Od co najmniej początku XXI wieku nie ma dosłownie roku żebyśmy nie mieli do czynienia chociaż z jedną falą upałów. Niestety rośnie nie tylko ich częstotliwość i długość dni oraz natężenie, ale i również wielkość.
Obecnie najbardziej zagrożonymi obszarami są Indie i Pakistan oraz Stany Zjednoczone i nierzadko Europa Zachodnia oraz Australia. I im dłużej będziemy zwlekać z jak najszybszą redukcją emisji gazów cieplarnianych, tym bardziej fale upałów będą dotkliwsze dla nas ludzi oraz dla ekosystemów, zarówno lądowych, jak i morskich.
Sarah E. Perkins-Kirkpatrick z Centrum Badań Zmian Klimatu na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney i S.C Lewis ze Szkoły Nauki Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Canberze, zaobserwowali, że globalnie trendy w częstotliwości fal upałów, ich czasu trwania oraz kumulacji ciepła od lat 50 XX wieku wyraźnie przyspieszyły. Również w skali regionalnej te trendy są zauważalne, także ze względu na wysokie zmienności klimatu. Z kolei trendy w średniej intensywności fal upałów są nieznaczne 1.
Naukowcy wzięli do badań okres 1950-2017 w celu wykrycia trendów zmian badanych parametrów.
W zestawach danych brytyjskiego Met Office – HadGHCND i kalifornijskiego Berkeley Earth – Berkeley Earth, widać wyraźnie, że pod kątem badań regionalnych zmian klimatu, częstotliwość fal upałów wzrosła znacząco prawie we wszystkich regionach Ziemi. W żadnym nie stwierdzono spadku. Podobnie wzrasta skumulowana częstotliwość fal upałów.
Z kolei wspomniana średnia intensywność wykazuje niewielkie zmiany wzrostowe, natomiast przybywa dni z falami upałów oraz wydłużają się one.
W modelu HadGHCND zastosowano quasi-globalną ocenę zmian fal upałów w okresie 1950-2011, gdyż zabrakło danych dla Ameryki Środkowej i Południowej, Bliskiego Wschodu, Indii, Indonezji, północnej Kanady i Grenlandii. Ponadto, ma on niezbyt dokładną rozdzielczość siatki przy 3,75° długości i 2,5° szerokości geograficznej
Z kolei model Berkeley Earth zapewnia znacznie większe pokrycie przestrzenne przy znacznie lepszej rozdzielczości, wynoszącej 1° długości geograficznej na 1° szerokości geograficznej. Ten dokładniejszy pomiar oceny zmian fal upałów jest analizowany w okresie lat 1950-2014.
W badaniu powyższym zastosowano nową metrykę pod względem badań fal upałów. Główna autorka pracy w serwisie The Conversation wyjaśnia co oznacza termin s skumulowane ciepło 2:
Załóżmy na przykład, że w konkretnej lokalizacji próg fali upałów wynosił około 30°C. „Dodatkowe ciepło” w dniu, w którym temperatury osiągają 35°C, wyniosłoby 5°C. Jeśli fala upałów trwała trzy dni, a wszystkie dni osiągnęły 35°C, to skumulowany upał dla tego wydarzenia wyniesie 15°C.
Skumulowane upały zazwyczaj mają miejsce wtedy, gdy sumuje się temperaturę powyżej tego progu we wszystkich dniach fali upałów.
Rys.1. Globalne mapy obserwowanych dekadowych trendów fal upałów.
Trendy w sezonowych dniach fali upałów (a , b); długość najdłuższej fali upałów (c , d); średnia intensywność fali upałów (e , f); oraz skumulowane ciepło (g , h) dla quasi-globalnego zbioru danych obserwacyjnych HadGHCND (a , c , e , g) oraz globalnego zbioru danych obserwacyjnych Berkeley Earth (b , d , f , h) w latach 1950-2014. Trendy są wyrażone jako dni dekady -1 dla (a – d) i °C dekady -1 dla (e – h)
(Sarah Perkins-Kirkpatrick i inni, 2020).
W najgorszym sezonie upałów w Australii w całym kraju wystąpiło dodatkowe 80°C skumulowanych dni upalnych. Natomiast w Rosji i na Morzu Śródziemnym, najbardziej ekstremalne sezony miały dodatkowe 200°C lub więcej.
