Cyklonálne dvojičky – rarita alebo všednosť?

Nad tropickými oblasťami Indického oceánu došlo v tomto týždni k zaujímavej situácii. Satelitný záber zachytený v piatok o 12. hodine svetového času (UTC; Obr. 1 vľavo) ponúka spektakulárny pohľad na dvojicu vyvíjajúcich sa tropických cyklón, rotujúcich na oboch stranách rovníka v približne rovnakej geografickej dĺžke. Severne od rovníka išlo o cyklón Mahasen (Obr. 2 a 3), ktorý pomaly smeruje do oblasti Bengálskeho zálivu a podľa predpovedí hrozí, že by v najbližších dňoch mohol zasiahnuť pobrežie Bangladéša alebo Myanmaru (kedysi Barma). Aj napriek veľmi intenzívnej konvekcii a búrkovej činnosti v centrálnej časti systému, cyklón zatiaľ prejavuje len slabé náznaky rotácie a lepšej organizácie jednotlivých konvektívnych buniek. V najbližších dvoch dňoch sa však očakáva, že Mahasen postúpi do oblasti veľmi teplých povrchových vôd Bangálskeho zálivu (T ~ 31 °C, čo je približne 1 °C nad dlhodobým normálom), čo v kombinácii s menej výrazným strihom vetra a väčšej vzdialenosti od rovníka pravdepodobne zlepší podmienky pre zosilnenie tropickej cyklóny (TC), ktorá začne viditeľnejšie rotovať v podobe rozsiahlej oblačnej špirály (v protismere hodinových ručičiek). 

Obr. 1: TC Mahasen (hore) a TC Jamala (dole) na záberoch z meteorologickej družice v piatok, 10. mája 2013 (Zdroj a Zdroj; a NASA)

 

Obr. 2: Satelitný záber zachytáva TC Mahasen v infračervenej oblasti spektra východne od pobrežia Indie a Srí Lanky dňa 12. mája 2013 - záber poukazuje na výskyt silnej konvekcie v centrálnej časti tropickej cyklóny (Zdroj)

Jeho dvojičkou, tentoraz ale na južnej pologuli, je cyklón Jamala. V porovnaní s Mahasenom ide o viditeľne menej rozsiahly búrkový systém, ktorý smeruje juhovýchodným smerom k pobrežiu severozápadnej Austrálie. Zatiaľ sa nepredpokladá, že by toto pobrežie v najbližších piatich dňoch zasiahol. Na rozdiel od Mahasena, Jamala nepredstavuje zatiaľ žiadnu reálnu hrozbu, a to aj napriek tomu, že sa očakáva postupný rast jeho intenzity až na prvú kategóriu tropickej cyklóny.

Ide z pohľadu klimatológie TC o netypickú situáciu? Napodiv nie. K výskytu „cyklónov-dvojičiek“ dochádza v oblasti Indického oceánu (IO) až prekvapujúco často, a to práve v máji, teda v období pred príchodom letného monzúnu (monzúnová cirkulácia, trvajúca zvyčajne od júna do októbra, všeobecne nepodporuje vznik TC nad IO). Druhým obdobím s pomerne častým výskytom uvedených situácií je mesiac november. Len pre zaujímavosť doplníme, že naposledy k vytvoreniu cyklonálnych dvojičiek nad IO došlo v decembri 2011 (cyklóny Thane a Benilde – oba búrkové systémy sa vyvinuli do plno rozvinutých cyklónov, pričom cyklón Thane 30. Decembra 2011 zasiahol juhovýchodné pobrežie Indie). 

Obr. 3: Animácia zachytáva teplotu infračerveného vyžarovania horných vrstiev oblačnosti v priebehu obdobia od 9. do 12. mája 2013  (modré a červené odtiene poukazujú na extrémne nízke teploty najvrchnejších častí oblačnosti; červená tiež indikuje intenzívnu konvekciu v oblasti TC Mahasen a Jamala; ide o kompozit záberov z družíc METEOSAT-5, GMS, GOES 10, a GOES 8; Zdroj)

Z hľadiska dlhodobého výskytu cyklonálnych dvojičiek je možné si tiež všimnúť, že najčastejšie sa nad IO objavujú v období pôsobenia aktívnej fáze tzv. Madden-julianovej oscilácie (MJO, tiež sa označuje termínom 30 až 60- (40 až 50)-denná oscilácia, Obr. 4), ktorá v oblasti rovníka podporuje vznik intenzívnych konvektívnych búrok. Podobne ako poveternostné poruchy miernych šírok, viazané na pohyb tzv. Rossbyho vĺn, sú aj oblasti intenzívnej konvekcie v trópoch, a predovšetkým v Intertropickej zóne konvergencie (ITZK), spojené so západovýchodným šírením atmosférických vĺn vo vyšších vrstvách troposféry – tieto vlny vznikajú vzájomnou interakciou Kelvinových a Rossbyho vĺn. MJO oscilácia sa v prízemnom poli prejavuje predovšetkým zásadnou zmenou smeru prúdenia vzduchu. Ustálené pasátové prúdenie (severne od rovníka ide o severovýchodný, južne od rovníka o juhovýchodný pasát) je výrazne modifikované do zbiehavého prúdenia (konvergencie) na perifériách rodiacich sa konvektívnych buniek – to znamená, že prevažne východné prúdenie v prízemných hladinách v rámci ITZK sa lokálne mení na západné, čo vedie k silnej konvergencii a následnému vytváraniu intenzívnej konvekcie a zrážok. Viac je možné sa o dynamike a prejavoch MJO oscilácie dočítať tu: The Madden-Julian Oscillation. 

