Klíma v Európe smeruje k zásadným zmenám

Čo bude pre Európu znamenať globálne oteplenie o 2 °C?

Nárast globálnej teploty o 2 °C v porovnaní s predindustriálnou dobou (GW-2C) je v súčasnosti prijímaný za horný prah „znesiteľného“ oteplenia, ktorý ak neprekročíme, môžeme ešte predísť nebezpečným dôsledkom klimatickej zmeny. Ako ale možno mnohí viete, táto hodnota nevzišla ani tak z vedeckého výskumu ako skôr z politického konsenzu. O jej opodstatnenosti by sme preto mohli viesť siahodlhé akademické polemiky. Z dnešného pohľadu je myslím už veľmi reálne, že pri súčasnom tempe produkcie skleníkových plynov tento prah nie len dosiahneme, ale aj podstatne prekročíme (napr. oteplenie o 4 °C do konca storočia sa v súčasnosti považuje za reálne). Zamyslime sa však nad trochu iným problémom. 

Prejavy klimatickej zmeny a predovšetkým naša schopnosť adekvátnej reakcie na ich dôsledky budú v budúcnosti predsa len skôr závisieť od toho, ako zásadne a rýchlo sa budú meniť klimatické podmienky v konkrétnych regiónoch. Z tohto dôvodu je informácia o predpokladanom globálnom oteplení o napr. 2 °C síce zaujímavá, ale pre bežných ľudí a predovšetkým verejných činiteľov len ťažko uchopiteľná a prakticky takmer nezúžitkovateľná. Čo možno teda očakávať v Európe v prípade, že v priebehu najbližších desaťročí sa planéta oteplí o minimálne ďalších 1,5 °C (v porovnaní s obdobím 1971-2000)? Túto otázku si položili aj odborníci v rámci medzinárodného výskumného tímu vedeného Robertom Vautardom. Vo svojom príspevku (The European climate under a 2 °C global warming) uverejnenom v časopise Environmental Research Letters predstavili jeden z možných scenárov takejto zmeny v jednotlivých regiónoch Európy. Využili pri tom výstupy 15 regionálnych klimatických modelov (RCMs) použijúc stredný emisný SRES scenár A1B. A aké dosiahli výsledky? 

Obr. 1: Globálne oteplenie o  2 °C (v porovnaní s obdobím 1971-2000 o ďalších 1,5 °C) približne do obdobia rokov 2045-2050 bude pre Európu znamenať v priemere rýchlejšie otepľovanie a významný nárast extrémnosti teploty a zrážok (Credit: © Anton Balazh / Fotolia)

Kedy dosiahneme GW-2C?

Autori v článku uvádzajú, že za GW-2C považujú obdobie, kedy 30-ročný priemer globálnej teploty sa zvýši o 2 °C v porovnaní s priemerom za obdobie 1881-1910. K tomuto zvýšeniu by malo dôjsť niekedy medzi obdobiami 2014-2043 až 2038-2067, a ak berieme do úvahy stredné hodnoty 30-ročných intervalov, potom niekedy medzi rokmi 2028 a 2052. Pri použití väčšieho počtu modelových simulácií (CMIP3 a ENSEMBLES GCMs) sa priemer časového výskytu GW-2C posúva na obdobie medzi rokmi 2045-2049 (Obr. 2). Len pre zaujímavosť, najnovšie modely CMIP5 dávajú GW-2C na roky 2050 (emisný scenár RCP4.5) alebo 2042 (RCP8.5).  

Obr. 2: Historický vývoj a scenáre vývoja globálnej teploty vzduchu (30-ročný kĺzavý priemer) podľa SRES scenára A1B (hore) a RCP scenárov (dole) - limit oteplenia o 2 °C v porovnaní s obdobím 1881-1910 je zvýraznený červenou čiarou (Zdoj: Vautard et al. 2014)