W serwisie Science Daily dr Sarah Perkins Kirkpatrick powiedziała 3:
Nie tylko widzieliśmy coraz dłuższe fale upałów na całym świecie w ciągu ostatnich 70 lat, ale trend ten znacznie przyspieszył…
…Skumulowane upały wykazują podobne przyspieszenie, wzrastając globalnie średnio o 1 — 4,5°C co dekadę, ale w niektórych miejscach, takich jak Bliski Wschód oraz części Afryki i Ameryki Południowej, trend wynosi do 10°C na dekadę.
Przykładowo, gdy weźmiemy pod uwagę regiony na naszej planecie, to:
W basenie Morza Śródziemnego został zaobserwowany dramatyczny wzrost fal upałów, którego pomiary wykonuje się na przestrzeni kilkudziesięciu lat. W latach 1950-2017 na Morzu Śródziemnym fale upałów zaznaczyły wzrost o dwa dni na dekadę. Jednak już trend liczony od 1980 do 2017 roku wyraźnie przyśpieszył do 6,4 dnia na dekadę.
Również tak jak basen Morza Śródziemnego, regiony w Ameryce Południowej, takie jak Amazonia, północno-wschodnia Brazylia czy też region Azji Zachodniej, doświadczają dość gwałtownych zmian fal upałów, podczas gdy obszary takie jak Australia Południowa i Azja Północna wprawdzie doświadczają tych samych zmian, ale w znacznie wolniejszym tempie.
—–
Bradfield Lyon, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Maine i główny autor badania oraz jego współpracownicy: Anthony Barnston, główny prognostyk w Międzynarodowym Instytucie Badawczym Klimatu i Społeczeństwa Uniwersytetu Columbia; Ethan Coffel, adiunkt w Katedrze Geografii i Środowiska na Uniwersytecie w Syracuse oraz Radley M. Horton, profesor w Obserwatorium Ziemi Lamonta-Doherty’ego na Uniwersytecie Columbia, zwrócili uwagę, że obok intensywności i częstotliwości fali upałów poważnym problem staje się ich zasięg przestrzenny, co dotychczas w publikacjach naukowych raczej nie było omawiane 4.
Rys.2. Średnia z wielu modeli (MMM – Mean Multi-Model). Procent dni w ciepłej porze roku (maj-wrzesień) w ciągłych falach upałów (>95 percentyla przez 3 lub więcej kolejnych dni) dla historycznych przebiegów 1980-2005 (lewa kolumna) i prognoz na lata 2031-2055 (prawa kolumna) na podstawie forsowania RCP8.5.
(a) i (b) dotyczą maksymalnej temperatury dziennej, (c) i (d) dziennej maksymalnej temperatury odczuwalnej oraz (e) if) minimalnej temperatury dziennej.
Należy zauważyć, że różne skale kolorów różnią się o rząd wielkości między dwiema kolumnami.
(Bradfield Lyon i inni, 2019)
W swojej pracy naukowcy obliczyli, że już do połowy wieku, w scenariuszu średniej emisji gazów cieplarnianych, średni rozmiar fal upałów może wzrosnąć aż o 50%. Natomiast przy wysokich stężeniach gazów cieplarnianych średni rozmiar tychże fal upałów może wzrosnąć nawet o 80%, a jeszcze bardziej ekstremalne fale upałów mogą zwiększyć swój zasięg nawet ponad dwukrotnie.
Profesor Bradfield Lyon, główny autor pracy, dla serwisu Science Daily powiedział 5:
Wraz ze wzrostem fizycznych rozmiarów dotkniętych falami upałów regionów coraz więcej osób będzie narażonych na stres cieplny.
Większe fale upałów zwiększyłyby również obciążenia elektryczne i szczytowe zapotrzebowanie na energię w sieci, ponieważ coraz więcej osób i firm włącza w odpowiedzi klimatyzację.
Naukowcy zauważyli też, że szczególnie trzeba poważnie wziąć pod uwagę zasięg przestrzenny sąsiadujących regionów jednocześnie doświadczających warunków fal upałów. W przyszłości regiony sąsiedzkie mogą się na siebie nakładać, co będzie skutkowało złączeniem się ich w jeden ogromny obszar, nad którym pojawi się długotrwała, uciążliwa fala upału, która wpłynie na koszty adaptacji ludzi i zwierząt do takich ekstremalnych warunków pogodowych.