Obr. 4: Hovmöllerov diagram zobrazujúci veľkosť 5-denných priemerov odchýlok množstva dlhovlnnej radiácie unikajúcej do kozmického priestoru v období od 16. novembra 2012 do 12. mája 2013 (časová os vľavo) - záporné odchýlky poukazujú na silne aktívnu fázu MJO a teda intenzívnu konvekciu a tvorbu búrkovej oblačnosti - kontúry orientované z horného ľavého okraja smerom k dolnému pravému naznačujú pohyb MJO od západu na východ (Zdroj)

Obr. 5: Nevšedný pohľad na dve dvojice tropických cyklón v oblasti západného (Kesiny - dole vľavo; Cyklón 01A - hore vľavo) a východného IO (Errol - dole pravo; Cyklón 02B - hore vpravo) dňa 9. mája 2002 (Zdroj)

Na záver len pre zaujímavosť uvedieme, že aj v prípade výskytu cyklonálnych dvojičiek sa môžu vyskytnúť nečakané rarity. K tej najzaujímavejšej došlo v máji 2002 (Obr. 5), kedy veľmi silná fáza MJO oscilácie pri svojom postupe na východ od pobrežia východnej Afriky až po Indonéziu a Austráliu prispela k vzniku hneď dvoch dvojíc tropických cyklón. Prvá dvojica TC vznikla v priestore západného IO v období od 1. do 3. mája (TC Kesiny a Cyklón 01A), druhá o necelý týždeň neskôr, a to 8. až 10. mája (TC Errol a Cyklón 02B). Oba západnejšie položene TC zasiahli pevninu a spôsobili závažne materiálne aj ľudské straty na ostrove Madagaskar (Kesiny) a v Ománe (Cyklón 01A).

Literatúra

Shen, B.-W., W.-K. Tao, Y.-L. Lin, and A. Laing, 2012: Genesis of twin tropical cyclones as revealed by a global mesoscale model: The role of mixed Rossby-gravity waves. J. Geophys. Res., 117, D13114, doi:10.1029/2012JD017450

Iné zdroje
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/MJO/mjo.shtml
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=703
http://www.atmos.albany.edu/student/ventrice/real_time/maps/kelvin/total/vp/indian_analyses.html
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2403
http://ruc.noaa.gov/hfip/tcgen/tcgen.php?basin=nio
http://www.imd.gov.in/section/nhac/dynamic/cyclone.htm
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_mjo_index/mjo_index.shtml 

Keď sa z hurikánov stávajú super-búrky

Od hurikánom k hyperkánom a medikánom

Nie je to tak dávno, čo americkí meteorológovia vyjadrovali obavy z toho, že by mohlo dôjsť k situácii, kedy veľmi silný alebo veľmi rozsiahly hurikán zasiahne ekonomické a politické centrum Spojených štátov amerických. Mnohí uvažovali o takejto situácii len čisto hypoteticky a dokonca politici o možnom údere takejto „super-búrky“ nechceli ani len počuť. Iróniou osudu však k takejto situácii došlo práve koncom októbra minulého roku, kedy hurikán Sandy doslova „trafil“ do čierneho srdce americkej ekonomiky, New York. S narastajúcim množstvom informácií o tom, že súčasné extrémne počasie je do značnej miery podmienené globálným otepľovaním planéty, mnohí sa začali pýtať, či aj hurikán Sandy, často krát v médiách označovaný ako "super-búrka", mal nejaký súvis s klimatickou zmenou, alebo či išlo naopak len o nešťastnú zhodu okolností. 

Jednoduchá odpoveď na túto otázku určite neexistuje, no meteorológovia zaoberajúci sa dynamikou ako aj klimatológiou tropických cyklón na základe dostupných údajov usudzujú, že charakter a trajektória tropickej cyklóny Sandy mali skutočne ďaleko od normálnosti. Sandy sa stala doslova učebnicovým príkladom toho, ako meniace sa fyzikálne podmienky oceánov a atmosféry môžu obyčajný jesenný hurikán zmeniť na búrkový systém, ktorý pokojne znesie označenie „hyperkán“.  

Obr. 1: Hurikán Sandy - na zábere z družice už ako mimotropická cyklóna - nad východným pobrežím USA zaznamenala takmer rekordný rozsah (pokrývala územie s rozlohou viac ako 1,4 mil. kilomteorov štvorcových; Zdroj: NASA)

Žiadny hurikán v budúcnosti už neponesie meno Sandy. Trauma zo značných strát na ľudských životoch (len v USA zatiaľ cez 110 obetí) a obrovských materiálnych škôd (minimálne 50 mld. USD) sú príliš veľké na to, aby sa niekto odvážil pomenovať niektorú z ďalších búrok rovnakým menom. Nielen obrovský plošný rozsah hurikánu či bezprecedentná miera devastácie na Jamajke, Kube, a hlavne v USA, ale aj nezvyčajne neskorý výskyt takto rozsiahlej a intenzívnej tropickej cyklóny v zemepisných šírkach New Yorku nám opäť pripomenul, že podmienky, pri ktorých sa hurikány vytvárajú a vyvíjajú sa v období posledných minimálne 30 rokov zásadne menia. A neplatí to len pre oblasť Atlantického oceánu v blízkosti východného pobrežia USA, ale s obdobnými zmenami sa možno stretnúť aj v Pacifiku, či napríklad Indickom oceáne.