Regionálne zmeny teploty a zrážok pri GW-2C

Zásadnejším výsledkom štúdie je ale to, že v celkovom priemere dávajú regionálne modelové simulácie väčšie oteplenie než 2 °C (v porovnaní s 1881-1910) pre takmer celú Európu a všetky sezóny (Obr. 3 a 4). Zatiaľ čo globálne sa oteplí o 2 °C, pre Európu to bude znamenať výraznejšie oteplenie, prevažne v rozmedzí od 1,5 do 2,0 °C v porovnaní s obdobím 1971-2000. Rýchlejšie sa pritom bude otepľovať v zime ako v lete alebo na jar (Obr. 4). K najvýraznejšiemu nárastu teploty dôjde v severnej a východnej Európe v zime, a v južnej Európe v lete (o 2 až 3 °C). Slovensko a Česká republika budú tiež patriť medzi regióny s rýchlejším tempom rastu teploty (0,5 až 1,5 °C), pritom rýchlejšie sa bude otepľovať najmä v zime. Oteplenie porovnateľné s tým na globálnej úrovni možno očakávať len v západnej Európe, a to najmä na Britských ostrovoch a na Islande (vzhľadom na pomalšie otepľovanie Atlantického oceánu, Obr. 5).  

Obr. 3: Očakávané zmeny ročnej priemernej teploty vzduchu (vľavo) a ročných úhrnov zrážok (vpravo) v jednotlivých regiónoch Európy pri oteplení o 2 °C (Zdoj: Vautard et al. 2014)

Obraz budúcich zmien zrážok je o niečo viac komplikovaný (Obr. 3 vpravo). Všeobecne však možno očakávať rast úhrnov zrážok v strednej a severnej Európe v zime (na severe Európy aj v lete), a pokles v lete, najviac v juhozápadnej a juhovýchodnej Európe. Zväčša možno očakávať zmeny v rozsahu +/- 20 % (Obr. 5). Veľmi zaujímavé sú aj zmeny prízemného tlaku vzduchu, ktoré vykazujú pokles v severnej Európe v zime a na juhu Európy v lete. Ako uvádzajú autori, zmeny tlaku vzduchu v zime môžu byť spôsobené posunom subtropických oblastí vyššieho tlaku vzduchu a polárnej frontálnej zóny smerom na sever. V lete je pokles na juhu Európy zapríčinený častejším výskytom termálnych tlakových níži nad stále teplejším Stredomorím a juhovýchodnou Európou.

Obr. 4: Očakávané zmeny sezónnej priemernej teploty vzduchu (vľavo) a sezónnych úhrnov zrážok (vpravo) v Európe pri oteplení o 2 °C (Zdoj: Vautard et al. 2014)

Zmena extrémov pri GW-2C

Podľa výstupov regionálnych modelov možno významné zmeny očakávať aj pri extrémnych teplotách a zrážkach. Maximálne denné teploty budú pravdepodobne najrýchlejšie rásť v južnej Európe  v lete (+3-4 °C) a denné minimá v severnej Európe v zime (+5-8 °C, Obr. 6). Na Slovensku to bude znamenať nárast u oboch uvedených charakteristík o 2 až 4 °C. Podobne ako pri priemerných zrážkach, aj extrémne zrážky vykazujú oveľa zložitejší obraz ako v prípade teploty vzduchu. Veľkosť extrémnych denných úhrnov, ktoré sa zvyknú vyskytovať raz za 20 rokov, bude rásť bez rozdielu na ročné obdobie, najčastejšie v rozsahu od 5 do 15 %. Ako vidieť aj na Obr. 6, zatiaľ čo priestorový rozsah zmien je väčší hlavne v zime (väčší nárast najmä na juhu), v lete sa zmeny týkajú skôr len severnej polovice Európy, no dosahujú väčšie hodnoty ako v zime. Modely tiež naznačujú priestorovo menej rozsiahly, no významný nárast extrémnosti rýchlosti vetra.        

Obr. 5: Scenáre zmien teploty vzduchu (vľavo), zrážok (v strede) a prízemného tlaku vzduchu (vpravo) v zime (DJF) a lete (JJA) pre obdobie GW-2C v porovnaní s priemerom 1971-2000 (Zdoj: Vautard et al. 2014)

Obr. 6: Scenáre zmien minimálnej a maximálnej dennej teploty vzduchu (vľavo), maximálneho denného úhrnu zrážok (v strede) a rýchlosti vetra (vpravo) v zime (DJF) a lete (JJA) pre obdobie GW-2C v porovnaní s priemerom 1971-2000; v prípade teploty vzduchu a zrážok ide o extrémne hodnoty s dobou opakovania raz za 20 rokov  (Zdoj: Vautard et al. 2014)

Záver (?)

