piatok, 9. augusta 2013

Extrémne vlny horúčav a ich dlhodobé zmeny na Slovensku

Vlny extrémne vysokých letných teplôt budú v strednej Európe častejšie

Leto si za svoj vrchol tento rok vybralo august. Po mimoriadne teplej druhej a tretej júnovej dekáde, a extrémne teplom závere júla sú Slovensko, a de facto aj celá oblasť strednej Európy (najmä Rakúsko, Česká republika, Maďarsko či Slovinsko), v priebehu pomerne krátkej doby vystavené náporu už tretej tohtoročnej vlny horúceho počasia. Tá je, podobne ako v roku 2003, umocnená aj mimoriadnym suchom, ktoré predovšetkým na západe zvyšuje riziko lesných požiarov. A podobne ako pri predošlých dvoch vlnách horúčav, aj táto tretia, pravdepodobne najextrémnejšia a najdlhšia, má svoj pôvod vo veľmi teplom vzduchu, ktorý sa k nám dostáva až z ďalekej Afriky (Obr. 1). 


Obr. 1: Výstupy modelu GFS (beh z 6.00 h UTC z 8. augusta 2013) pre teplotu vzduchu na hladine 850 hPa (vľavo) a maximálnu prízemnú teplotu vzduchu (2 metre nad terénom; vpravo; pre 12.00 h UTC 8. augusta 2013; Zdroj)

Nie je preto žiadnym prekvapením, že maximálne denné teploty sa pri jasnom, bezoblačnom a veľmi suchom počasí dostávajú v celej oblasti strednej Európy až k hranici +40 °C, či ju miestami prekračujú. Súčasné horúce počasie dosiahlo svoj vrchol práve včera, štvrtok 8. augusta 2013 (Obr. 2), kedy v dvoch krajinách strednej Európy, v Rakúsku Slovinsku, boli prekonané historické rekordy maximálnej teploty vzduchu. V Rakúsku teplota prekročila hranicu +40 °C až na troch miestach, pričom najvyššie sa dostala v oblasti mesta Bad Deutsch-Altenburg, a to až na +40,5 °C. Starý rekord z Dellachu tak neudržal svoju „pozíciu“ veľmi dlho a bol prekonaný už po štyroch dňoch (3. augusta 2013: +39,9 °C). V Slovinsku dosiahla teplota ešte o tri desatinky stupňa vyššie. V meste Cerklje ob Krki teplota vystúpila až na +40,8 °C, čím bol prekonaný starý rekord z roku 1950 (Crnomelj) len o dve desatiny stupňa Celzia. Historické teplotné maximum prepisovali aj v hlavnom meste, Ljubljane, kde včera namerali +40,2 °C. Na okraj len pripomeňme, že mimoriadne vysoké teploty zasiahli Českú republiku (južná Morava - Brod nad Dyjí: +39,7 °C), Maďarsko (Györ: +40,6 °C), ako aj niektoré balkánske krajiny.


Obr. 2: Teplotné maximá v Európe dosiahnuté dňa 8.augusta 2013 (Zdroj)


Obr. 3: Odchýlky prízemnej teploty vzduchu v Európe na základe údajov NCEP (porovnanie s dlhodobým priemerom 19811-2010) - v období 3.-10. augusta (hore); 1.-10. augusta (dole vľavo) a 27. júla - 10. augusta 2013 (dole pravo; Zdroj)

Aj keď na Slovensku k prekonaniu historického maxima nakoniec nedošlo – podľa údajov SHMÚ k tomu bola najbližšie meteorologická stanica v Senici (+39,6 °C) – tohtoročné vlny horúčav sú predsa len niečím výnimočné. Na viacerých staniciach (Senica, Bratislava, letisko, Moravský Svätý Ján, Bratislava, Koliba, Kráľová pri Senci, Hurbanovo a Kuchyňa, letisko) bol totiž prekonaný historický rekord pre mesiac august (doteraz +39,1 °C v Stupave). Historické maximum navyše padlo aj v hlavnom meste, Bratislave, kde včera vystúpila teplota na +39,3 °C (Bratislava-Koliba; staré maximum z 20. júla 2007 malo hodnotu +38,9 °C). Veľmi teplé boli počas posledných dvoch vĺn horúceho počasia aj noci. Napríklad, v noci z 28. na 29. júla sme v Piešťanoch zaznamenali meteorológovia historicky najteplejšiu noc – minimálna nočná teplota neklesla pod +27,3 °C.    


