Klíma na kontinentoch 21. storočia – výrazne teplejšia a suchšia

Aridizácia podnebia na kontinentoch bude významným trendom klimatickej zmeny 21. storočia

Genéza klímy v danej oblasti či regióne je podmienená celým radom klimatotvorných faktorov, ktoré určujú veľkosť radiačnej bilancie zemského povrchu a atmosféry. Výsledkom týchto zložitých fyzikálnych väzieb sú relatívne stabilné teplotné pomery v blízkosti zemského povrchu, ktoré spolu s ďalšími klimatickými prvkami spätne determinujú charakter prírodného prostredia. Tento druh stability, inak tiež stacionarity klimatických podmienok má veľký význam napríklad pre rozšírenie konkrétnych skupín rastlinstva a živočíšstva, ktoré sú schopné sa adaptovať len na určitý, relatívne obmedzený rozsah hodnôt teploty a vlhkosti vzduchu, či atmosférických zrážok, a špecifickosť ich ročného režimu. Pokiaľ sa tento rozsah alebo režim z akéhokoľvek dôvodu mení, v reakcii na tieto zmeny dochádza zákonite k migrácii fauny a flóry, ktorá patrí medzi najefektívnejšie spôsoby adaptácie. Dá sa však vôbec o klíme hovoriť, že je stabilná, nemenná?

Obr. 1: Vývoj globálnej teploty a dekádnych priemerov teploty prízemných vrstiev troposféry podľa troch svetových databáz (Met Office, NOAA a NASA GISS) v období 1850-2011 (Zdroj)

Medzi hlavné odkazy poslednej, piatej správy IPCC je skutočnosť, že globálna klíma nie je v posledných 130 rokoch ani zďaleka stacionárna (Obr. 1 a 2). Práve naopak, mení sa tempom, ktoré je ťažko porovnateľné s rýchlosťou akejkoľvek inej globálnej zmeny klímy v známej geologickej histórii Zeme (minimálne za posledných 65 miliónov rokov). Len od začiatku 20. storočia priemerná globálna teplota vzrástla o 0,89 °C (AR5, 1901-2010), pričom prevažná časť tohto oteplenia spadá do obdobia posledných 50 rokov. Toto veľmi rýchle otepľovanie prináša, okrem topenia ľadovcov či nárastu hladiny oceánov, aj celý rad iných, na prvý pohľad menej zreteľných, zato však veľmi komplexných zmien prírodného prostredia. Jednou z nich je aj posun (migrácia) teplomilných rastlinných a živočíšnych spoločenstiev do vyšších geografických šírok a vyšších nadmorských výšok. Pochopiteľne, že sledovať takéto zásadné zmeny posunu veľkých rastlinných spoločenstiev, a to ešte na úrovni celých kontinentov, by bola aj pre samotných ekológov priam až sizyfovská práca. No klimatológovia majú v rukách jednu výbornú pomôcku. Je ňou klasifikácia klimatických typov, ktorou sa vymedzujú a popisujú hlavné typy podnebia na základe „bioticky“ významných hodnôt meteorologických veličín, prípadne špecifickosti ich ročného režimu. 

Obr. 2: Trend vývoja povrchovej teploty v období 1901-2012 podľa troch svetových databáz - biele miesta predstavujú oblasti bez dostatočného pokrytia údajmi o teplote prízemnej troposféry; symbol (+) znamená, že trend je štatisticky významný na hladine významnosti 10 % (Zdroj)