Všetko to začala Katrina

Kontroverznú diskusiu o tom, či globálne otepľovanie planéty povedie k silnejším a častejším tropickým cyklónam roztočil však už pred siedmimi rokmi iný hurikán. Keď na konci augusta 2005 hurikán Katrina vtrhol na americkú pevninu a zdevastoval ničivými vetrami a morským príbojom mesto New Orleans, len málokto v Spojených štátoch si dokázal túto udalosť spojiť s niečím tak málo predstaviteľným a hmatateľným, ako klimatická zmena. Nebola to však len samotná Katrina, ktorá utvrdila Američanov v presvedčení, že s hurikánmi je zdá sa niečo v neporiadku. Práve výnimočne aktívna hurikánová sezóna 2005, ktorá priniesla doslova na dosah od americkej pevniny štyri ďalšie, podobné, či dokonca ešte silnejšie veterné smršte ako Katrina, bola pre amerických daňových poplatníkov príliš veľké sústo na to, aby po ňom ostalo ticho.

Ako sa ale hovorí, jeden extrém takmer vždy strieda iný, ten opačný, a platí to aj v prípade názoru Američanov na fenomén globálneho otepľovania. Do tej doby takmer bagatelizovaná téma bola zrazu hodná toho, aby sa objavila na titulných stranách najčítanejších denníkov a po vzhliadnutí filmu Ala Gora, Nepríjemná pravda z roku 2006, bol pravdepodobne každý Američan ochotný uveriť tomu, že Katrina vznikla v dôsledku globálneho otepľovania. Odpoveď na otázku, či vyššia globálne teplota planéty automaticky znamená aj vyšší počet tropických búrok a silnejších hurikánov, je minimálne tak zložitá ako predpoveď toho, či veterná smršť nakoniec pevninu zasiahne alebo nie, prípadne aké veľké škody prinesie.

Obr. 2: Odchýlky teploty morskej vody v blízkosti východného pobrežia od dlhodobého priemeru 1981-2010 boli miestami až o 3 °C vyššie (Zdroj)

Rekordná Sandy

Vznik hurikánu Sandy síce nemožno vidieť ako dôsledok klimatickej zmeny (táto spojitosť síce nie je vylúčená, no dnes by sa pomocou objektívnych vedeckých metód dokazovala len veľmi obtiažne), no je veľmi pravdepodobné, že jeho intenzita a najmä rozsah by nedosiahli takej extrémnosti nebyť nadpriemerne vysokých teplôt v blízkosti východného pobrežia Spojených štátov (Obr. 2). V dobe, kedy Sandy prechádzala nad najteplejšími časťami Golfského prúdu (podľa údajov NOAA je voda v tejto oblasti teplejšia v porovnaní s dlhodobým priemerom až o 3 °C), celý búrkový systém zaznamenal dosť významný nárast intenzity a sily vetra ako aj pokles atmosférického tlaku v centrálnej časti hurikánu. Vďaka týmto podmienkam „priniesol" hurikán Sandy k východnému pobrežiu USA rekordne nízky atmosférický tlak (945 hPa zaznamenaný v Atlantic City), a predovšetkým rekordne vysoký morský príboj, ktorý vznikol kombináciou silného vetra a veľkého prílivu (na mnohých miestach presiahol 4 metre; výška najvyšších vĺn dosiahla až 10 metrov). Intenzívne zrážky síce neviedli k rovnakým povodniam ako počas hurikánu Irene z minulého roku, no boli minimálne rovnako intenzívne (najviac zrážok spadlo v Eastone, v štáte Maryland, takmer 320 mm).

Obr. 3: Rozloženie riadiacich tlakových útvarov (H - tlaková výš), pozícia polárneho jet streamu a dráha hurikánu Sandy (Zdroj)

Keďže Sandy zasiahla severovýchod USA v takto pokročilom čase, v druhej polovici jesene, bolo by určite až nepredstaviteľné, keby sa na svojej ceste na sever nestretla so studeným, pôvodom arktickým vzduchom. K tomuto samozrejme došlo hneď potom, ako Sandy dosiahla východného pobrežia. Arktický vzduch, ktorý do tropickej búrky naprúdil vo vyšších vrstvách, urýchlil prerod tropickej cyklóny do veľmi intenzívnej cyklóny miernych šírok. Zo Sandy tak vznikla veľmi zvláštna hybridná búrka, niečo medzi hurikánom a mimotrolpickou a veľmi hlbokou zimnou cyklónou. Popri iných prejavoch spôsobila táto cyklóna aj veľmi intenzívne snehové zrážky v oblasti Západnej Virgínie (v Richwoode spadlo takmer 1 meter snehu v priebehu 24h).

Pozoruhodný bol aj plošný rozsah samotného hurikánu. Po hurikáne Oľga, z roku 2001, išlo o druhú najrozsiahlejšiu tropickú cyklónu v Atlantiku v modernej histórii (minimálne od roku 1988). Sandy bola tak rozsiahla, že tesne pred svojim príchodom nad pobrežie New Jersey dokázala zdvihnúť morskú hladinu o viac ako 3,5 metra ešte vo vzdialenosti 800 km od svojho centra a vietor s rýchlosťou okolo 100 km/h bolo možné zaznamenať na území s priemerom takmer 1700 km. V období vrcholiacej sily pokrývala Sandy územie s rozlohou cez 1,4 milióna km². Národné hurikánové centrum na Floride dokonca označilo Sandy za potenciálne najdeštruktívnejší hurikán v novodobej histórii (od roku 1969). Z pohľadu možných dôsledkov vyvolaných morským príbojom si vyslúžila dokonca vyššiu známku ako nedávne ničivé hurikány 5. alebo 4. kategórie, ktoré zasiahli americkú pevninu (Katrina, Rita, Wilma, Camille a Andrew).

