Globálne otepľovanie zvyšuje riziko výskytu sucha

Nedostatok vody a narastajúce sucho začína byť vážnym problémom už aj na Slovensku

Zdá sa, že ani na zrážky bohatá zima 2012/13 nedokázala v mnohých regiónoch Slovenska vyrovnať značnú stratu vody z posledných dvoch rokov. Od začiatku roka 2011 do mája 2013 sme zaznamenali len 11 mesiacov s pozitívnou zrážkovou bilanciou, zvyšné mesiace boli deficitné - najviac november 2011 (bilancia územných zrážok dosiahla v SR takmer -62 mm, v priemere teda chýbalo 62 litrov na m²). Extrémne suchý bol aj august 2012 (-60 mm). S výrazne zápornou bilanciou zrážok skončil aj zatiaľ posledný bilancovaný mesiac, apríl 2013 (-27 mm). Aj napriek prebytku zrážok z poslednej zimy a marca 2013 (+154 mm, Zdroj: SHMÚ), zrážky začínajú opäť chýbať, a čo je horšie, situáciu nezlepšujú ani extrémne krátkodobé zrážky, vypadávajúce počas búrok (apríl a máj 2013).

Obr. 1: Zhodnotenie sucha za obdobie posledných 18 (vľavo hore) a 6 (vpravo hore) mesiacov pre Európu, a posledných 12 (vľavo dole) a 3 (vpravo dole) mesiacov na globálnej úrovni podľa údajov UCL: Global Drought Monitor (Zdroj)

Sucho však trápi aj iné časti Európy a sveta (Obr. 1). Medzi tie najviac postihnuté oblasti patrili v posledných dvoch rokoch centrálna časť Spojených štátov amerických, severovýchodná Brazília či južná Čina. V Európe to bola predovšetkým východná časť strednej Európy, juhovýchod Ukrajiny a južná časť Ruska, v priestore severne od Kaukazu. Je súčasná situácia prejavom dlhodobejších trendov, s ktorými treba počítať aj do budúcna, alebo ide o dočasnú fluktuáciu zrážkového režimu na kontinentoch? Výskum ukazuje, že ide veľmi pravdepodobne o prejav dlhodobého trendu, ktorý súvisí so skracovaním a zintenzívňovaním hydrologického cyklu a tým aj vysušovaním vnútrozemia kontinentov v dôsledku vyššej teploty vzduchu. 

Obr. 2: Lineárne trendy (a) úhrnov zrážok, (b) Palmerovho indexu sucha (PDSI; Zdroj: Dai, 2013 - Nature Climate Change) pre obdobie 1950-2010 a (c) odtoku vody z povodí za obdobie 1948-2004 (Zdroj: Dai et al. 2009 - J. Climate) - červené odtiene signalizujú nárast sucha

Nárast globálnej teploty vzduchu od polovice 70. rokov významne prispel k trendom vysušovania mnohých, najmä vnútrozemských regiónov sveta, a to aj napriek tomu, že častejší výskyt sucha je na kontinentoch zjavný už od 50. rokov 20. storočia (Afrika, južná a východná Ázia, južná Európa, východná Austrália, niektoré oblasti Južnej a Strednej Ameriky a v poslednej dekáde predovšetkým Amazónia). Potvrdzujú to aj dlhodobé trendy poklesu zrážok, odtoku a idexu sucha (PDSI), ktoré možno vidieť na Obr. 2. K rozširovaniu sucha však v niektorých regiónoch prispela, okrem rastu globálnej teploty, aj prirodzená premenlivosť klímy, predovšetkým potom dlhodobé zmeny povrchovej teploty oceánov – južná Ázia, USA a východná Austrália). 