Obr. 4: Vlny horúčav v týchto dňoch trápia aj Južnú Kóreu - v štvrtok - 8. augusta 2013 - dosiahli teplotné maximá až k 38,8 °C (Ulsan; Zdroj)

Horúco nielen na Slovensku
Horúce počasie však tento rok nenapĺňa titulky denníkov len u nás. Abnormálne teplé počasie sa v priebehu tohto leta vyskytlo aj v iných častiach sveta – od Aljašky (Obr. 5), cez juhozápad a východ Spojených štátov amerických, Veľkú Britániu, Nórsko až po východnú Činu, Japonsku, či dokonca severnú Sibír. V posledných dňoch ľudia zápasia s vlnami mimoriadne teplého počasia vo východnej Číne, predovšetkým v Šanghaji, kde majú za sebou najteplejší júl za posledných 140 rokov. V meste k tomu všetkému navyše padol tento týždeň aj historický rekord z roku 1934 (+40,2 °C), ktorý bol tento rok prepisovaný už druhý krát – 26. júla (+40,6 °C) a 7. augusta (+40,8 °C). 

Vysoké teploty za posledný mesiac sužovali aj Japonsko, či najsevernejšie oblasti Ruska (Obr. 6), kde sa v dôsledku dlhotrvajúceho sucha rozšírili lesné požiare do podobného rozsahu ako v roku 2010, či dokonca 2012. Mimoriadne horúce počasie sa tento rok nevyhlo ani severoamerickému kontinentu. V polovici júna hlásili meteorológovia rekordné teploty z Aljašky, kde horúčavy miestami presahovali až +35 °C (extrémne vysoké teploty zapríčiňujú stále častejšie lesné požiare). Rekordné teploty boli koncom júna zaznamenané aj na juhozápade USA, kde v známom Údolí smrti namerali tento rok historické júnové maximum (+54 °C). Okrem rekordných teplôt bol výnimočný aj plošný rozsah územia, ktoré abnormálne horúčavy postihli. Do začiatku júla sa vlna horúceho počasia rozšírila na územie deviatich amerických štátov – od Kalifornie a Nového Mexika na juhu až po Washington a Montanu na severe


Obr. 5: Maximálna denná teplota vzduchu v oblasti Aljašky dňa 19. júna 2013 - hodnota nového teplotného maxima tohto amerického štátu je od 17. júna +35,5 °C (Zdroj)


Obr. 6: Odchýlky teploty vzduchu v severnej oblasti Ruska v období od 20. do 27. júla 2013 (MODIS; Zdroj)

Za zmienku však stojí aj to, že v rovnakom čase bojovala kanadská Alberta s najhoršími povodňami vo svojej histórii. Podobne ako v Európe či na Sibíri alebo Aljaške, za spoločnú príčinu súčasného extrémneho počasia možno označiť atypické prúdenie vzduchu na severnej pologuli. To sa už od zimy 2012/2013 vyznačuje nápadným zoslabením západného prúdenia, ktoré je naopak nahradené prúdením pozdĺž poludníkov, ktoré vedie k rýchlejšej výmene vzduchu medzi polárnym oblasťami na jednej strane a trópmi na strane druhej. V posledných rokoch nie je takýto charakter vzdušného prúdenia v našich zemepisných šírkach ničím novým, aj keď atypickým je určite, pretože sa ukazuje, že vedie k častejšiemu striedaniu krajných extrémov teploty, ale aj zrážok (vlny horúčav, povodne, sucho, atď.). Výskum z posledných rokov naznačuje, že ide nielen o prejav slabšej slnečnej aktivity, ale predovšetkým o dôsledok mimoriadne rýchlych klimatických zmien v Arktíde.  

