Ocean CO₂ Flux Uncertainty Using Uncrewed Surface Vehicle Observations ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091748
2. Stein T., 2019 ; Saildrone is first to circumnavigate Antarctica, in search for carbon dioxide ; NOAA ; https://www.noaa.gov/news/saildrone-is-first-to-circumnavigate-antarctica-in-search-for-carbon-dioxide

Pożary, z powodu postępującego ocieplania się troposfery ziemskiej, są już, na całym świecie, prawie na wszystkich kontynentach. Jednak najbardziej spektakularne, od minionej dekady, występują właśnie w Kalifornii, o czym na początku rozdziału wspomnieliśmy.

Praca zespołowa, której autorem jest A. Park Williams, bioklimatolog z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty na Uniwersytecie Columbia, przedstawiła dokładną analizę wpływu antropogenicznych zmian klimatu na pożary w Kalifornii ¹.

Pożary w Kalifornii najczęściej występują w ciepłych okresach letnich i jesiennych i w dużej mierzą zależą od typu roślinności i jej stopnia wilgotności, topografii, zależnej od układu ciśnień atmosferycznych, oraz wzorców osadnictwa ludzkiego, w tym rozbudowywanego na obrzeżach lasów.

W serwisie Science Daily autorzy powyższej pracy napisali ²:

Na tle długotrwałych wzrostów temperatury w ostatnich dziesięcioleciach, Kalifornia odnotowuje coraz większe skoki sezonowych pożarów, a w ciągu ostatnich dwóch lat ciąg katastrofalnych, rekordowych pożarów. To skłoniło naukowców, polityków i media do zastanowienia się: jaką rolę może tu odegrać ocieplenie klimatu? Nowe badanie ukazuje wiele czynników, które mogą sprzyjać pożarom, i stwierdza, że ​​w wielu, choć nie we wszystkich przypadkach, ocieplenie klimatu jest decydującym czynnikiem. Badanie wykazało w szczególności, że ogromne letnie pożary lasów, które nawiedziły Północne Wybrzeże i regiony Sierra Nevada, mają ostatnio silny związek z suchymi warunkami gruntowymi wywołanymi przez rosnące ciepło. Sugeruje to, że pożary lasów mogą wzrosnąć wykładniczo w ciągu najbliższych 40 lat, w miarę dalszego wzrostu temperatury.

—

Rys.1. Sezonowe i roczne spalone obszary w Kalifornii w latach 1972–2018. a) Całkowity obszar spalony w czterech regionach zainteresowania: b) Wybrzeże Północne, c) Sierra Nevada, d) Wybrzeże Środkowe, oraz e) Wybrzeże Południowe. Roczny spalony obszar rozkłada się na ten, który wystąpił w okresie styczeń-kwiecień (zielony kolor), maj-wrzesień (czerwony kolor) i październik-grudzień (pomarańczowy kolor). Znaczące prawdopodobieństwo (p < 0,05) trendów przedstawiono jako pogrubione czarne krzywe Park Williams i inni, 2019).

—

Badanie dokonuje analizy coraz większego wpływu ocieplenia klimatu na inicjację pożarów w zachodniej części Ameryki Północnej, szczególnie w stanie Kalifornia. Jednak występują one sezonowo, głównie latem oraz jesienią.

W latach 1972-2018, Kalifornia doświadczyła pięciokrotnego wzrostu rocznej spalonej powierzchni, głównie ze względu na ponad ośmiokrotny wzrost zasięgu letnich pożarów lasów. Wpłynęło na to wszystko wiele czynników.

Naukowcy zwrócili, tutaj, szczególną uwagę na suchość atmosfery nad Kalifornią, zwłaszcza nad jej południową częścią, która jest często także powodowana napływem gorącego pustynnego powietrza, niejednokrotnie przynoszącego specyficzne bardzo suche i gorące wiatry fenowe, tzw. Santa Ana. Wzmocniony efekt ekstremów pogodowych – fal upałów i suszy inicjuje zapłony niekontrolowanych pożarów.