Tento pomerne zložitý vzťah medzi priestorovou premenlivosťou klimatických podmienok a biotickými komponentmi krajiny slúži ako základ pre definovanie tzv. konvenčných klasifikácií klimatických zón. Uvedený princíp použil už na konci 19. storočia známy nemecko-ruský klimatológ (geograf) Wladimir Köppen, ktorý vytvoril jednu z prvých, a dodnes najviac používaných klimatických klasifikácií. Köppen v nej definoval 5 základných klimatických typov (A-E; neskôr pribudol ešte jeden), ktoré vyčlenil na základe priestorového výskytu ročných izoteriem, dĺžky trvania určitých teplôt a ďalších, skôr biotických charakteristík. Tieto, viac-menej zonálne usporiadané pásy (pozdĺž rovnobežiek) sa ďalej vnútorne delili na niekoľko podtypov. Köppenová klasifikácia prekonala v priebehu 20. storočia ešte niekoľko drobných úprav – jednu z tých zásadnejších vykonal v polovici 60. rokov americký geograf G. T. Threwartha. A prečo to všetko spomíname? Práve priestorové a časové zmeny tak komplexných geografických jednotiek, akými sú klimatické zóny v súčasnej, ale aj budúcej klíme nám dokážu priblížiť reálny rozsah klimatickej zmeny a komplexnosť jej prejavov na úrovni celých ekosystémov či planetárnych biómov (napr. posun vegetačných zón, atď.). Ak teda dochádza k dlhodobému progresívnemu posunu klimatických zón smerom k zemským pólom alebo naopak, je to jednoznačný a priamy indikátor existujúcej nestacionarity klimatického systému.

Obr. 3: Scenáre zmien priemernej zimnej (hore), letnej (v strede) a ročnej teploty vzduchu [°C] na pevninách v období 2071-2100 v porovnaní s obdobím 1961-1990 podľa emisného scenára RCP8.5 (ensemblový priemer 20 CMIP5 modelov; Zdroj: Feng et al. 2013)

A práve na analýzu zmien priestorového rozšírenia hlavných klimatických zón sa zameral aj nedávny výskum odborného tímu vedeného klimatológom Song Fengom z Univerzity v Arkansase. Na základe historických údajov teploty vzduchu a atmosférických zrážok z obdobia 1900-2010 a výstupov 20 modelov CMIP5 (použitím emisných scenárov RCP4.5 a RCP8.5) analyzovali posuny, resp. zmeny rozsahu kontinentálnych typov klímy, určených Köppen-Threwarthovou klasifikáciou, v dôsledku súčasnej a očakávanej zmeny klímy (K-T klasifikácia obsahuje členenie globálnej klímy na šesť hlavných typov: A-F; A - tropická klíma, B – suchá „púštna“ klíma, C – subtropická alebo tiež mierne teplá klíma, D – mierne chladná klíma, E – subpolárna klíma, F – polárna klíma). Výsledky, ku ktorým sa výskumný tím dopracoval sú pritom veľmi zaujímavé, až alarmujúce. Autori v závere štúdie uvádzajú, že pokiaľ by došlo k naplneniu pesimistickejšieho RCP8.5 scenára, už do konca tohto storočia by došlo k zásadnému rozšíreniu teplejších, no najmä suchších typov klímy na takmer všetkých kontinentoch (RCP8.5 počíta s nárastom globálnej teploty do konca 21. storočia v rozsahu 3-10 °C). K najvýraznejším zmenám režimu podnebia by malo dôjsť na kontinentoch severnej pologule, a to najmä v subtropickom a miernom klimatickom pásme, pričom úhrnne by zmeny mohli zasiahnuť takmer polovicu plochy všetkých kontinentov (46,3 %).   

Obr. 4: Scenáre zmien priemerných zimných (hore), letných (v strede) a ročných úhrnov atmosférických zrážok [%] na pevninách v období 2071-2100 v porovnaní s obdobím 1961-1990 podľa emisného scenára RCP8.5 (ensemblový priemer 20 CMIP5 modelov; Zdroj: Feng et al. 2013)

Očakávané zmeny teploty a zrážok

Podľa simulácií oteplenia do konca 21. storočia pomocou modelov CMIP5 v kombinácii s emisným scenárom RCP8.5 (v porovnaní s referenčným obdobím 1961-1990) dôjde k najvýraznejšiemu otepleniu v zime (dec.-feb.) v Arktíde, v severnej Kanade a Rusku (až do 12 °C, Obr. 3). O niečo pomalšie sa budú otepľovať mierne šírky severnej pologule (5-7 °C). Najmenšie oteplenie možno očakávať napr. v Strednej Amerike, západnej Európe, prípadne v oblasti tropického Pacifiku (< 3 °C). V lete (jún-aug.) sa naopak najvýraznejšie otepľovanie predpokladá v miernych šírkach severnej pologule (USA, Stredomorie a Stredná Ázia; > 6 °C). Ako vidieť na Obr. 3c, očakávané zmeny ročného priemeru teploty majú podobnú štruktúru ako zmeny v zimnom období, s výnimkou Arktídy, kde otepľovanie bude o niečo pomalšie.