Teplo, ktoré zabíja
Obmedzená schopnosť človeka vyrovnať sa s extrémne vysokými teplotami vzduchu sa prejavuje najmä zhoršením celkového zdravotného stavu, a to najmä u starších ľudí. Zvýšený tepelný stres, ktorému je ľudský organizmus počas dlhotrvajúcich letných horúčav vystavený môže v najhorších prípadoch viesť až k hospitalizácii, či dokonca smrti. K akútnemu prehriatiu organizmu dochádza najčastejšie vtedy, keď sa vysoká teplota skombinuje s vysokou vlhkosťou vzduchu, ktorá vyvoláva pocit dusna. V takýchto prípadoch nám už nepomôže ani zvyčajne účinné osviežovanie vodou, ktorej odparovaním by sa telo dokázalo zbaviť prebytočného tepla. Pokiaľ nenájdeme iný spôsob ako sa schladiť, kolaps je neodvratný. A aby toho nebolo málo, k tomu všetkému sa počas horúcich letných dní pridružujú, najmä v mestách, aj ďalšie nepríjemnosti či riziká. Patria medzi ne najmä intenzívne slnečné žiarenie, znečistenie ovzdušia prachom a pri bezveternom počasí aj tvorba prízemného ozónu a smogu. Ak človek nemá možnosť uniknúť pred týmito nástrahami niekde na vidiek, kde zvyčajne panujú znesiteľnejšie podmienky, hľadá útočisko v klimatizovaných budovách. Udržať však tieto zariadenia takmer nepretržite pod prúdom počas niekoľko dní a nocí si vyžaduje niekedy oveľa viac elektrickej energie než je rozvodná sieť schopná poskytnúť. Preto, ak horúčavy postihnú na dlhšiu dobu veľké územie, vrátane niekoľkých väčších miest, problémy s výpadkami dodávok energie na seba obyčajne nenechajú dlho čakať. V budúcnosti by však mohol byť tento problém riešiteľný, a to najmä v mestách. Svetlejšie odtiene budov či rozširovanie mestskej zelene (vrátane striech) by mohli znížiť nielen spotrebu elektrickej energie spojenú s prevádzkou klimatizácie, ale navyše by sa tým čiastočne zmiernil aj problém existencie mestských ostrovov tepla, ktorých efekt je práve v takýchto obdobiach veľmi výrazný. 


Obr. 7: Rozdelenie odchýlok priemernej letnej teploty vzduchu nad pevninskou časťou Európy [35ºN, 70ºN], [25ºW, 40ºE] v období 1500-2010 (vzhľadom na referenčné obdobie 1970-1999). Päť najteplejších a najchladnejších liet je zvýraznených numericky (Zdroj: Barriopedro et al. 2011)

Extrémne desaťročia 1991-2000 a 2001-2010
Globálne otepľovanie, či už si to pripustíme alebo nie, je fenomén, ktorý začína ovplyvňovať život nás, jednotlivcov, ale aj celej spoločnosti čoraz zreteľnejšie. Aj keď, konkrétne vlny horúčav nemožno jednoznačne pripisovať vplyvu klimatickej zmeny, je nanajvýš pozoruhodné, že v posledných dvoch desaťročiach sa v rôznych regiónoch sveta vyskytlo hneď niekoľko krajne extrémnych období s mimoriadne vysokými teplotami vzduchu. Jedna z najzávažnejších vĺn horúčav postihla západnú Európu v roku 2003 a vyžiadala si minimálne 40 tisíc ľudských životov. Extrémne boli aj horúčavy na americkom stredozápade v roku 1995. Najviac postihnuté bolo mesto Chicago, kde zomrelo na akútne vyčerpanie vyše 800 ľudí. Európa sa ešte nestihla spamätať ani zo situácie v roku 2003 a už musela vzdorovať ďalším vlnám extrémneho tepla v rokoch 2006 a 2007. Práve posledná spomínaná predstavovala v určitom smere pre slovenskú meteorológiu míľnik. Počas vrcholenia horúčav v druhej polovici júla 2007 bola v Hurbanove zaznamenaná historicky najvyššia teplota vzduchu, akú sme kedy na Slovensku namerali, +40,3 °C. Mimoriadny rozsah a extrémnosť dosiahla aj vlna horúčav v roku 2010, ktorá zasiahla centrálne a západné Rusko, vrátane hlavného mesta Moskvy (Obr. 8 a 9).