Obr. 3: Scenáre budúcich zmien (a) ročných úhrnov zrážok [mm/deň] a (b) obsahu pôdnej vlhkosti v horných 10-cm pôdy - výsledky modelových simulácií použitím modelov CMIP3 a emisného scenára A1B (IPCC 2007) sú uvedené hore, a použitím modelov CMIP5 a emisného scenára RCP4.5 dole (IPCC 2013)

Scenáre pre 21. storočie pritom vôbec nevyznievajú z pohľadu výskytu sucha priaznivo (Obr. 3). Pokračujúce otepľovanie bude mať veľmi pravdepodobne za následok zväčšovanie plochy územia postihovaného pravidelným a dlhotrvajúcim suchom. Odráža sa to predovšetkým v očakávanom poklese pôdnej vlhkosti vo veľkej časti Európy, Austrálie, oboch Amerík ako aj Afriky. Nárast sucha v mnohých kontinentálnych oblastiach predpokladá aj komplexnejší Palmerov Index sucha (PDSI). Aj keď pri interpretácii budúcich scenárov PDSI - Obr. 5 - treba byť opatrný (keďže index sám najlepšie dokáže hodnotiť sucho v súčasných klimatických podmienkach), berúc do úvahy očakávaný vývoj aj ďalších indikátorov sucha (vlhkosť pôdy, Obr. 4), je potrebné počítať s tým, že sucho bude už v nasledujúcich desaťročiach v mnohých regiónoch, vrátane Slovenska, vážnym problémom. Každopádne, vývoj z posledných rokov je toho do istej miery empirickým dôkazom.   

Obr. 4: Časové rady percentuálneho pokrytia pevnín suchými (červená) a vlhkými (zelená) oblasťami v období 1950-2099 podľa modelov CMIP3 (IPCC 2007 - prerušovaná čiara) a CMIP5 (IPCC 2013 - plná čiara) pre emisné scenáre A1B a RCP4.5 (stredné scenáre); suché a vlhké oblasti sú definované ako dolný, resp. horný 20. percentil rozdelenia hodnôt pôdnej vlhkosti (1950-1979)

Obr. 5: Scenáre Palmerovho indexu (PDSI) kalibrovaného pomocou potenciálnej evapotranspirácie pre dva vybrané časové horizonty (2050-2059 a 2090-2099) podľa výstupov modelov CMIP3 a CMIP5 a scenárov A1B a RCP4.5 - významný nárast sucha je možné ku koncu 21. storočia vydieť hlavne v južnej Európe, južnej Afrike, Amazónii a USA

Video: Modelová simulácia ukazuje v priebehu 140 rokov nárast frekvencie výskytu (ako aj územný rozsah) periód bez zrážok (hnedá; sucho) a periód s extrémne vysokými zrážkami (tmavá modrá; Zdroj: NASA's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio)

Globálne otepľovanie a výraznejšie sucho na pevninách

Aj keď je sucho celkom prirodzeným prejavom premenlivosti klímy v prevažnej časti Európy, výnimkou nie je ani Slovensko (Obr. 5), najnovšie analýzy tohto fenoménu potvrdzujú skutočnosť, že globálne otepľovanie, v celej svojej komplexnosti, výskyt sucha na pevninách ešte viac podporí. Prejaviť by sa to malo najmä častejším a dlhšie trvajúcim nedostatkom vody tak v pôdnom profile ako aj v riekach a prírodných či umelých vodných rezervoároch.

Aby sme však aspoň rámcovo pochopili súvislosť medzi globálnym nárastom teploty vzduchu a častejším výskytom sucha na pevninách, je potrebné pripomenúť si jednoduchý fyzikálny vzťah, podľa ktorého teplejší vzduch dokáže prijať prostredníctvom výparu z povrchu pevnín a oceánov väčšie množstvo vody vo forme vodnej pary. Toto množstvo je však pri danej teplote vzduchu zhora limitované tzv. tlakom nasýtenia vodnej pary (jej maximálny možný obsah pri danej teplote vzduchu), ktorého hodnota rastie v závislosti od zvyšujúcej sa teploty vzduchu exponenciálne (tak napr. pri t = 0 °C dosahuje tlak vodnej pary maximálne 6,1 hPa, pri t = 35 °C je to už 56,2 hPa). Zvyšovaním teploty vzduchu sa tak výrazne zlepšujú možnosti atmosféry prijať stále väčšie množstvo vodnej pary, čo sa prejavuje nárastom tzv. výsušného efektu atmosféry.  Ten pri spočiatku nižšej relatívnej vlhkosti vzduchu vedie v teplejších podmienkach k intenzívnemu výparu a tým rýchlej strate vody z povrchových vrstiev pôdy. Ak nie je táto strata nahradená dostatočným prísunom vody z hlbších vrstiev pôdneho profilu výsledkom je pomerne rýchly pokles využiteľnej vlhkosti pôdy nielen pre výpar, ale napríklad aj pre rastliny. Pri dlhšie trvajúcom období bez zrážok, s minimálnou oblačnosťou a intenzívnou insoláciou sa prejavy sucha ako aj podmienky podporujúce jeho existenciu neustále zvýrazňujú prostredníctvom zvyšujúcej sa teplota vzduchu, klesajúcej vlhkosti pôdy a vzduchu, rastúcej rýchlosti vetra, atď.