W badaniu naukowcy odkryli, że rozmiary fali upałów i narażonej danej populacji objętej tym zjawiskiem pogodowym są mocno skorelowane z atrybutami fali upałów, takimi jak czas trwania, wielkość i stopniodni chłodzenia (miara zużycia energii), które mogą znacznie wzrosnąć.
Profesor Bradfield w tym samym serwisie podkreślił następującą uwagę:
Wzrost atrybutów, takich jak wielkość i czas trwania, jest zgodny z oczekiwaniami dotyczącymi ocieplenia klimatu. Nowością w naszym badaniu jest sposób, w jaki je obliczyliśmy, co pozwoliło nam uznać rozmiar za nowy wymiar fali upałów.
Poprzednie badania generalnie obliczały statystyki fal upałów na poziomie lokalnym – obliczając atrybuty, takie jak częstotliwość dla każdej lokalizacji lub punkt siatki, a następnie agregując wyniki, aby zobaczyć wzorce przestrzenne. W tym badaniu autorzy śledzili fale upałów i określili ilościowo ich atrybuty jako połączonych regionów, które poruszają się i zmieniają rozmiar i siłę w ciągu swojego życia.
Z kolei Anthony Barnston, współautor badania dodał w Science Daily:
Jeśli mamy dużą, ciągłą falę upałów na gęsto zaludnionym obszarze, trudniej byłoby temu obszarowi zaspokoić szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną niż w przypadku kilku obszarów o mniejszych falach upałów, które po połączeniu mają ten sam rozmiar.
Te nowatorskie odkrycie przestrzennych rozległych fal upałów ma posłużyć w planowaniu strategicznym w zabezpieczeniu energetycznym, zdrowotnym, żywieniowym ludności oraz zwierząt przed możliwym powtórzeniem się ich w niedalekiej przyszłości.
—–
Praca badawcza zespołu George’a Zittisa z Instytutu Cypryjskiego wyjaśnia wielomodelowy zespół projekcji klimatycznych zaprojektowany wyłącznie dla danego obszaru geograficznego 6.
Naukowcy scharakteryzowali przyszłe okresy ekstremalnie gorących dni za pomocą wskaźnika wielkości fal upałów.
Główny autor pracy dla serwisu Science Daily powiedział 7:
Nasze wyniki dotyczące ścieżki biznesowej jak zwykle wskazują, że szczególnie w drugiej połowie tego stulecia pojawią się bezprecedensowe super i ultraekstremalne fale upałów.
Naukowcy ostrzegają, że przy kontynuacji scenariusza wysokich emisji, według scenariusza „biznes jak zwykle”, zdarzenia te będą miały coraz częstszy związek z nadmiernie wysokimi temperaturami dochodzącymi nawet do 56 stopni Celsjusza, a także znacznie wyższymi w warunkach miejskich i mogą one utrzymywać się przez wiele tygodni, potencjalnie zagrażając życiu ludzi i zwierząt. Np. Imprezy masowe w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej MENA – Middle East and North Africa), takie jak Pielgrzymka Muzułmańska, inaczej Hadżdż, mogą być szczególnie narażone na ekstremalne upały. W drugiej połowie stulecia około połowa populacji tamtejszej, licząca około 600 milionów ludzi, może być narażona na takie powtarzające się co roku ekstremalne warunki pogodowe.
Rys.3. Przewidywane zmiany temperatury maksymalnej.
Krzywe gęstości prawdopodobieństwa dla symulowanej historycznej i przewidywanej w bliższym i dalszym czasie temperatury w rejonie MENA:
- a) średniej w ciepłej porze roku
- b) maksymalnej w ciepłej porze roku
(George Zittis i inni, 2021)
Dokonując analizy historycznych i przyszłych fal upałów, zespół Zittisa zbadał znaczenie statystyczne przewidywanego w przyszłości sygnału zmiany klimatu.