Sandy a úbytok ľadu v Akrtíde - existuje súvis

V prípade hurikánu Sandy však došlo k niečomu, čo by meteorológ s dlhoročnou praxou v tejto oblasti považoval za veľmi nepravdepodobné. Rozbory tlakových a teplotných polí poukazujú na to, že netypická dráha hurikánu Sandy z októbra 2012 bola do značenej miery spôsobená blokujúcou tlakovou výšou, ktorá sa v tom čase nachádzala juhozápadne od Grónska a znemožňovala tak postup hurikánu ďalej na severovýchod. Neštandardné cirkulačné podmienky nad severnou pologuľou a zvlášť nad Severnou Americkou a Grónskom tak nasmerovali hurikán Sandy nad východné pobrežie (Obr. 3), zatiaľ čo za normálnych podmienok by sa búrkový systém východnému pobrežiu USA veľkou pravdepodobnosťou vyhol. Poviete si, stalo sa to úplnou zhodou okolností a za všetko mohli poveternostné podmienky danej situácie. Lenže netypické podmienky prúdenia vzduchu, ktoré nakoniec prinútili Sandy odchýliť sa od predpokladanej dráhy smerom na západ, k New Yorku, sú odrazom zmien širokopriestorových cirkulačných podmienok na celej severnej pologuli, a tie je možné sledovať minimálne už od roku 2007. Závery klimatológov a meteorológov stále viac poukazujú na to, že hlavnou príčinou týchto zmien prúdenia vzduchu ako aj zmien rozloženia kvázi-permanentných riadiacich tlakových útvarov je stále teplejšia Arktída, a predovšetkým výrazný ústup rozsahu polárneho zaľadnenia v tomto regióne. Nedávne štúdie dokonca potvrdili súvislosť výskytu extrémnych prejavov počasia na severnej pologuli s výrazným úbytkom morského ľadu a snehu v Arktíde (vratne Sibíri; Francis a Vavrus, 2012). Liu et al., 2012, zase poukazuje na zmeny charakteru zimnej cirkulácie na severnej pologuli v dôsledku úbytku rozsahu morského zaľadnenia v Arktíde v jesennom období.

Obr. 4: Poludníkový profil všeobecnej cirkulácie atmosféry na severnej pologuli - jasne sú zvýraznené polohy subtropického a polárneho jet streamu (Zdroj: Wikipedia)

Jet stream a teplotné zmeny v Arktíde

Odpoveďou môže byť trochu „neštandardné“ chovanie tzv. jet stremu, vzdušného vysokorýchlostného prúdenia nachádzajúceho sa až pri hornom okraji troposféry, v našom prípade teda vo výške okolo 11-12 km nad povrchom (Obr. 4). Jet stream, známy tiež z leteckej dopravy, poukazuje na výrazne atmosférické rozhranie medzi polárnymi (ležiace na sever od jet streamu) a tropickými vzduchovými hmotami (ležiace na juh). A práve na týchto rozhraniach sa vytvárajú nám známe poveternostné poruchy typu mimotropických cyklón (s nimi sú nakoniec spojené aj nám známe atmosférické fronty). Vysokorýchlostné prúdenie v jet streame, pohybujúce sa zo západu na východ, však nie je priamočiare. Skôr ako líniu pripomína obrovské vlny, ktoré sa podobne ako prúdenie vzduchu v jete pohybujú zo západu na východ. Slučky alebo vlny jet streamu vybiehajúce ďaleko na severu sú spojené s výbežkami vysokého tlaku vzduchu (v nich sa tropický vzduch dostáva ďaleko na sever, Obr. 5), naopak vlny smerujúce na juh sú vždy spojené s brázdami nízkeho tlaku vzduchu, v ktorých postupujú aj samotné cyklóny a frontálne rozhrania. Tieto obrovské vlny sa v meteorologickom žargóne nazývajú tiež Rossbyho vlny a ich horizontálny pohyb smerom na východ je poháňaný predovšetkým teplotným rozdielom medzi miernymi a polárnymi (arktickými šírkami). Čim väčší je tento gradient, tým rýchlejšie sa Rossbyho vlny pohybujú a sú tiež rovnejšie (plochejšie). Táto situácia má výrazný dopad na vzdušné prúdenie v priestore celej severnej pologule – je viac zonálne – čo znamená, že vzduch prúdi viac pozdĺž rovnobežiek. Pre počasie v Európe to znamená jedno – miernejšie teploty (v lete aj v zime), menej výrazne extrémy v počasí.