Już od wczesnych lat siedemdziesiątych XX wieku, średnio bardzo gorące i suche dni w całej Kalifornii ociepliły się do dziś o około 1,4°C,  w stosunku do okresu 1900-2000.

Ponadto, w atmosferze nad wybrzeżami, i z dala od nich, w części górzystej Kalifornii, nastąpił znaczny spadek opadów deszczu, zwłaszcza w okresie od wiosny do jesieni, z powodu blokady wyżowej na Pacyfiku, przez to znacznie zwiększył się deficyt ciśnienia pary wodnej (VPD – Vapour Pressure Deficit), opisany wcześniej w rozdziale z suszami. Najprościej mówiąc, jest to pobór wilgoci przez gorące powietrze atmosferyczne.

Naukowcy na wstępie swojej pracy napisali:

Trendy te są zgodne z trendami antropogenicznymi symulowanymi przez modele klimatyczne. Reakcja obszarów letnich pożarów lasów na VPD jest wykładnicza, co oznacza, że ​​ocieplenie ma coraz większy wpływ. Solidne międzyroczne relacje, między VPD a obszarem letniego pożaru lasu, silnie sugerują, że prawie cały wzrost tegoż obszaru, w latach 1972–2018, był spowodowany wzrostem VPD. Wpływ zmiany klimatu na letnie pożary lasów był mniej widoczny na terenach nieleśnych. Jesienią dominującymi stymulatorami pożarów są wiatry i opóźniony początek opadów zimowych. Chociaż te zmienne nie zmieniły się znacząco w ciągu ostatniego stulecia, ocieplenie gruntów i wynikające z tego wysychanie w nich paliwa w coraz większym stopniu zwiększa prawdopodobieństwo dużych jesiennych pożarów. Wśród wielu procesów ważnych dla różnych reżimów pożarowych w Kalifornii, suszenie paliwa wywołane ociepleniem jest jak dotąd najwyraźniejszym powiązaniem między antropogeniczną zmianą klimatu a zwiększoną aktywnością pożarów w Kalifornii.

Na dodatek, na południu Kalifornii naukowcy zaobserwowali, z roku na rok, coraz bardziej zmniejszającą się grubość pokrywy śniegowej. Bywają lata, że prawie śniegu nie ma wcale. Coraz mniej jest wilgoci w glebie, co z kolei wpływa na to, że roślinność, zwłaszcza drzewostany iglaste, ma coraz bardziej obniżony poziom wód gruntowych. Dłuższy niedostatek deszczu oraz coraz gorętsza atmosfera w upalne letnie, a także, coraz częściej, ciepłe jesienne dni (tu z powodu wspomnianych wiatrów fenowych Santa Ana), sprawia, że roślinność ta cierpi na stres wodny i zarazem cieplny. A to z kolei skutkuje jej masowym wysychaniem. Dlatego też niejednokrotnie w takich zapalnych regionach świata jak Kalifornia, wysychająca roślinność staje się paliwem zapalnym do powstawania wielkoskalowych pożarów.

Kierownik badania i autor wspomnianej pracy – Park Williams w serwisie Science Daily powiedział:

Nie jest zaskoczeniem, że klimat ma taki wpływ na lasy, ale Kalifornia jest tak duża i tak zmienna, że ​​nie ma jednego uniwersalnego wyjaśnienia, w jaki sposób klimat może wpływać na pożary na całym świecie.

Staraliśmy się zapewnić kompleksowe wyniki badań, aby pokazać ludziom, jak klimat wpłynął lub, w niektórych przypadkach, nie wpłynął na aktywność pożarową.

Podwyższone temperatury i wynikająca z tego suchość na ziemi podwoiły obszar wypalony w pożarach lasów na większych obszarach zachodnich Stanów Zjednoczonych w ostatnich dziesięcioleciach.

W kalifornijskich lasach infrastruktura ludzka rozrasta się, co stwarza potencjalne zagrożenie nie tylko dla tych wrażliwych ekosystemów, ale i też dla ludzi mieszkających w pobliżu nich.