Konkretnie zbadano średnią maksymalną dzienną temperaturę powietrza blisko powierzchni (TASMAX – Daily Maximum Near-Surface Air Temperature) w ciepłym sezonie, przy zastosowaniu testu t- Studenta.
Naukowcy przewidują, że już w ciągu najbliższych kilku dekad (2021–2050) TASMAX będzie mieć statystycznie znacznie wyższe średnie (przy 95% przedziale ufności) dla większości obszarów.
Istnieje przekonująca zgodność między różnymi eksperymentami, ponieważ co najmniej 90% prognoz prognoz skoordynowanego regionalnego eksperymentu zmniejszania skali w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej (MENA-CORDEX – Middle East-North Africa-Coordinated Regional Downscaling Experiment) sugeruje znaczący wpływ zmiany klimatu. A pod koniec obecnego stulecia (2071–2100) dla prawie każdej części regionu, nasze wyniki zbiorowe wskazują na statystycznie istotne zmiany maksymalnej dobowej temperatury. Wyniki te zgadzają się z wcześniejszymi badaniami dla regionu.
Początkowe symulacje w modelu MENA-CORDEX, od 1981 roku do około 2020 roku, mają przebiegi średnio „normalne” i „umiarkowane” pod względem fal upałów. Modele te ukazują jednak coraz wyraźniej w najbliższej przyszłości, przechodzenie do zdarzeń „ciężkich”, „ekstremalnych” i „bardzo ekstremalnych” w latach 2050-2070. Przewiduje się, że w kolejnych dekadach i pod koniec XXI wieku warunki termiczne w regionie staną się szczególnie trudne, ponieważ nieobserwowane do tej pory, a tym samym bezprecedensowe „super-ekstremalne” i „ultra-ekstremalne” zdarzenia mają być powszechne w ramach reprezentatywnej ścieżki koncentracji RCP 8.5, czyli „biznes jak zwykle”.
Współautor artykułu, Jos Lelieveld, dyrektor Instytutu Chemii im. Maxa Plancka, dla Science Daily mówi:
Obywatele podatni na zagrożenia mogą nie mieć środków, aby przystosować się do tak trudnych warunków środowiskowych. Te fale upałów w połączeniu z regionalnymi czynnikami gospodarczymi, politycznymi, społecznymi i demograficznymi mają duży potencjał, aby spowodować masową, przymusową migrację do chłodniejszych regionów na północy.
Naukowcy apelują o natychmiastową redukcję gazów cieplarnianych i podejmowanie rozwiązań adaptacyjnych w ciężkich warunkach miejskich.
W ciągu najbliższych 50 lat prawie 90 procent narażonej populacji na fale upałów w regionie Bliskiego Wschodu i Afryki Północnej (MENA) będzie mieszkać w ośrodkach miejskich, które niestety będą musiały radzić sobie z tymi destrukcyjnymi społecznie warunkami pogodowymi, jeśli ludzkość dalej będzie emitować gazy cieplarniane do atmosfery.
Zittis na podstawie analizy badawczej podsumowuje następujący fakt:
Istnieje pilna potrzeba uczynienia miast bardziej odpornymi na zmiany klimatu.
Bibliografia:
- Perkins-Kirkpatrick S. E. et al., 2020 ; Increasing trends in regional heatwaves ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-020-16970-7
- Perkins-Kirkpatrick S. E., 2020 ; The world endured 2 extra heatwave days per decade since 1950 – but the worst is yet to come ; The Conversation ; https://theconversation.com/the-world-endured-2-extra-heatwave-days-per-decade-since-1950-but-the-worst-is-yet-to-come-141983
- University of New South Wales, 2020 ; Heatwave trends accelerate worldwide ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200706114005.htm
- Bradfield L. et al., 2019 ; Projected increase in the spatial extent of contiguous US summer heat waves and associated attributes ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab4b41
- NOAA Headquarters, 2019 ; Heat waves could increase substantially in size by mid-century ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191007180051.htm
- Zittis G., 2021 ; Business-as-usual will lead to super and ultra-extreme heatwaves in the Middle East and North Africa ; Nature Climate and Atmospheric Science ; https://www.nature.com/articles/s41612-021-00178-7
- Max Planck Institute for Chemistry, 2021 ; Extreme temperatures, heat stress and forced migration ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210324094656.htm