Fale upałów, nawet intensywne i długotrwałe, gdy są suche, to są jeszcze do zniesienia. Gorzej jeżeli są one wilgotne i gorące. Na szczęście dziś jeszcze są bardzo rzadkie. I to z reguły występują one przy maksymalnej temperaturze 28 stopni Celsjusza. Znacznie rzadziej przy 31°C. Ale kilka razy zdarzyło się w życiu, że była to temperatura 35°C, tyle, że w bardzo krótkim czasie. W dłuższym czasie praktycznie ta temperatura oznacza niewydolność organizmu każdego ssaka, w tym człowieka.
Adiunkt Eun-Soon Im z Wydziału Środowiska i Zrównoważonego Rozwoju i Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Hongkongu w Kowloon ; profesor Jeremy S. Pal z Wydziału Inżynierii Lądowej i Nauk o Środowisku na Uniwersytecie Loyola Marymount w Los Angeles ; profesor Elfatih A.B. Eltahir z Laboratorium Ralpha M. Parsonsa w Instytucie Technologii Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology), zaobserwowali, że latem 2015 r. temperatura mokrego termometru (TW – wet-bulb temperature) w Bandar Mahshahr w Iranie (Zatoka Perska/Arabska) w dłuższym okresie czasu niż zazwyczaj osiągnęła prawie 35°C, co sugeruje, że próg może zostać przekroczony wcześniej niż przewidywano. Na szczęście tam raczej nie było ludzi, choć nie wiadomo czy nie ucierpiały jakieś zwierzęta i rośliny 1.
Narażenie człowieka na TW o temperaturze około 35°C przez nawet kilka godzin spowoduje śmierć nawet najsilniejszych ludzi w zacienionych, dobrze wentylowanych warunkach
Wysokie wartości TW oznaczają gorące i wilgotne warunki. Wzrost temperatury mokrego termometru zmniejsza różnicę między temperaturą skóry ludzkiego ciała (średnio temperatura powinna wynosić 36°C), a wewnętrzną temperaturą ludzkiego ciała (średnio temperatura powinna wynosić 36,6°C), co zmniejsza zdolność ludzkiego ciała do chłodzenia. To znaczy dzieje się tak wówczas, gdy większe ciepło z organizmu słabiej odparowuje, czyli wydziela pot, gdy mniejsze ciepło zewnętrznej skóry ma podwyższone wartości z przyczyny nagrzania słonecznego podczas ekstremalnego upału.
—-
Rys.1. Rozkład przestrzenny najwyższej dobowej maksymalnej temperatury termometru wilgotnego, TW max (°C), we współczesnym zapisie (1979–2015).
Globalny rozkład TW max jest obliczany przy użyciu 3-godzinnych danych ERA-Interim z rozdzielczością poziomą 0,75° × 0,75°. Powiększona domena uwydatnia trzy wyróżniające się regiony o wyższej TW max: południowo-zachodnią Azję wokół Zatoki Perskiej/Arabskiej i Morza Czerwonego, Południową Azję w dolinach rzek Indusu i Gangesu oraz wschodnie Chiny. Wartości TW max poniżej 27°C nie są pokazane.
—-
Według V Raportu Oceny IPCC, w scenariuszu RCP4.5 w żadnym regionie nie przewiduje się jeszcze przekroczenia 35°C. Jednak przewiduje się, że rozległe regiony Azji Południowej doświadczą epizodów przekraczających 31°C, co jest już uważane za niezwykle niebezpieczne dla większości ludzi. Ale, przewiduje się mniej surowe warunki na wyższych położeniach górskich. Np., dla płaskowyżu Dekanu w Indiach, Himalajów i zachodnich pasm górskich w Pakistanie.
Również mniejszy wpływ wilgotnych fal upałów oddziaływać będzie na mniejszą populację ludzi zamieszkujących rejon Zatoki Perskiej, gdzie kultura jest mniej rolnicza, a więc, mniej narażona na bezpośredni wpływ ekstremalnych dni upalnych. Gorzej będzie to niestety znosić bardzo liczna populacja mieszkańców Indii i Pakistanu licząca 1,5 miliarda ludzi, gdzie z kolei jest bardzo dużo biednych rolników bezpośrednio narażonych na ekstremalne warunki wilgotnej, letniej fali upałów.
Profesor Elfatih Eltahir w serwisie Science Daily podkreślił 2:
Podczas gdy prognozy pokazują, że Zatoka Perska może stać się regionem najgorszych fal upałów na świecie, północne Indie są na drugim miejscu, a wschodnie Chiny, również gęsto zaludnione, są na trzecim miejscu. Jednak najwyższe koncentracje ciepła w Zatoce Perskiej występowałyby nad wodami samej Zatoki, a mniejsze byłyby nad zamieszkaną ziemią.