Chociaż, jak zauważyli słusznie naukowcy, fragmentacja krajobrazów leśnych, w wyniku ingerencji człowieka, może w niektórych przypadkach ograniczać rozprzestrzenianie się pożarów. Jednak z powodu skurczenia się szaty roślinnej, opady deszczu i śniegu, z roku na rok, stają się coraz rzadsze i czasami te obszary lokalne mogą być narażone na zwiększenie ryzyka powstania pożaru, a czasami na jego zmniejszenie także. Wszystko zależy od wielu złożonych czynników naturalnych wpływających na kształt i dynamikę pogody i klimatu Kalifornii. Ale obszary zbiorowisk roślinnych zdominowane przez krzewy lub trawy z niewielkimi zadrzewieniami w danym regionie, wcale nie muszą podobnie reagować.

Naukowcy łącząc wiele danych naukowych z wielu źródeł,, doszli do wniosku, że rosnący deficyt ciśnienia pary wodnej (VPD), wywołany temperaturą, odpowiadał za prawie cały wzrost pożarów lasów w latach 1972-2018.

W grudniu 2017 r. ustanowiono nowoczesny rekord państwowy w zakresie największego indywidualnego pożaru (ponad 285 000 akrów) i najbardziej niszczycielskiego (spalone 5636 budowli, 22 osoby zabite).

—

Fot. Helikopter zrzuca wodę podczas walki z pożarem rancza, częścią pożaru kompleksu Mendocino, w pobliżu Clearlake Oaks w Kalifornii. (Źródło: Noah Berger/AFP/Getty Images)

—

W lipcu 2018 r. ustanowiono nowy rekord pod względem całkowitej rocznej spalonej powierzchni (prawie 1,7 miliona akrów), a rekordy z grudnia 2017 r. zostały pobite w odniesieniu do największego indywidualnego pożaru (pożar kompleks Mendocino, który zniszczył 464 500 akrów) i najbardziej destrukcyjnego: pożaru, który spalił 18 804 budowle i zabił 85 osób. Ogień zrównał z ziemią prawie całą leśną bioróżnorodność Paradise.

Naukowcy w swojej pracy napisali:

Zdolność suchych paliw do wywoływania dużych pożarów jest nieliniowa, co pozwoliło na zwiększenie wpływu ocieplenia.

Ocieplenie spowodowane przez człowieka już znacznie zwiększyło aktywność pożarów w Kalifornii, szczególnie w lasach Sierra Nevada i na północnym wybrzeżu, i prawdopodobnie będzie tak dalej w nadchodzących dziesięcioleciach.

—

W 2022 r. zostało przeprowadzone interesujące badanie pożarów lasów w Kalifornii przez zespół amerykański, który współtworzyli: profesor emerytowany Mark E. Harmon z Wydziału Ekosystemów Leśnych i Społeczeństwa, na Uniwersytecie Stanu Oregon w Corvallis, Chad T. Hanson z Projektu Johna Muira, Earth Island Institute w Big Bear City, Dominick A. DellaSala z Wilde Heritage, projektu Earth Island Institute, stwierdzili, że badania satelitarne i naziemne za pomocą LIDAR, które wykazały, że spalona biomasa leśnych drzew kalifornijskich w płomieniach wielu pożarów średnio wyniosła 85%, to te wyniki ich zdaniem nie są wiarygodne. Naukowcy, spędzając czas w Górach Sierra Nevada, w strefie pożaru Creek, trwającego od września 2020 roku i rozciągającego się na powierzchni 400 000 akrów oraz w strefie pożaru Rim, który miał swój początek w 2013 roku i rozprzestrzenił się na ponad 250 000 akrów, obliczyli, że spalona biomasa tych drzew jest mniejsza niż 2%.

—

Rys.2. Położenie obszaru badawczego w (a) zachodnich Stanach Zjednoczonych, (b) Kalifornii i (c) na obrzeżach pożaru Creek w 2020 roku i pożaru Rim w 2013 roku w górach Sierra Nevada w Kalifornii (Mark E. Harmon et al., 2022).