Z pohľadu zmien atmosférických zrážok pre obdobie konca 21. storočia sa zdá byť priestorový obraz trochu komplikovanejší než pri teplote vzduchu. Ako možno vidieť aj na Obr. 4, v zime sa najväčší nárast zrážok očakáva na kontinentoch severnej pologule, predovšetkým v miernych a polárnych šírkach (+30 %). Suchšie podmienky možno predpokladať v oblasti subtrópov, a to najmä v Stredomorí, Strednej Amerike a v severnej Indii. V dôsledku expanzie a intenzívnejšej tropickej cirkulácie (Hadleyho cirkulačná bunka) sa nárast zrážkovej činnosti očakáva v tropických regiónoch, najmä južne od rovníka (v lete na sever od rovníka). Čo je však ešte závažnejšie, v lete modely poukazujú na nárast stupňa aridizácie na južnej pologuli (Brazília, JAR, Austrália) – tento fenomén opäť súvisí s posunom tropickej cirkulácie bližšie k pólom a rozšírením vplyvu subtropických tlakových výší. Suchšie podmienky budú však dominantné aj v oblasti Stredomoria, Strednej Ameriky a USA. Na rozdiel od teploty vzduchu, zmeny ročných zrážok svojou štruktúrou sledujú skôr dlhodobé trendy v letnom období (Obr. 4c). 

Všeobecne sa teda modelové simulácie zhodujú v tom, že prevažná časť miernych a polárnych šírok severnej pologule, ako aj regióny monzúnovej Ázie či tropickej Afriky budú v porovnaní so súčasnosťou vlhkejšie, zatiaľ čo tropická Južná Amerika, Stredomorie, južná Afrika, Austrália a Stredná Amerika budú mať podmienky suchšie.

Obr. 5: Priestorové rozloženie hlavných typov a sub-typov K-T klasifikácie v období 1961-1990 (hore) a 2071-2100 (dole) podľa emisného scenára RCP8.5 (ensemblový priemer 20 CMIP5 modelov; Zdroj: Feng et al. 2013)

Klimatické zóny v pohybe

Podobne ako pri teplote a zrážkach, zásadné zmeny možno očakávať aj z pohľadu priestorového rozšírenia klimatických typov podľa K-T klasifikácie. Na základe porovnania K-T typov získaných z meraní (1961-1990, Obr. 5 - hore) a modelových výstupov (2071-2100, Obr. 5 - dole) si možno vytvoril generalizovanú predstavu o rozsahu týchto zmien. K najvýznamnejším posunom klimatického režimu pravdepodobne dôjde v miernych a polárnych šírkach severne pologule, kde sa výrazne začne presadzovať typ klímy D, na úkor subpolárnej a polárnej klímy (tie obmedzia svoj výskyt na najsevernejšie periférie severoamerického a euroázijskeho kontinentu a Grónsko). Veľmi dôležitým rysom zmien klímy v Európe bude rozširovanie nového typu klímy v oblasti Stredomoria (Španielsko, Turecko, atď.) – B typ klímy – teda suchej „arídnej“ klíma a posun subtropického režimu klímy (C typ) smerom na sever od svojho pôvodného regiónu pri Stredozemnom mori. Priestorovo obmedzené enklávy teplej a v lete aj veľmi suchej subtropickej klímy sa podľa emisného scenára RCP8.5 rozšíria do konca tohto storočia až k južným hraniciam Slovenska a Českej republiky. Podobné aridizačné tendencie možno očakávať aj na juhozápade USA. Z pohľadu výskytu A klímy – teda vlhkej tropickej – dôjde len k minimálnym zmenám jej rozšírenia. 