Možno by sa patrilo uzavrieť tento blog niečím pozitívnym, no ako vidieť aj z výsledkov tejto štúdie, ktorá nie je ani prvá, ani posledná svojho druhu, už oteplenie o 2 °C, ktoré je politickými reprezentantmi často označované ako „bezpečné“, môže a veľmi pravdepodobne aj prinesie zásadné zmeny klimatických podmienok do takmer celej Európy. A to, či sa už na to pozeráte z pohľadu priemerných hodnôt meteorologických prvkov alebo ich extrémov. Zvlášť citlivým regiónom bude z tohto pohľadu juh Európy, kde najvážnejším problémom budú rýchlo rastúce teploty vzduchu. Tie v kombinácii s výrazným poklesom zrážok (v lete) budú vytvárať priestor pre výskyt pravidelného až trvalého nedostatku vody, a teda sucha. V regióne strednej Európy naliehavejším problémom bude "nový" režim zrážok, ako aj ich nedostatok a extrémnosť. Vyššie teploty počas roka budú mať spočiatku skôr pozitívny efekt na predlžovanie vegetačného obdobia, no rastúci nedostatok zrážok na jar a v lete (vzhľadom na vyšší výpar v teplej časti roka), ako aj väčšia extrémnosť denných úhrnov môže viesť k režimu, ktorý sa bude vyznačovať dlhodobejšími bezzrážkovými obdobami prerušovanými veľmi krátkymi epizódami prívalových zrážok a povodní.

Ďalším problémovým regiónom bude Arktída, ktorá sa už v súčasnosti otepľuje dva až tri krát tak rýchlo ako zvyšok sveta, dokonca rýchlejšie ako Európa. Zásadne zmeny klímy a prostredia pritom možno v tomto regióne pozorovať už v súčasnosti. Ako sme spomenuli už v predošlých blogoch, posledné výskumy prinášajú čoraz zreteľnejší obraz o tom, že zmena radiačnej bilancie zemského povrchu a rýchle tempo zvyšovania teploty v Arktíde vedie na celej severnej pologuli k významným zmenám cirkulácie atmosféry. Vzhľadom na očakávané "pokračujúce" otepľovanie v najbližších 30 rokov možné je predpokladať, že tak otepľovanie ako aj zmena atmosférickej cirkulácie v euro-atlantickom priestore prinesú do mnohých regiónov Európy významné zmeny režimu zrážok, pôdnej vlhkosti, odtoku z povodí, atď.

Otázkou tiež ostáva aj to, aké zmeny čakajú Európu pri ešte výraznejšom a rýchlejšom globálnom otepľovaní v priebehu tohto storočia, ktoré ako sme uviedli už v úvode, veľmi pravdepodobne dosiahne minimálne 4 °C.


Súvisiace články 
Zvyšujúca sa extrémnosť počasia preverí naše limity adaptácie
http://climatemap.blogspot.cz/2014/02/zvysujuca-sa-extremnost-pocasia-preveri.html
Čakajme neočakávateľné
http://climatemap.blogspot.cz/2014/02/cakajme-neocakavatelne.html
Rok, kedy neprišla zima
http://climatemap.blogspot.cz/2014/03/rok-kedy-neprisla-zima.html
Klimatická zmena v Arktíde prebieha doslova pred očami
http://climatemap.blogspot.cz/2013/03/klimaticka-zmena-v-arktide-prebieha.html
Extrémne klimatické anomálie ako priamy dôsledok globálneho otepľovania (?)
http://climatemap.blogspot.cz/2013/03/extremne-klimaticke-anomalie-ako-priamy.html
Extrémne počasie a meniaca sa tvár Matky Zeme
http://climatemap.blogspot.cz/2013/04/extremne-pocasie-meniaca-sa-tvar-matky.html
Globálne otepľovanie zvyšuje riziko výskytu sucha
http://climatemap.blogspot.cz/2013/05/globalne-oteplovanie-zvysuje-riziko.html
Nebezpečná rýchlosť klimatickej zmeny
http://climatemap.blogspot.cz/2013/08/nebezpecna-rychlost-klimatickej-zmeny.html

Vlny horúčav častejšie a plošne rozsiahlejšie

Budúci výskyt vĺn extrémne vysokých teplôt do roku 2040 už pravdepodobne neovplyvníme