—

Naukowcy w ciągu czterech lat dokładnie badali pożary na kilku poziomach złożonego wielkoskalowego pożaru. Mianowicie w strefie pożarowej dokładnie zbadali i obliczyli tempo spalania, poczynając od gałęzi, drzew, drzewostanów, a kończąc na krajobrazach. Przy czym ustalili precyzyjnie ilość węgla pozostałego w biomasie drzew i uwolnionego do atmosfery.

Badanie wykazało istotne różnice wskaźników spalania na różnych poziomach. Czyli, na poziomie gałęzi dużych drzew wprawdzie było to 100%, ale już na poziomie małych drzew wyniosło 57%. A analizując wskaźniki spalania na wyższych poziomach: na poziomie drzewostanu, wynik był bardzo niski, wskazał zakres od 0,1% do 3,2%). A na poziomie krajobrazu jeszcze niższy, który pokazał zakres od 0,6% do 1,8%.

Autorzy tego interesującego badania w Science Daily napisali podkreślając dwa istotne fakty, że poziom drzewostanu dotyczy wszystkich gatunków drzew, zarówno iglastych, jak i liściastych, mających różne rozmiary o określonej klasie ciężkości pożaru; a poziom krajobrazu oznacza cały spalony obszar, który jest uśredniony w poszczególnych klasach ciężkości pożaru.

Harmon dla tego samego serwisu powiedział kluczowe bardzo ważne rzeczy dotyczące pożarów lasów:

 „Chociaż wielu naukowców terenowych prawdopodobnie nie uznałoby naszych wyników za zaskakujące, niedawno opublikowano recenzowane szacunki dotyczące spalania do 85% żywych drzew z pożaru krawędzi”

 „Inne badania oparte na przeglądzie literatury sugerują, że do 65% żywych drzew mogło zostać spalonych w miejscach o dużej intensywności. Nikt w procesie recenzowania nie kwestionował wyników”.

Z kolei Hanson powiedział wprost, że powyższe badania w sposób udowadniający, że razem z Harmonem i DellaSallą nie mylą się ani trochę:

“Nawet w przypadku megapożarów sklasyfikowanych jako duże, znaczna część obszaru w obrębie obwodu pożaru płonęła z niską i umiarkowaną intensywnością, przy spalaniu żywych drzew poniżej 0,5% na poziomie drzewostanu”

„To badanie pokazuje wartość badań naziemnych w podejmowaniu decyzji politycznych i zarządzaniu. Usuwanie roślinności na rozległych obszarach prawdopodobnie doprowadzi do większej skumulowanej emisji dwutlenku węgla niż same duże pożary”.

DelaSalla podsumował powyższe badania:

“Naukowcy coraz częściej podkreślają znaczenie magazynowania większej ilości węgla w dojrzałych, starszych drzewach, niezależnie od tego, czy lasy spłonęły, czy nie, jako sposób na ograniczenie całkowitej emisji gazów cieplarnianych.”

„Sugerujemy, aby badacze i decydenci unikali stosowania wskaźników spalania, które nie są oparte na badaniach terenowych, ponieważ wydają się zawyżać emisje pożarów wykorzystywane w raportowaniu emisji dwutlenku węgla; może to potencjalnie źle ukierunkować politykę łagodzenia zmiany klimatu”.

Bez żadnych wątpliwości. Powyższe badanie służy też ochronie przyrody. Przeciwko złym decyzjom wyrębów drzew w rzekomej obawie przed wyolbrzymionymi emisjami dwutlenku węgla podczas trwania pożarów leśnych.

—

Referencje:

1. Williams A. P., 2019 ; Observed Impacts of Anthropogenic Climate Change on Wildfire in California ; Earth’s Future ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019EF001210
2. Earth Institute at Columbia University, 2019 ; Study bolsters case that climate change is driving many California wildfires ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190715103311.htm
3. Harmon M. E., 2022 ; Combustion of Aboveground Wood from Live Trees in Megafires, CA, USA ; Forests ; https://www.mdpi.com/1999-4907/13/3/391
4. Oregon State University, 2022 ; Huge Forest Fires Don’t Cause Living Trees to Release Much Carbon, Research Shows ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220314120657.htm