Nowa analiza badaczy opiera się na niedawnych badaniach wykazujących, że najbardziej zabójcze skutki upałów dla ludzi wynikają z połączenia wysokiej temperatury i wysokiej wilgotności, wskaźnika mierzonego odczytem znanym jako temperatura mokrego termometru.
Badanie to pokazuje, że do końca XXI wieku, przy zwlekaniu podejmowania poważnych redukcji globalnych emisji GHG, najbardziej ekstremalne, występujące dziś raz na 25 lat, fale upałów wzrosną z temperatury mokrego termometru z około 31°C do 34,2°C. A więc, zbliży to nas ludzi i inne ssaki do progu przeżywalności.
W dzisiejszym klimacie około 2% populacji Indii jest czasami narażonych na ekstremalne temperatury termometru wilgotnego wynoszące nawet 32 stopnie Celsjusza. Według tego badania, przy kontynuacji scenariusza wysokich emisji GHG „biznes jak zwykle” do 2100 roku, liczba ta wzrośnie do około 70 % populacji, natomiast około 2 procent ludzi będzie wtedy czasami narażonych na granicę przeżycia 35 stopni Celsjusza.
Naukowcy przypominają ostrzegając, że lato 2015 roku wywołało również jedną z najbardziej śmiercionośnych fal upałów w historii Azji Południowej, zabijając około 3500 osób w Pakistanie i Indiach.
Wówczas mieliśmy do czynienia z długotrwałym i bardzo silnym El Niño, które jak pokazały wyniki badań, opóźnia nadejście indyjskiego monsunu letniego, co z kolei powoduje silniejsze i trwalsze fale upałów w Indiach, w tym wilgotne, jak właśnie latem 2015 roku.
—–
W kolejnej podobnej interesującej pracy, Simone Russo z Instytutu Ochrony i Badań Środowiska w Rzymie (Isprze), Jana Sillmann z Centrum Międzynarodowych Badań Klimatu i Środowiska (CICERO) w Oslo oraz Andreas Sterl z Królewskiego Holenderskiego Instytutu Meteorologicznego (KNMI) w De Bilt, przedstawili następujący punkt widzenia, że zarówno w wilgotnych, jak i suchych regionach, występowanie fali upałów może być związane z utrzymującymi się stanami synoptycznymi, takimi jak: wzorce blokowania niżów, zmniejszone zachmurzenie i adwekcja ciepłego powietrza 3.
Nowatorstwo tego badania polegało na tym, że w celu oszacowania wielkości i wpływu fal upałów uwzględniona została nie tylko temperatura, ale i także wilgotność względna (tzw. wskaźnik ciepła, czyli temperatura odczuwalna), która w coraz cieplejszym świecie będzie bardzo poważnym problemem wpływającym ujemnie na zdrowie ludzi i innych ssaków.
Według badania, fala upałów jest uważana za wilgotną, jeśli co najmniej jeden z jej dni wykazuje temperaturę odczuwalną (AT – Apparent Temperature), która przekracza temperaturę termometru suchego.
W przypadku stresu fizjologicznego u ludzi i innych ssaków, najczęściej występuje wilgotność względna, oznacza ona niezdolność organizmu do utraty ciepła poprzez chłodzenie wyparne. W krytycznych przypadkach prowadzi to niestety do przegrzania i śmierci.
Aby uwzględnić wpływ wilgotności względnej podczas kolejnych upalnych dni, naukowcy wprowadzili nowy wskaźnik odczuwalnej fali upałów (AHWI – Apparent Heat Wave Index), który obliczany jest analogicznie do dziennego wskaźnika wielkości fali upałów (HWMId – Heat Wave Magnitude Index daily), ale z maksymalną dobową temperaturą zastąpioną przez AT dla dni fali upałów z AT > T. Pierwszy odnosi się do temperatury odczuwalnej (temperatury i wilgotności względnej), a drugi tylko do temperatury.
—-
Rys.2. Prawdopodobieństwo wystąpienia ekstremalnie wilgotnych fal upałów przy różnych poziomach ocieplenia w stosunku do lat 1861-1880.
a) Symulowany globalny wzrost średniej temperatury powierzchni w funkcji czasu. Mediana modelu dekadowego w okresie historycznym (1860–2010) jest reprezentowana przez czarne krzyżyki. Mediana modelu dekadowego w przyszłym okresie (2011–2100) dla trzech scenariuszy Reprezentatywnych Ścieżek Stężeń (RCP2.6, RCP4.5 i RCP8.5) jest reprezentowana odpowiednio przez czarne kwadraty, koła i trójkąty.