Zatiaľ čo v prípade niektorých typov extrémneho počasia (tornáda, konvektívne búrky, atď.) je spojitosť ich výskytu a intenzity s klimatickou zmenou stále otázna a je predmetom intenzívneho výskumu, v prípade vĺn horúčav je toto prepojenie celkom jasné, a dnes už aj veľmi dobre zdokumentované početnými odbornými publikáciami. Tie ponúkajú celkom jasný obraz o tom, že už oteplenie o približne 0,5 °C od roku 1970 na globálnej úrovni významne prispelo k zvýšeniu pravdepodobnosti výskytu dlhých periód extrémne vysokých teplôt nad pevninami. Len v období posledného desaťročia sa v rôznych regiónoch sveta vyskytlo niekoľko pozoruhodných vĺn horúčav: západná Európa v roku 2003, stredná Európa v rokoch 2006 a 2007, Grécko v roku 2007, Austrália v roku 2009, Rusko v roku 2010, Texas v roku 2011, či Spojené štáty americké v roku 2012.

Obr. 1: Frekvencia výskytu 3-sigma (hore) a 5-sigma (dole) udalostí - vĺn horúčav počas letných mesiacov (jún-august) podľa výstupov modelov CMIP5 pre emisné scenáre RCP2.6 (vľavo) a RCP8.5 (vpravo) pre obdobie 2071-2099 (Zdroj)

Uvedené príklady boli extrémne nielen svojimi dôsledkami na úmrtnosť populácie či značné ekonomické straty, ale aj tým, že z pohľadu štatistiky teplotných charakteristík dosiahli priemerné teploty mesiacov, v ktorých sa vyskytli, extrémne vysoké odchýlky od dlhodobých priemerov (3-sigma a viac; 3-sigma je hodnota mesačnej teploty zodpovedajúca 3-násobku smerodajnej odchýlky od dlhodobého normálu, pričom z hľadiska pravdepodobnosti výskytu ide o 1 prípad z 370). A práve na takéto extrémne vlny horúčav (3-sigma a 5-sigma udalosti), trvajúce až niekoľko týždňov, sa zameral aj najnovší príspevok publikovaný v Environmental Research Letters. Autori v článku dospeli na základe porovnania viacerých modelových simulácií (použitím dvoch krajných emisných scenárov: RCP2.6 – optimistický a RCP8.5 – pesimistický scenár) k záveru, že situácie podobné tým zo západnej Európy v roku 2003 alebo z Rusku v roku 2010 môžu postihovať na pevninách už do roku 2020, resp. 2040 dvojnásobne, resp. štvornásobne väčšiu plochu než tomu je v súčasnosti.   

Obr. 2: Frekvencia výskytu mesačných teplotných extrémov zodpovedajúcich 1-, 2- a 3-sigma udalostí v kontrolnom období 2000-2012 podľa reálnych pozorovaní (vľavo) a modelových výstupov CMIP5 (vpravo; Zdroj)

Pozorované trendy

Štatistické analýzy hodnotiace extrémnosť a výskyt dlhotrvajúcich vĺn horúceho počasia poukazujú na to, že významné zvýšenie výskytu teplých periód nad prevažnou časťou pevnín súvisí s pozorovaným rastúcim trendom globálnej teploty v období posledných aspoň 50 rokov. Extrémne letné horúčavy (3-sigma), ktoré sa napríklad ešte začiatkom 60. rokov vyskytovali skutočne zriedkavo a postihovali spravidla len 1 % plochy pevnín, sa v súčasnosti vyskytujú už pravidelnejšie a zasahujú aj väčšie územie (~ 5-10 % plochy; Obr. 2). Medzi odbornými príspevkami dnes už nechýbajú ani analýzy poukazujúce na antropogénne príčiny tohto trendu (Jones et al 2008,  Stott et al 2011, Stott et al 2004 alebo Schär et al 2004, a ďalšie). Otázkou preto zostáva ako zásadne sa bude v podmienkach teplejšej globálnej klímy meniť aj frekvencia, ale najmä priestorový rozsah veľmi teplých periód (napr. 3- a 5-sigma udalostí). Pre tento účel autori použili výstupy mesačných odchýlok teploty vzduchu z 29 simulácií CMIP5 modelov pre dva krajné emisné scenáre (RCP2.6 a RCP8.5), pričom porovnávaná teplotná amplitúda 1-, 2-, 3- až 5-sigma udalostí bola počítaná z obdobia posledných 60 rokov (1951-2010). Viac informácií k metodike modelovania je možné nájsť v pôvodnom príspevku.