Obr. 5: Schematické znázornenie rôznych "módov" tvaru Rossbyho vĺn - posledný prípad (úplne vpravo) je spájaný s existenciou malého horizontálneho gradientu teploty medzi Arktídou a miernym zemepisnými širkami severnej pologule (Zdroj: Wikipedia)

Pokiaľ ale dôjde k opačnej situácii a teplotný gradient medzi Arktídou a miernymi šírkami nie je dostatočne výrazný, Rossbyho vlny sa začínajú naťahovať ako špagety, sú teda výraznejšie a rastie ich amplitúda. Čo je ale zásadnejšie, spomaľujú svoj pohyb na východ. Prúdenie sa stáva viac meridionálnym (vzduch prúdi pozdĺž poludníkov zo severu na juh a naopak), čo vytvára podmienky pre vznik tzv. atmosférického blokovania. A ako sa prejavuje? Tlakové útvary, ktoré poznáme z bežnej predpovede počasia a synoptickej meteorológie, spomaľujú svoj postup smerom nad kontinentálnu Európu, prípadne sa na určitú dobu úplne zastavia nad jedným miestom (v extrémnejších prípadoch postupujú z východu opačným smerom). Aký je v tom ale problém, keď dôjde k zastaveniu Rossbyho vĺn. Nuž je to veľmi jednoduché. Napríklad, prechod každej cyklóny cez konkrétne územie predstavuje do istej miery extrém, či už z pohľadu vetra, zrážok alebo teploty vzduchu. Teraz si predstavte situáciu, že vám taká cyklóna zaparkuje nad strednou Európou na niekoľko dní – dôsledky môžu a väčšinou aj sú veľmi dramatické – prebytok zrážok a povodne, najmä v lete (v zime, pri vhodných teplotných podmienkach, obrovské závaly snehu – kalamita). Pri dlhšie trvajúcom veternom počasí sú s tým spojené napríklad aj rozsiahlejšie škody na majetku. Pokiaľ máte trochu „šťastia“ a nad vašim hlavami zaparkuje blokujúca tlaková výš, v lete to znamená dlhšie obdobie veľmi teplého až horúceho počasia, prípadne aj dlhodobejšie sucho (príkladom môže byť aj situácia z Ruska v lete roku 2010).

Nuž a čo čert nechcel, zdá sa, že práve k takýmto situáciám – teda k vzniku atmosférického blokovania – dochádza na severnej pologuli (v Sev. Amerike a v Euroázii) v posledných rokoch pomerne často (Obr. 8). Znižujúci sa teplotný rozdiel medzi rýchlo sa otepľujúcou Arktídou a miernymi šírkami vytvára podmienky pre deformáciu dráhy jet streamu, čo sa prejavuje väčšími a pomalšie sa pohybujúcimi Rossbyho vlnami. Na zmenu charakteru cirkulácie na severnej pologuli a jej súvis s otepľovaním Arktídy, ale aj rýchlym ústupom polárneho morského zaľadnenia, poukazujú v poslednom období početné štúdie – najnovšie napríklad aj tejto: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2012GL051000/abstract.

Obr. 6: Poloha planetárnych jet streamov (najlepšie je vidieť polárny a subtropický jet na severnej pologuli) v poli rýchlosti vetra na hladine 300 hPa dňa 14. marca 2006 (Zdroj)

Obr. 7: Polárny jet stream na severnej pologuli zvýraznený v poli vetra - jeho vlnový charakter (Rossbyho vlny) je na tejto "animácii" zjavný

Autori sa v nej zamerali na analýzu teplotných a tlakových polí na severnej pologuli v rámci obdobia 1979-2010. Dospeli k záverom, že zníženie teplotného a tlakového gradientu medzi Arktídou a miernymi šírkami skutočne vedie k spomaľovaniu postupu atmosférických vĺn smerom na východ, s čím do veľkej miery súvisí aj extrémne počasie v Európe z posledných rokov. Treba len na okraj pripomenúť, že tento efekt zatiaľ nebol pozorovaný nad južnou pologuľou. Teplotný rozdiel medzi Antarktídou a miernymi šírkami južnej pologule je vďaka teplotnej zotrvačnosti ľadového kontinentu stále pomerne veľký (na ako dlho, to zatiaľ nevieme). Autori vo svojej štúdii upozorňujú na to, že v dôsledku výrazného ohrievania vzduchu nad Arktídou (predovšetkým vďaka silným pozitívnym spätným väzbám zo strany ubúdajúceho ľadu a snehu – tzv. albedo efekt) dochádza k tomu, že vzdialenosť medzi tlakovými hladinami 1000 a 500 hPa sa vo vertikálnom smere v Arktíde zväčšuje. Nárast mocnosti vzduchovej vrstvy medzi nimi má svoj prejav v už spomínanom poklese horizontálneho gradientu teploty, a hlavne tlaku. Silný štatistický vzťah medzi rastom mocnosti tejto vrstvy a zmenou cirkulačných podmienok na severnej pologuli sa preukázal vo všetkých ročných obdobiach s výnimkou jari.

V období posledného desaťročia by celkom určite dali nájsť početné prípady konkrétnych poveternostných situácií, ktoré súvisia práve s týmto „neštandardným“ chovaním polárneho (prípadne arktického) jet streamu a častejším výskytom blojkových situácií (Obr. 8). Na sneh bohaté zimy v USA z rokov 2009-10, 2010-11, 2012-13 či vlny horúčav na americkom kontinente v posledných dvoch rokoch, ktoré boli okrem iného spojené aj s katastrofálnym suchom na juhu a juhozápade USA. Podobný charakter počasia prevládal v rovnakom období aj nad Európou. Dôkazom sú veľmi chladné zimy na Britských ostrovoch v rokoch 2009-10 a 2010-11, mimoriadne vážne povodne na Slovensku a v strednej Európe v máji 2010, prípadne dlhodobé sucho na Slovensku v rokoch 2011-12, alebo tiež extrémna vlna horúčav v Rusku v lete 2010.Neštandardné poveternostné podmienky počas poslednej zimy 2012-13 na Slovensku možno tiež dávať do súvilosti s týmito zmenami (http://www.nun.sk/jar2013.htm).