Obr. 5: Liptovská Mara bola v marci 2012 naplnená len z približne 55 % - dlhotrvajúce sucho z roku 2011 sa prejavilo aj na severe Slovenska a v jeho kotlinách (Zdroj)

Prívalové zrážky sucho nezmierňujú

V teplej časti roka sa pevnina vždy rýchlejšie ohrieva ako oceány a moria v rovnakej zemepisnej šírke, preto vzduch nad pevninami je teplejší a má nižšiu relatívnu vlhkosť vzduchu čo spôsobuje silnejší výsušný efekt atmosféry nad pevninami. Globálne otepľovanie tento stav, vzhľadom na dlhodobo výraznejší nárast teploty vzduchu nad pevninami v porovnaní s oceánmi, ešte viac podporuje. Vnútrozemie kontinentov poznamenané prevažne znižovaním zrážok a poklesom vlhkosti v teplom polroku preto čoraz pravidelnejšie trpí suchom, ktoré je často sprevádzané extrémne vysokými teplotami vzduchu (z nedávnej doby sú známe prípklady z Austrálii a USA). Ak predsa len k výskytu zrážok nad pevninami dôjde, býva to najčastejšie počas búrok (napr. aj u nás v máji 2013). Takéto zrážky však majú väčšinou povahu prívalových dažďov, ktoré spadnú na zemský povrch za pomerne krátku dobu (rádovo len za niekoľko minút). Značné množstvo vody, vzhľadom na obmedzenú infiltračnú schopnosť pôdy, tak odteká z územia bez väčšieho úžitku (súvisí to aj so zníženou retenčnou schopnosťou súčasných lesov). Efektívnosť takýchto zrážok dostatočne zmierňovať nedostatok vody v krajine je preto veľmi nízka a niekedy dokonca ani séria búrkových lejakov nedokáže úplne odstrániť narastajúci vlahový deficit. V miernych šírkach však môže byť výskyt sucha v jarnom a letnom období spôsobený čoraz sporadickejším výskytom snehovej pokrývky v chladnej časti roka.   

  
Obr. 6: Suchom vyprahnutá krajina v austrálskom štáte Viktória vo februári 2009 - juhovýchodná Austrálie zaznamenala v tom roku jedno z najsuchších letných období (Zdroj: Wikipedia) - sucho bolo sprevádzané rozsiahlymi požiarmi, ktoré si vyžiadali minimálne 200 ľudských obetí

Sucho z globálnej perspektívy

Aj napriek faktu, že globálne otepľovanie sa zásadnou mierou podieľa na zvyšovaní obsahu vodnej pary v atmosfére, je absolútne vylúčené na základe toho predpokladať, že by to malo priniesť úľavu napríklad oblastiam, ktoré už v súčasnosti zápasia s kritickým nedostatkom vody. Situácia sa v týchto regiónoch pravdepodobne ešte zhorší (aj vzhľadom na rastúcu populáciu obyvateľstva) a navyše k nim zrejme pribudnú aj ďalšie oblasti, ktoré ešte ani v súčasnosti nemožno nazývať suchými. Veľmi dobrým príkladom územia postihnutého dlhodobým suchom je subsaharská oblasť Sahelu, ktorá trpí výrazným nedostatkom zrážok už od 60. rokov minulého storočia a podľa najnovších počítačových simulácií je hlavnou príčinou tohto stavu zvyšujúca sa teplota povrchových vôd Indického oceánu. Zmena cirkulačných pomerov v širšej africko-indooceánskej oblasti tak v konečnom dôsledku viedla až k ďalekosiahlym zmenám priestorovej distribúcie zrážok na africkom kontinente.