Obr. 8: Odchýlky priemernej letnej teploty v spodnej troposfére (hladina 850 hPa) počas piatich najteplejších letných sezón v Európe v oblasti [35ºN, 70ºN], [25ºW, 40ºE]. Odchýlky sú počítané vzhľadom na priemer 1961-1990. (Zdroj: Kyselý a Pecho, 2012)

Mimoriadny rok 2010
Rok 2010 skončil ako jeden z najteplejších rokov, aké sme na Zemi za posledných približne 130 rokov zaznamenali. Okrem klimatického fenoménu El Niño a rekordne teplých oceánov sa pod tento fakt výrazne podpísali aj vlny extrémnych horúčav, ktoré v priebehu jari a leta zasiahli skutočne až bezprecedentným spôsobom všetky kontinenty severnej pologule, vrátane Európy. Historické teplotné rekordy padli v 17 krajinách, ktoré dovedna pokrývajú 19 % plochy pevnín. Po vlnách mimoriadne vysokých teplôt, ktoré postihli už koncom mája Pakistan a neskôr, v júni, aj rozsiahle oblasti subsaharskej Afriky a Ázie, napokon neznesiteľné horúčavy dorazili aj na starý kontinent, kde si v Rusku vyžiadali viac ako 56 tisíc ľudských životov. Aj keď sa teploty v Európe ani zďaleka nepriblížili k extrémom, aké zažili v máji 2010 obyvatelia Pakistanu (+53,5 °C), udalosti z Ruska celkom jasne ukázali, že už aj vlny takmer 40 stupňových teplôt predstavujú pre Európanov z mnohých hľadísk problém. 


Obr. 9: Odchýlky teploty vzduchu nad Ruskom v júli 2010 (Zdroj: MODIS)

V Európe a v USA začína byť prihorúco
Vlny tropických teplôt, ktoré zasiahli Európu v roku 2003 a 2010, a USA v roku 1995 nemajú obdobu so žiadnymi podobnými udalosťami v priebehu celého 20. storočia. O ich závažnosti vypovedajú nielen mimoriadne vysoké straty na ľudských životoch, ale aj celkové ekonomické škody, ktoré sa počítajú v miliardách eur a dolárov. Podľa najnovších vedeckých štúdií to však s výskytom takýchto udalostí vôbec nevyzerá optimisticky (napr.: Fischer a Schär, 2010; Obr. 9). Jedna americká štúdia predpokladá, že už pri oteplení o 1 °C, ku ktorému by malo dôjsť do roku 2030, sa pravdepodobnosť výskytu podobne extrémnych horúčav zvýši na juhozápade a v centrálnych oblastiach USA takmer päťnásobne (vo východných regiónoch severoamerického kontinentu to bude dvoj až trojnásobné zvýšenia). O nič príjemnejšie nebude ani v Európe. Predpoklady klimatických modelov naznačujú, že medzi najviac postihnuté regióny budú patriť Španielsko, Turecko a juhovýchodná Európa, vrátane Grécka a Rumunska. Zatiaľ čo v období do roku 1990 sa v týchto oblastiach vyskytla extrémna vlna horúčav v priemere raz za 2 až 3 roky, v rokoch 2071 až 2100 to môže byť až 1-, prípadne 2-krát za rok (!).


Obr. 10: Projekcie ensemblových modelov pre priemerný počet dní s kombinovaným výskytom tropických dní (Tmax ≥ 30 °C) a tropických nocí (Tmin ≥ 20 °C) v Európe pre obdobia 2021-2050 a 2071-2100 (porovnanie s výskytom uvedenej charakteristiky v referenčnom období 1961-1990); (Zdroj: Fischer, E. a M., Schär, C., 2010)

Historická perspektíva na Slovensku
Sú ale súčasné vlny horúčav, a predovšetkým ich extrémnosť, niečím výnimočným v kontexte historických meraní aj na našom území? Celkom určite áno, a to nielen svojou extrémnosťou a dôsledkami, ale aj trvaním či svojim častejším výskytom. To, že horúčav aj na Slovensku pribúda nie je ani zďaleka subjektívny pocit a už vôbec to nie výsledok náhody. Výrazný nárast tak celkového počtu ako aj extrémnosti je možné doložiť skutočnými meraniami. Zvlášť výrazný je tento nárast v najjužnejších oblastiach Slovenska, kde sa výskyt vĺn horúčav od druhej polovice 80. rokov 20. storočia takmer zdvojnásobil (Obr. 11 a 12). Zatiaľ čo v období pred rokom 1991 sme v priemere zaznamenali len okolo 20 horúcich vĺn za desaťročie, v posledných dvoch dekádach, a najmä po roku 2001, sa toto číslo neúprosne zvýšilo na 40 a viac. Tento vývoj celkom dobre korešponduje s vývojom teplotných maxím (počas dňa aj noci) na Slovensku v období 1961-2010 (Obr. 13).