Takýchto príkladov by sa dalo nájsť oveľa viac. Bolo by zrejme naivné si myslieť, že globálne otepľovanie je len o náraste teploty a častejších „príjemných“ letných horúčavách u nás na Slovensku. Žiaľ, dôsledky klimatickej zmeny sú, ako vidíme, oveľa komplexnejšie a nemusia nutne súvisieť len s letným počasím (búrky, extrémne zrážky, tornáda, horúčavy, etc.). Pre mnohých laikov sa to zdá možno paradoxné, ale aj extrémnejšie počasie v Európe v zime (snehové kalamity, silné víchrice, neobvykle dlhé obdobia silných mrazov) majú svoju príčinu v meniacich sa podmienkach prúdenia vzduchu nad rozsiahlymi časťami planéty a tie sú do veľkej miery podmienené hlavne zmenami teploty oceánov a pevnín.

Obr. 8: Normalizovaná distribúcia atmosférického blokovania v Arktíde v období 1968 - 1999 a období 2000-2012. V posledných 12 rokoch je možné pozorovať výrazný nárast ich počtu (Zdroj)

Teplejšie oceány – silnejšie hurikány

Možné prepojenie aktivity tropických cyklón (TC) s klimatickou zmenou je v období posledných 20 rokov analyzované predovšetkým z pohľadu ich prejavov, celkovej intenzity, podmienok vzniku, ale aj geografického rozšírenia TC vo vybraných regiónoch. Najucelenejší obraz o prebiehajúcim zmenách charakteru TC máme pochopiteľne z oblasti Atlantického oceánu (AO), kde existujú celkom kvalitné údaje z meteorologického monitoringu tak samotných TC ako aj ich dôsledkov a spôsobených škôd. Možno teda povedať, že dlhodobé trendy, ku ktorým sa klimatológovia v tejto oblasti dopracovali reálne vypovedajú o zásadných zmenách povahy TC. Zatiaľ čo globálne analýzy satelitných dát dostupných za posledných približne 40 rokov nepreukázali významný nárast celkového počtu TC, v kategórii najsilnejších TC (teda 4. a 5. stupeň) sa toho udialo pomerne dosť. Nielenže rastie v oblasti AO ich celkový počet, na vzostupe je aj ich priemerná intenzita hodnotená napríklad pomocou maximálnej rýchlosti vetra (Wmax) alebo indexu deštruktívnej sily (PDI; Obr. 9). V prípade PDI indexu bola navyše dokázaná veľmi tesná súvislosť jeho nárastu s zvyšovaním teploty povrchových vrstiev AO, z čoho sa dá usudzovať, že deštruktívna sila hurikánov v prípade ďalšieho rastu globálnej teploty a predovšetkým teploty morskej vody v oblastiach vzniku TC bude veľmi pravdepodobne kopírovať vývoj teploty oceánov smerom k silnejším TC (odhad rastu intenzity cyklón o ~ 1-8 % pri raste povrchovej teploty oceánov o 1°C, pri zrážkach to bude nárast o ~ 6-18 % na 1°C). V tejto súvislosti si treba uvedomiť, že dnešné hurikány sa rodia za podmienok diametrálne odlišných od tých, aké sme v oblasti AO pozorovali pred približne storočím. Napríklad, v období rokov 2000-2011 bola teplota povrchových vrstiev AO v porovnaní s obdobím 1900-1910 o takmer 1°C vyššia (Obr. 10). Podmienky vyššej priemernej teploty oceánu a tým aj vzduchu vedú po vzniku TC k jej rýchlejšiemu rozvoju a razantnejšiemu zosilneniu, z pohľadu dosahovaných maxím rýchlosti vetra.

Obr. 9: Vzťah medzi silou hurikánu a teplotou povrchovej vody oceánu (Zdroj)

Obr. 10: Hurikány majú viac energie pri putovaní nad oceánmi, ako na začiatku minulého storočia - odchýlka povrchovej teploty morí v období 2000-2011 v porovnaní s obdobím 1900-1910 (Zdroj: NOAA)

Priekopnícka práca Kerryho Emanuela

V tomto zmysle priekopníckou prácou bola štúdia Kerryho Emanuela z roku 1987 a neskôr z roku 2005, v ktorej sa uvádza, že teplejšie povrchové vrstvy AO môžu pri vhodných atmosférických podmienkach viesť k silnejším hurikánom (Obr. 9). Ďalšie analýzy (napr. Elsner et al., 2012; alebo Knutson et al., 2010) tieto predpoklady len ďalej potvrdili. Teplota morskej vody však nie je jedinou podmienkou, ktorá umožňuje vznik silnejších TC. Vyššia teplota vody znamená aj vyšší celkový výpar a tým aj vyšší obsah vodnej pary v atmosfére, ktorá v prípade poveternostných situácii podobných hurikánu Sandy, vypadávajú v podobe extrémnych zrážok. Kevin Trenberth v tomto zmysle poukazuje na fakt, že v súčasnosti počas hurikánov v akejkoľvek postihnutej oblasti môže spadnúť o 5-10% viac zrážok ako povedzme pred 40 rokmi. Okrem intenzívnejších prejavov TC však treba brať do úvahy aj rastúcu hladinu oceánov, ktorá je napríklad v oblasti východného pobrežia USA o približne 30 cm vyššia ako na začiatku 20. storočia. Väčšie neistoty však panujú v otázke frekvencie výskytu TC. Podľa najnovších štúdií však možno očakávať mierny nárast počtu silných (kategórie 3 a viac) TC, pričom však celkový počet cyklón bude skôr bez významnejších zmien, prípadne bude mierne klesať (najmä vzhľadom na predpoklad existencie výraznejšieho strihu vetra a rastúcej teploty hornej troposféry).