Sucho sa stále intenzívnejšie prejavuje aj v Austrálii (Obr. 6), kde na obyčajne vlhkom východnom pobreží poklesli zrážky v období druhej polovice 20. storočia o približne 15 %. Najčastejšie sa to dáva do súvislosti s výskytom fenoménu El Niño, ale do úvahy prichádza aj výraznejší posun polárnej frontálnej zóny, prinášajúcej zrážky, ďalej na juh. Vlny sucha trápia Austráliu takmer bez prestávky už od roku 2003 a napríklad, pretrvávajúce sucho z roku 2008 a počiatku roku 2009 významne prispelo k rozšíreniu extrémnych požiarov v štáte Viktória zo začiatku februára 2009. Rozsiahle požiare však nie sú jediným dôsledkom sucha. Výraznou mierou sa podieľa aj na poklese hladiny podzemných vôd, čo v mnohých regiónoch sveta spôsobuje problémy so zabezpečením dodávok úžitkovej vody. Bezprostredným dôsledkom sucha sú aj periódy extrémne vysokých teplôt, napríklad v roku 2012.

Obr. 7: V poslednej dekáde sa v oblasti Amozónie vyskytli hneď dve extrémne suché periódy - v roku 2005 a 2010 (hore) - obe udalosti s pravdepodobnostným výskytom raz za storočie (údaje dole z roku 2010 - UCL: Global Drought Monitor)

Napríklad, dlhodobé sucho v juhozápadnej Číne v lete 2006 postavilo pred problém nedostatku pitnej vody až 10 miliónov obyvateľov postihnutého regiónu (posledný výskum poukazuje na zvýšenie frekvencie výskytu dlhotrvajúcich období sucha v severnej a severovýchodnej Číne). V niektorých oblastiach sveta musí obyvateľstvo už dnes vynakladať značné prostriedky na hĺbenie vrtov, často krát dosahujúcich hĺbku až niekoľkých stoviek metrov, ktoré by im zabezpečili prísun dostatočného množstva pitnej vody (napr. v Jemene). Rok od roku trápia rozsiahle požiare a nedostatok vody aj Grécko, ktoré muselo napríklad v auguste 2007 vyhlásiť na celom svojom území výnimočný stav. So stále naliehavejšou situáciou zápasia aj Portugalsko a Španielsko, kde v roku 2006 zhorelo vyše sto tisíc hektárov lesných porastov a krovín. So suchom však začínajú mať stále väčšie problémy aj regióny, ktoré bývajú zvyčajne na atmosférické zrážky mimoriadne bohaté. Príkladom môže byť Indonézia, kde El Niñom vyvolané sucho v rokoch 1996 až 1997 zapríčinilo rozsiahle požiare tropických porastov, a to najmä na ostrove Borneo.

Vrásky na čelách klimatológov a ekológov však čoraz častejšie spôsobuje situácia v Amazónii (Obr. 7 a 8), ktorú postihlo rozsiahle sucho napríklad v rokoch 2005 a 2010. Satelitné merania monitorujúce stav vegetácie síce potvrdili, že pôvodné lesné porasty sa dokázali so suchom celkom dobre vyrovnať, avšak ani v súčasnosti zatiaľ nevedia vedci dostatočne presne odhadnúť, ako budú tropické pralesy v Amazónií reagovať na sucho trvajúce podstatne dlhšie ako to z roku 2005 či 2010. V minulosti sa tu dlhšie obdobia sucha objavovali najmä v dôsledku pôsobenia javu El Niño, no podľa najnovších modelových predpokladov by mali výraznejšie periódy sucha postihovať región takmer každý druhý rok. Narastajúce riziko sucha v Amazónií je zapríčinené nielen odlesňovaním, ale aj zmenou cirkulačných pomerov, resp. distribúcie zrážok podmienenou zvyšujúcou sa teplotou povrchových vrstiev Atlantického oceánu.