( b – d) prawdopodobieństwo wystąpienia fal upałów o wielkości większej niż maksymalna wielkość wykryta w Rosji w 2010 r. (HWMId > 60) obliczone w każdym punkcie siatki dla wszystkich lat modelowych z globalną anomalią średniej temperatury względem okresu 1861-1880 między 1,4° a 1,6° (poziom ocieplenia 1,5°), patrz metoda), odpowiednio 1,9–2,1° (poziom ocieplenia 2°) i 3,9°–4,1° (poziom ocieplenia 4°). e-g jak b-d, ale dla wilgotnych fal upałów i względnego wskaźnika odczuwalnej fali upałów (AHWI > 60). Ten rysunek został stworzony przy użyciu projektu R w wersji 3.3.2 – link (https://cran.r-project.org/).
—-
Naukowcy przeprowadzili zestawy analiz atmosfery z danych ERA-Interim i NCEP-2 za pomocą modelu sprzężonego CMIP5, w którym prześledzili przebieg wspomnianych wskaźników łącznie z AT dla świata cieplejszego o 1,5 , 2 i 4°C powyżej okresu przedprzemysłowego.
Regiony takie jak wschodnie stany USA oraz Chiny są i będą (przy kontynuacji scenariusza wysokich emisji „biznes jak zwykle”) podatne na wpływy temperatury wzmacnianej przez wysoką wilgotność względną, gdyż powstawanie wilgotnej fali upałów nad tymi regionami bierze swój początek znad wodnych obszarów. W pierwszym przypadku gorące i wilgotne powietrze napływa znad Zatoki Meksykańskiej, a w drugim przypadku z tropikalnych wód najprawdopodobniej Morza Południowochińskiego.
Natomiast w Europie i zachodniej części Stanów Zjednoczonych mamy do czynienia z tworzeniem się suchej fali upałów, która jest i najprawdopodobniej będzie często powodowana uporczywą blokadą niżową i związaną z nią adwekcją gorącego, suchego powietrza z rejonów pustynnych.
W pierwszym przypadku z Sahary, a w drugim przypadku z bardziej gorącej pustyni w Meksyku, najprawdopodobniej Sonory.
Na przykład rosyjska fala upałów w 2010 roku wynikała z powstania silnego antycyklonu, który pojawił się nad obszarami względnie chłodnej Rosji, dzięki czemu, znad Sahary w Afryce Północnej napłynęły masy ekstremalnie gorącego i suchego powietrza.
Naukowcy w swojej pracy napisali:
W niektórych kluczowych regionach, takich jak środkowo-zachodnie i wschodnie stany USA, Chiny, północna Ameryka Łacińska i Malezja, zarówno ponowna analiza, jak i dane modelowe pokazują, że wielkość fali upałów i szczytowa temperatura zostały wzmocnione przez wysoką wilgotność względną w niedalekiej przeszłości. Wybrane fale upałów z Chicago 1995 i Szanghaju 2003 są wyraźnymi przykładami udziału wilgotności względnej podczas fali upałów. Wręcz przeciwnie, wpływ wilgotności względnej był znikomy podczas dwóch słynnych fal upałów, które miały miejsce w Europie Środkowej w 2003 r. i w Rosji w 2010 r.
Podsumowując temat, naukowcy ostrzegają, że fale upałów coraz bardziej wzmacniane przez wysoką wilgotność i temperaturę powyżej 40°C, mogą występować w świecie cieplejszym o 2 stopnie Celsjusza względem okresu przedprzemysłowego, nawet co dwa lata. Będzie to doprowadzało wielu ludzi do poważnych zagrożeń zdrowia, a nawet życia. Jeśli globalne temperatury wzrosną o 4°C, nowa fala upałów o temperaturze 55°C może regularnie nawiedzać wiele części świata, w tym Europę. W szczególności ta ekstremalna wilgotna fala upałów dotknie gęsto zaludnione obszary, takie jak wschodnie wybrzeże USA, przybrzeżne Chiny, duże obszary Indii i Ameryki Południowej.
—-
Referencje:
1. Im E-S et al., 2017 ; Deadly heat waves projected in the densely populated agricultural regions of South Asia ; Science Advances ; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1603322
2. Massachusetts Institute of Technology, 2017 ; Deadly heat waves could hit South Asia this century ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/rel…/2017/08/170802152547.htm
3. Russo S. et al., 2017 ; Humid heat waves at different warming levels ; Scientific Reports ; https://www.nature.com/articles/s41598-017-07536-7