"Hurikány" nad Stredozemorím?

V súvilosti s dikusiou o zmena častosti výskytu a intenzity tropických cyklón sa ďalej ponúka aj otázka, či podobné fenomény mohli začať ohrozovať aj geografické oblasti, v ktorých sa doposiaľ nevyskytli, napríklad nad Stredozemným morom. O tejto problematike som pred nejakým časom napísal nasledujúci text:

Akoby nestačilo, že oblasť Stredomoria čelí stále častejším a intenzívnejším suchám, medikány (Obr. 11), „menší bratia“ tropických cyklón, sú silnejúcou nočnou morou kolísky európskej civilizácie. Tropické cyklóny, tiež nazývané hurikány a tajfúny, sú najpustošivejšie búrkové systémy na Zemi. Zatiaľ vznikajú iba nad tropickými oceánmi, ale existuje predpoklad, že vplyvom pokračujúceho otepľovania planéty by sa mohol ich výskyt rozšíriť. Klimatické modely totiž naznačujú, že medzi potenciálne najohrozenejšie regióny by z tohto pohľadu mohlo patriť aj husto obývané Stredomorie.

Takmer hurikán

Ide o skutočne zriedkavý jav. Vždy, keď nastane, je to v meteorológii udalosť. Z času na čas sa  na jeseň nad teplými vodami Stredozemného mora vytvorí oblačný vír nápadne pripomínajúci hurikán. Medikány, ako nazývame tieto tropickým cyklónam príbuzné atmosférické javy, však spája s hurikánmi niečo viac ako len vizuálna podobnosť. Aj napriek tomu, že sú v priemere menšie a nie až tak pustošivé ako ich „rovesníci“ z Karibiku, dokážu na ostrovoch a v pobrežných oblastiach Stredomoria spôsobiť závažné materiálne škody. V priebehu posledných 20 rokov meteorológovia identifikovali minimálne 15 takýchto búrok a aj preto sa v poslednom období často diskutuje o tom, či ich výskyt bude vplyvom globálneho otepľovania častejší, a predovšetkým, či sa svojou silou vyrovnajú tropickým cyklónom.

Víchor nad Stredomorím

Nápadný, špirálovo zatočený oblačný vír, uprostred ktorého sa nachádza „oko“, oblasť s relatívne pokojným a menej veterným počasím. Podobnosť hurikánov a medikánov nie je v tomto smere vôbec náhodná, keďže atmosférické procesy, ktoré ich formujú sú veľmi podobné, aj keď v prípade medikánov nie až tak extrémne. Vetry v stredomorských cyklónach len zriedkakedy presiahnu hranicu 25 m/s, čím sa zatiaľ nevyrovnajú ani sile hurikánov najnižšej, prvej kategórie. Tento „výkonnostný“ rozdiel však nie je len výsledok toho, že Stredozemné more nie je zatiaľ schopné poskytnúť medikánom podobne vyhovujúce podmienky ako napríklad Karibské more hurikánom. Podmieňuje to aj skutočnosť, že impulzom pre vznik stredomorských medikánov nie je, tak ako v prípade hurikánu, intenzívna tropická cirkulácia vzduchu rodiaca sa nad pevninou západnej Afriky. Na ich počiatku stoja procesy, ktoré majú svoj pôvod vo vyšších vrstvách troposféry miernych šírok. Na jeseň takmer pravidelne do Stredomoria „zablúdi“ z Atlantického oceánu tlaková níž, ktorej motorom je prítomnosť veľmi studeného vzduchu v stredných a vysokých vrstvách troposféry. Prienik studeného vzduchu nad rozohriate Stredozemné more zväčší v celom profile troposféry teplotný rozdiel, ktorý sa dokáže vyrovnať len stúpaním teplého a vlhkého vzduchu do výšky. Tým sa naštartujú dynamické procesy vedúce k tvorbe mohutnej kopovitej oblačnosti, ktorá sa postupne zoskupuje do tvaru už spomínanej špirály. Dôsledky v podobe intenzívnych lejakov a silného vetra sú síce pôsobivé, avšak na to, aby sa z medikánu stal plnohodnotný hurikán je potrebné, aby voda v Stredozemnom mori mala na pomerne veľkej ploche aspoň 26 °C. A v tom je problém. Takto teplá voda sa vo väčších množstvách, ak nepočítame samozrejme pobrežné oblasti, koncentruje len vo východnom Stredomorí, aj to len na konci leta, prípadne na začiatku jesene.   