Obr. 11: Suma kladných odchýlok maximálnej teploty od 30 °C (Tsum30 [°C]) a priemerná letná teplota [°C] (jún-august) na vybraných meteorologických staniciach na Slovensku v období 1951-2010; Hurbanovo (1901-2010) (Zdroj: SHMÚ, 2012)

Čo je ešte závažnejšie, zvýšila sa aj extrémnosť týchto období. To znamená, že trvajú dlhšie a zároveň sú počas nich dosahované vyššie maximálne teploty vzduchu. Len pre predstavu, v porovnaní so začiatkom 20. storočia sú v súčasnosti horúčavy až šesťnásobne extrémnejšie. Príkladom tohto nekompromisného trendu sú roky 1992, 1994, 1998, 2003 či 2007. Najdlhšiu vlnu horúčav sme zaregistrovali práve v roku 1992. Trvala bez prerušenia 47 dní. O tom, že obdobie posledných dvoch desaťročí je na horúčavy mimoriadne štedré, svedčí aj fakt, že 10 z 15 najzávažnejších vĺn sa vyskytlo po roku 1991. Výskyt horúčav však rastie aj v iných oblastiach Európy, či sveta, pričom teplotne výnimočné je najmä obdobie po roku 1991, kedy sa vyskytlo hneď niekoľko extrémnych vĺn horúceho počasia (v rokoch 1992, 1994, 2002, 2003, 2006, 2007 a 2010). Je celkom pozoruhodné, že dve najteplejšie letá za posledných 500 rokov (Obr. 7) v Európe sa vyskytli po roku 2001, a boli spojené s mimoriadnymi horúčavami v západnej (2003) a východnej (2010) Európe, ktoré si vyžiadali tisíce ľudských obetí. Výskum tiež naznačuje, že globálne otepľovanie zvýšilo v priebehu posledného storočia pravdepodobnosť tak extrémnych vĺn horúčav, ako napr. z roku 2003, minimálne dvojnásobne.


Obr. 12: Dĺžka trvania vĺn horúčav na vybraných meteorologických staniciach v období 1951-2010 (Hurbanovo, 1901-2010) za rok [dni] (Zdroj: SHMÚ, 2012)


Obr. 13: Kĺzavý 13-mesačný priemer odchýlok najvyšších (vľavo) a najnižších (vpravo) mesačných maximálnych teplôt od priemeru v období 1961-2010 na 49 staniciach Slovenska (Zdroj: SHMÚ, 2012, publikované v Kučera a Pecho, 2012)

Vlny horúčav nás potrápia aj v budúcnosti
So stále sa zvyšujúcou teplotou v strednej Európe a na Slovensku, ako aj zmenami prúdenia vzduchu v dôsledku klimatickej zmeny, musíme do budúcnosti počítať s častejších výskytom horúcich vĺn a ich extrémnejším priebehom. Už do roku 2050 sa ich výskyt pravdepodobne zvýši v porovnaní s minulosťou až štvornásobne a trvanie jednotlivých vĺn sa predĺži o minimálne 3 dni (Obr. 10). Ešte s horším scenárom musíme počítať do konca 21. storočia, kedy sa mimoriadne horúčavy (podobné tej z roku 2003) budú pravdepodobne vyskytovať už každoročne. Rovnako je veľmi pravdepodobné, že teplotné maximá budú čoraz častejšie atakovať 40 stupňovú hranicu, či ju dokonca pravidelne prekračovať. Na takýto mimoriadny nápor tropických teplôt sa budeme musieť jednoducho pripraviť a počítať s jeho nepriaznivými dôsledkami, a to predovšetkým v mestách, kde sú podmienky už dnes počas extrémne teplých dní takmer neznesiteľné.