Obr. 8: Zmeny priemerného mesačného deficitu vody [v mm] a teplotné odchýlky v septembri [°C] v roku 2005 (a, b) a 2010 (c, d) v oblasti Amzónie (Zdroj: Toomey, 2011)

Sucho na Slovensku

Dlhšie trvajúce periódy sucha sa nevyhýbajú ani strednej Európe. Na mimoriadne extrémne sucho z roku 1947 si zrejme spomenie už len málokto, a to aj napriek tomu, aké katastrofálne následky mohlo mať, nebyť potravinovej pomoci Sovietskeho zväzu. O suchu z roku 2003 taktiež nemožno hovoriť inak ako o výnimočnom. Hlavnou príčinou jeho vzniku bol markantný nedostatok atmosférických zrážok v období od februára do augusta 2003. V niektorých oblastiach Podunajskej nížiny nenapršalo počas týchto siedmych mesiacov ani 50 % dlhodobého priemeru zrážok, čo v kombinácii s nadnormálne teplým počasím spôsobilo na mnohých miestach najhoršie sucho v doterajšej histórii pozorovania. Ročné úhrny zrážok nedosiahli v najjužnejších regiónoch Slovenska ani 300 mm, čo sú už hodnoty, ktoré sú v prírodných podmienkach Slovenska mimoriadne zriedkavé. Nebyť značných zásob vody akumulovaných v snehovej pokrývke počas zimy 2005/2006, sucho v lete 2006 by sa u nás pravdepodobne prejavilo veľmi podobne ako v roku 2003.

Pri predpoklade klesajúceho množstva zrážok (o 10 %) a rastúcej teploty vzduchu (o 2 až 4 °C) vo vegetačnom období musíme v budúcnosti (do roku 2100) počítať, a to najmä v južných oblastiach Slovenska, s častejším a dlhšie trvajúcim výskytom sucha. V poľnohospodárskych oblastiach sa tak zvýšia požiadavky na zavlažovanie (pri náraste teploty vzduchu o 1 °C rastú požiadavky na vlahu až o 15 %) a vo väčšine horských regiónov vzrastie riziko výskytu lesných požiarov. 

Situácia na Slovensku by však v porovnaní s niektorými regiónmi sveta nemala byť až tak mimoriadne dramatická, aj keď vážna bude určite. S ďalekosiahlejšími dopadmi sucha sa budú musieť popasovať také oblasti ako Stredomorie, juhozápad USA, severná a južná Afrika a samozrejme Austrália.

 


Literatúra
Brázdil, R., M. Trnka, P. Dobrovolný, K. Chromá, P. Hlavinka, Z. Žalud. 2009. Variability of droughts in the Czech Republic, 1881–2006. Theoretical and Applied Climatology 97:3-4, 297
Briffa, K. R., G. van der Schrier, P. D. Jones. 2009. Wet and dry summers in Europe since 1750: evidence of increasing drought. International Journal of Climatology 29:13, 1894-1905
Dai, A., 2013: Increasing drought under global warming in observations and models. Nature Climate Change. 3: 52-58. doi:10.1038/nclimate1633
Dai, A., 2012. The influence of the Inter-decadal Pacific Oscillation on US precipitation during 1923–2010. Clim. Dynam. 