Obr. 6: Scenáre zmien hlavných typov (hore) a sub-typov (dole) klímy podľa K-T klasifikácie v období 2071-2100 v porovnaní s obdobím 1961-1990 - farba indikuje prítomnosť nového typu (sub-typu) v klimatických podmienkach na konci 21. storočia (Zdroj: Feng et al. 2013)

Zaujímavý pohľad prináša aj analýza pozorovaných a predpokladaných zmien plošného rozšírenia šiestich hlavných typov klímy v podmienkach zvyšovania globálnej teploty (Obr. 6 a 7). Zatiaľ čo v období 1900 až 2000 došlo na povrchu pevnín len k relatívne malému posunu klimatických typov (10-11 % plochy), ktorý sa v posledných 15 rokoch významne zrýchlil, oba použité scenáre RCP4.5 a RCP8.5 počítajú už do polovice tohto storočia s podstatne rýchlejšími zmenami rozšírenia teplejších a suchších podmienok na kontinentoch – výraznejšie sa tieto tendencie budú prejavovať najmä na severnej pologuli. Celkové zmeny klimatického režimu by mohli do konca tohto storočia postihnúť až takmer polovicu plochy kontinentov (46,3 % podľa RCP8.5 – teda asi 62,2 mil. km² a 31,4 % podľa RCP4.5, čo je približne 42,1 mil. km²; Obr. 8).

Obr. 7: Časový vývoj celkovej plochy pevnín s vybraným typom klímy v období 1900-2100 [mil. km²] - čierna línia reprezentuje merané údaje, modrá (červená) línia predstavuje očakávané (modelované) zmeny celkovej plochy podľa RCP8.5 (RCP4.5) scenára (Zdroj: Feng et al. 2013)

Ako vidieť závery tejto analýzy sú pre nás viac ako závažné. Najnovšia generácia prepojených atmosféricko-oceánskych modelov CMIP5 počítajú v priebehu 21. storočia so zásadnými zmenami režimu teploty a zrážok, ktoré pravdepodobne postihnú predovšetkým kontinenty severnej pologule (severne od 30. stupňa s.g.š) a podmienia tak rýchlejšie posuny hlavných klimatických typov – teplejších a zväčša aj suchších typov (sub-typov) do vyšších geografických šírok. Možné je preto očakávať, že uvedené zmeny vyvolajú zásadné zmeny v priestorovom rozšírení rastlinných a živočíšnych druhov a obmedzia dostupnosť vodných zdrojov v niektorých vnútrozemských oblastiach kontinentov. V rámci Európy bude pravdepodobne najvážnejšie postihnuté Stredomorie, kde nový typ klímy (B) povedie k výraznému nedostatku vody, čo sa môže prejaviť v rýchlej aridizácii tohto regiónu.  

Obr. 8: Časový vývoj podielu plochy pevnín zasiahnutej zmenami (posunom) klimatických typov (sub-typov) [%] - čierna a zelená línia reprezentujú merané údaje (UD a CPC databázy), modrá (červená) línia predstavuje očakávané (modelované) zmeny podľa RCP8.5 (RCP4.5) scenára (Zdroj: Feng et al. 2013)

Ďalšie detaily uvedenej analýzy možno nájsť v originálnom článku (Feng et al. 2013). Na záver by som chcel tiež pripomenúť, že hodnotením dlhodobých zmien klimatického režimu a posunu klimatických typov podľa Končekovej a Köppenovej klasifikácie v oblasti strednej Európy a Karpát sa zaoberá štúdia slovenských klimatológov pod vedením Dr. Mariána Mela z FMFI Univerzity Komenského v Bratislave (Melo et al. 2013).

Literatúra

Song Feng, Qi Hub, Wei Huang, Chang-Hoi Ho, Ruopu Li, Zhenghong Tang, 2013: Projected climate regime shift under future global warming from multi-model, multi-scenario CMIP5 simulations. Global and Planetary Change 112 (2014) 41–52.

Zdroje
Global average air temperature anomalies (1850 to 2011) in degrees Celsius (°C) relative to a pre-industrial baseline period (Zdroj)
Climate Change 2013: The Physical Science Basis
http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/#.UqXTGSdPquY