Obr. 3: Vývoj plochy pevnín [%] postihnutej 1-, 2-, 3- a 5-sigma udalosťami v období rokov 1951-2012 (vľavo) a v období rokov 2012-2100 (v strede a vpravo; Zdroj)

Scenáre do roku 2020 a 2040

Výsledky modelových simulácií sú konzistentné nielen s očakávaným rastom globálnej teploty, ale aj s už publikovanými prácami v minulosti. Modely predpokladajú v prípade udalostí na úrovni 3-sigma (ako napr. vlna horúčav z Ruska v roku 2010) rast priestorového rozsahu do roku 2020 na dvojnásobok (~ 10 % plochy pevnín) a do roku 2040 na štvornásobok (~  20 % plochy; Obr. 3) v porovnaní so súčasnosťou, a to bez ohľadu na to, ktorý emisný scenár zvolíme. Tento výsledok možno interpretovať aj tak, že dokonca aj v prípade výraznejšieho zníženia globálnych emisií CO₂ do roku 2020, na priestorový výskyt vĺn horúčav to bude mať len málo významný vplyv. 

Zásadnejší rozdiel medzi emisnými scenármi však badať po roku 2040, kedy by malo v prípade optimistickejšieho RCP2.6 scenára dôjsť k stabilizácii výskytu 3-sigma periód na úrovni približne 20 % zasiahnutej plochy pevnín (v roku). Naopak, scenár RCP8.5 počíta s ďalším výrazným rastom, a to až do 90 % plochy pevnín do konca tohto storočia. Vlny horúčav podobné tým z roku 2010 (Rusko) sa tak podľa pesimistickejšieho výhľadu stanú do konca tohto storočia pomerne častým „letným“ javom nad prevažnou časťou pevnín, najmä v tropických oblastiach. RCP8.5 scenár dokonca počíta s tým, že 3-sigma periódy by sa v tropických regiónoch Afriky, Južnej a Strednej Ameriky či Indonézie mohli ku koncu 21. storočia vyskytovať takmer každý rok (Obr. 1). Zmeny však neobídu ani Európu. Pre obdobie letných mesiacov jún-august (JJA) počíta pesimistickejší výhľad so zvýšením frekvencie 3-sigma udalostí z 10 % (obdobie 2000-2012) na ~ 60-80 % (2071-2099). Znamená to asi toľko, že udalosti, ktoré sa v súčasnosti vyskytujú asi raz za 10 rokov, sa ku koncu storočia môžu vyskytnúť približne každý druhý rok. Tento nárast je zvlášť nápadný v južných regiónoch Európy (oblasť Stredozemného mora). 

Pochopiteľne, vyššie uvedené scenáre sú len jedným z možných variantov budúceho vývoja periód s extrémne vysokými teplotami, pričom treba do úvahy zobrať aj fakt, že použité modely CMIP5 v rámci kontrolnej klímy priestorový výskyt vĺn horúčav mierne podhodnocujú (hlavne v prípade menej extrémnych periód 1- a 2-sigma). Aj napriek tejto skutočnosti je obraz predpokladaných zmien veľmi zreteľný a jasný, a vo veľkej miere podporuje aj závery doposiaľ publikovaného výskumu vĺn horúčav.   

Literatúra

Coumou D, Rahmstorf S, 2012: A decade of weather extremes. Nature Clim. Change, 2, 491–6.

Coumou D, Robinson A, 2013: Historic and future increase in the global land area affected by monthly heat extremes. Environ. Res. Lett. 8 (2013) 034018 (6pp). doi:10.1088/1748-9326/8/3/034018

Coumou D, Robinson A, Rahmstorf S, 2013: Global increase in record-breaking monthly-mean temperatures Clim. Change, 118, 771–82.

Rahmstorf S, Coumou D, 2011: Increase of extreme events in a warming world Proc. Natl Acad. Sci. USA, 108, 17905–9.

Zdroje

http://www.climatecentral.org/news/more-frequent-heat-waves-by-2020-almost-certain-16353

http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=133606&CultureCode=en

http://www.skepticalscience.com/coumou-robinson-2013-extreme-heat-frequency.html

http://iopscience.iop.org/1748-9326/8/3/034018/

http://skepticalscience.com/extreme-weather-global-warming-intermediate.htm

http://www.iop.org/news/13/aug/page_60872.html