Dai, A. 2011. Characteristics and trends in various forms of the Palmer Drought Severity Index (PDSI) during 1900–2008. J. Geophys. Res. 116, D12115
Dai, A. G., Qian, T. T., Trenberth, K. E. & Milliman, J. D. 2009. Changes in continental freshwater discharge from 1948 to 2004. J. Clim. 22, 2773–2792
Dai, A., Lamb, P. J., Trenberth, K. E., Hulme, M., Jones, P. D. & Xie, P. 2004. The recent Sahel drought is real. Int. J. Climatol. 24, 1323–13331
Faško, P., Pecho, J., Mikulová, K., Nejedlík, P., 2009. Trends of selected characteristics of precipitation in The Northern Carpathians in the light of water supply for agriculture. In: Eitzinger, J., Kubu, G. (ed.), (2009): Impact of Climate Change and Adaptation in Agriculture. Extended Abstracts of the International Symposium, University of Natural Ressources and Applied Life Sciences (BOKU),Vienna, June 22-23 2009. BOKU-Met Report 17, pp. 106-109, ISSN 1994-4179 (Print), ISSN 1994-4187 (Online) – http://www.boku.ac.at/met/report  
Faško, P., Lapin, M., Pecho, J., 2008. 20-year extraordinary climatic period in Slovakia. Meteorologický časopis, 11, č. 3, s. 99 – 105, obr. 14
IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. (Cambridge Univ. Press, 2007)
Minetti, J. L., W. M. Vargas, A. G. Poblete, L. R. Zerda, L. R. Acuña. 2010. Regional droughts in southern South America. Theoretical and Applied Climatology
Pecho, J., Faško, P., Drinka, R., Kajab, P., Šťastný, P., 2008: Obdobia s nedostatkom atmosférických zrážok na Slovensku. Národný klimatický program. NKP 12/8. Dôsledky klimatickej zmeny a adaptačné opatrenia. Bratislava, MŽP/SHMÚ. S. 31 – 47, obr. 20, tab. 2. ISBN 978-80-88907-63-3 
Pecho, J., Faško, P., Melo, M., 2008: Precipitation deficit periods in the Danubian lowland in Slovakia. In: Brilly, M., Šraj, M. (eds.), 2008: In: XXIVth Conference of the Danubian Countries on the Hydrological Forecasting and Hydrological Bases for Water Management, Bled, Slovenia, 2-4 June 2008, 15 s. ISBN 978-961-91090-2-1 (CD) Conference abstracts, p.65.ISBN 978-961-91090-3-8
Sergio M. Vicente-Serrano, Santiago Beguería, Jorge Lorenzo-Lacruz, Jesús Julio Camarero, Juan I. López-Moreno, Cesar Azorin-Molina, Jesús Revuelto, Enrique Morán-Tejeda, Arturo Sanchez-Lorenzo. 2012. Performance of Drought Indices for Ecological, Agricultural, and Hydrological Applications. Earth Interactions 16:10, 1-27 
Sergio M. Vicente-Serrano, Santiago Beguería, Juan I. López-Moreno. 2010. A Multiscalar Drought Index Sensitive to Global Warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index. Journal of Climate 23:7, 1696-1718
Trnka, M., J. Kyselý, M. Možný, M Dubrovský. 2009. Changes in Central-European soil-moisture availability and circulation patterns in 1881-2005. International Journal of Climatology 29:5, 655-672 
Wang, G., Eltahir, E. A. B., Foley, J. A., Pollard, D. & Levis, S. 2004. Decadal variability of rainfall in the Sahel: results from the coupled GENESIS-IBIS atmosphere-biosphere model. Clim. Dynam. 22, 625–637 


Zdroje
http://www.wunderground.com/earth-day/2013/increased_risk_of_drought_under_global_warming
http://climatemap.blogspot.sk/2013/03/extremne-klimaticke-anomalie-ako-priamy.html
http://www.ucl.ac.uk/
http://en.wikipedia.org/wiki/Palmer_Drought_Index
http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/prelim/drought/palmer.html
http://environmentalresearchweb.org/cws/article/news/47389
http://www.sciencemag.org/content/331/6017/554.short
http://www.wwfblogs.org/climate/content/drought-amazon-october2010
http://scientistatwork.blogs.nytimes.com/2010/11/12/drought-in-the-amazon-up-close-and-personal/
http://www.nature.com/nclimate/journal/v3/n1/full/nclimate1633.html
http://spravy.pravda.sk/regiony/clanok/211538-liptovskej-mare-chyba-polovica-vody/
http://spravy.pravda.sk/domace/clanok/247712-vaecsie-sucho-bolo-len-pred-65-rokmi/
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.49710142802/abstract
http://www.bom.gov.au/climate/drought/drought.shtml
http://en.wikipedia.org/wiki/Drought_in_Australia
http://www.carbonbrief.org/blog/2013/01/heatwaves,-droughts-and-wildfires-in-australia-what%E2%80%99s-the-link-to-climate-change
http://www.skepticalscience.com/Amazon-Drought-Heat-Stress-Linked-To-Mass-Tree-Die-Off-In-2005-and-2010.html
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011GL049041/abstract
http://www.milanlapin.estranky.sk/clanky/informacie-poskytnute-tasr-a-inym-masmediam.html
http://www.nasa.gov/topics/earth/features/wetter-wet.html 
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/joc.3701/abstract