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika)
Marek Kučera (Fakulta prírodných vied Univerzity Mateja Bela, Tajovského 40, 974 01 Banská Bystrica)


Literatúra
Barriopedro D, Fischer EM, Luterbacher J, Trigo RM, Garcia-Herrera R, 2011: The hot summer of 2010: redrawing the temperature record map of Europe. Science 332: 220–224.
Della-Marta PM, Luterbacher J, von Weissenfluh H, Xoplaki E, Brunet M, Wanner H, 2007: Summer heat waves over western Europe 1880–2003, their relationship to large-scale forcings and predictability. Climate Dynamics 29: 251–275.
Dole R, Hoerling M, Perlwitz J, Eischeid J, Pegion P, Zhang T, Quan X-W, Xu T, Murray D, 2011: Was there a basis for anticipating the 2010 Russian heat wave? Geophysical Research Letters 38, L06702, doi: 10.1029/2010GL046582.
Enfield DB, Mestas-Nunez AM, Trimble PJ, 2001: The Atlantic multidecadal oscillation and its relation to rainfall and river flows in the continental US. Geophysical Research Letters 28: 2077–2080.
Fischer EM, Seneviratne SI, Luthi D, Schär C, 2007: Contribution of land-atmosphere coupling to recent European summer heat waves. Geophysical Research Letters 34: L06707. doi: 10.1029/2006GL029068.
Fischer EM, Schär C, 2010: Consistent geographical patterns of changes in high-impact European heatwaves. Nature Geoscience, doi: 10.1038/NGEO866.
Knight JR, Allan RJ, Folland CK, Vellinga M, Mann ME, 2005: A signature of persistent natural thermohaline circulation cycles in observed climate. Geophysical Research Letters 32: L20708. doi: 10.1029/2005GL024233.
Kučera M, Pecho J, 2012: Priestorová a časová variabilita extrémov teploty vzduchu na Slovensku a ich vzťah k cirkulačným podmienkam v priestore strednej Európy. In: Zborník príspevkov z Konferencie mladých meteorológov a klimatológov, SHMÚ, Bratislava, 14.11.2012.
Kyselý J, Beranová R, Picek J, Štěpánek P, 2008: Simulation of summer temperature extremes over the Czech Republic in regional climate models. Meteorologische Zeitschrift 17: 645–661.
Kyselý J, 2010: Recent severe heat waves in central Europe: how to view them in a long-term prospect? International Journal of Climatology 30: 89–109, doi: 10.1002/joc.1874.
Kyselý J, Pecho, J, 2012: Horké vlny v měnícím se klimatu: otazníky zůstávjí. Vesmír, 91, 28-34.  

Kyselý J, Plavcová E, 2011: Biases in the diurnal temperature range in an ensemble of regional climate models and their possible causes. Climate Dynamics, v recenzním řízení.
Robinson PJ, 2001: On the definition of a heat wave. Journal of Applied Meteorology 40: 762–775, doi: 10.1175/1520-0450.
Stott P, Stone D, Allen M, 2004: Human contribution to the European heatwave of 2003. Nature 432: 610–614.
Výberči D., 2010: Vlny horúčav na južnom Slovensku v období rokov 1901-2009. Bakalárska práca, PRIF UK, Bratislava, 2010, p. 54.
 
Zdroje 

2 komentáre:

  1. Ešte ste tam mohli dat graf vývoja maximálnych denných teplot ;-) Samozrejme, ani nemusim pisat, ze ide o vynikajucu pracu!!

    OdpovedaťOdstrániť
    Odpovede
    1. Ahoj Alex, ako inak, dakujeme za pochvalu a uznanie. Ohladom tych dennych maxim - urcite je to podnetny napad, ale pre tento pripad sme radsej spracovali sumu Tmax nad 30°C - lepsie to ukazuje na extremnost HW period v danom roku, kedze vyssia suma poukazuje na "kumulaciu" obdobi s extremne vysokymi teplotami. Absolutne maxima a ich "amplituda" nemusia este byt tak vypovedne, pokial samozrejme neanalyzujes ich casovu a priestorovu fekvenciu :) Diky moc za feedback! :)J

      Odstrániť

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

Je príčinou klimatickej zmeny a globálneho otepľovania vysušovanie krajiny? V súvislosti s príčinami globálneho otepľovania a klimatick...