Stredozemné more je im zatiaľ pritesné

Okrem toho, netreba zabúdať ani na fakt, že Stredozemné more je zo všetkých strán obklopené pevninou a navyše je aj pomerne malé, čo pre potenciálny rozvoj tropických búrok predstavuje veľké obmedzenie. Dokazujú to aj analýzy meteorológov, ktorí študovali každý jeden medikán v Stredomorí za posledných 20 rokov. Ešte skôr, ako sa búrkový systém rozvinul do svojho vrcholného a teda aj ničivejšieho štádia, narazil na svojej ceste buď na nejaký ostrov alebo, ešte častejšie, na pobrežie kontinentu, ktoré jeho vývoj nekompromisne zastavilo. Dokonca ani v tom v najlepšom prípade, kedy by medikán prešiel naprieč celým Stredomorím od západu na východ (v lepšom prípade opačným smerom), nehrozí, že by dosiahol silu hurikánu. Pri svojom postupe do východného Stredomoria by sa síce postupne dostal do oblasti s vhodným teplotnými podmienkam, no pre svoj ďalší rozvoj by už nemal dostatok času. Hneď ako by začal naberať na sile, jeho púť by skončila nad západným pobrežím Libanonu, Izraela alebo Turecka.  

Modely vs. realita

Čo teda môžeme očakávať v budúcnosti? Ešte na začiatku tohto desaťročia klimatické modely veľkú šancu stredomorským „hurikánom“ nedávali. No udalosti z roku 2004 a 2005 vedcom ukázali, že sa ich modely v niečom asi mýlili. Tropické cyklóny Catarina z marca 2004 a Vince z októbra 2005 sa stali krásnymi príkladmi toho, že tropická búrka môže dosiahnuť intenzity hurikánu aj v oblastiach, kde nepanujú vyslovene priaznivé podmienky. Oba hurikány navyše vznikli z mimotropických tlakových níži, teda prienikom chladného vzduchu miernych šírok nad teplý oceán. Najnovšie modelové výstupy založené na podrobnejšom priestorovom rozlíšení už prisudzujú možnosti vzniku hurikánu nad Stredozemným morom vyššiu pravdepodobnosť a to aj pre scenáre, ktoré počítajú do konca tohto storočia s menším ako 3 °C oteplením povrchových vôd Stredozemného mora v letných mesiacoch. Aj napriek týmto znepokojujúcim predpovediam sa predsa len zdá, že realita je trochu zložitejšia a v prípade Stredozemného mora to znamená, že si budeme musieť na prvý „legitímny“ hurikán ešte nejaký ten čas počkať.

Obr. 11: Príklady výskytu medikánov nad Stredozemným morom z roku 1995 (hore vľavo), 1996 (hore vpravo), 2003 (dole vľavo) a 2005 (dole vpravo; Zdroj: EUMETSAT)

Literatúra

Camargo, S.J., Sobel, A.H., Barnston, A.G., Emanuel, K., 2007. Tropical cyclone genesis potential in climate models. Tellus A 59, 428-443.
Elsner, J. B. 2006. The increasing intensity of the strongest tropical cyclones, Nature, v455, 92-95, September 2008.
Elsner, J. B., Tsonis, A. A., and Jagger, T. H,. 2006, High frequency variability in hurricane power dissipation and its relationship to global
temperature, Bull. Am. Meteorol. Soc., 87, 763- 768.
Elsner, J. B., Jagger, T. H., 2009. Hurricanes and climate change. Springer, NY. 2009. 419 p.
Emanuel, K., 1999. Thermodynamic contro; of hurricane intensity. Nature, 401, 665-669.
Emanuel, K. A. 2005. Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years, Nature, 436, 686- 688.
Emanuel, K., 2007. Environmental factors affecting tropical cyclone power dissipation. J. Climate, 22, 5497-5509.
Emanuel, K., Sundararjan, R., Williams, J., 2008. Hurricanes and global warming: results from downscaling IPCC AR4 simulations. Bull. Amer. Meteorol. Soc., submitted.
Chu., P.-S, 2005. ENSO and tropical cyclone activity, in Hurricanes and Typhoons: Past, Present, and Potential, edited by R.J. Murnane and K.B. Liu, pp297-332, Columbia University press, New York.
Chan, J.C.L., 1985. Tropical cyclone activity in the Northwest Pacific in relation to the El Nino/Southern Oscillation phenomenon. Mon. Wea. Rev., 113, 599-606.

Chan, J. C. L., 2000. Tropical cyclone activity over the western North Pacific associated with El Niño and La Niña events. J. Climate, 13, 2960-2972.
Chan, J.C.L., Liu, K.S., 2004. Global Warming and Western North Pacific Typhoon Activity from an Observational Perspective. J. Clim., 17, 4590-4602.
Chan, J.C.L., 2006. Comment on "changes in tropical cyclone number, duration and intensity in a warming environment, Science, 311, p1713.
Landsea, C. W., 2005. Hurricanes and global warming. Nature, 438, doi:10.1038/nature04477.
Mann, M., Emanuel, K. 2006. Atlantic hurricane trends linked to climate change. EOS, 87, 233-241. McBride, J.L., 1995: Tropical Cyclone Formation. Global perspectives on tropical cyclones, WMO/TD-No. 693, 289 pp.

Bengtsson L, Hodges KI, Roeckner E. 2006. Storm tracks and climate change. J Clim 19:35183543.
Francis, J. A., and S. J. Vavrus 2012. Evidence linking Arctic amplification to extreme weather in mid-latitudes, Geophys. Res. Lett., 39, L06801.
Fyfe, J.C., 2003. Extratropical southern hemisphere cyclones: Harbingers of climate change? J. Clim., 16, 28022805.
Geng, Q.Z., and M. Sugi, 2003. Possible change of extratropical cyclone activity due to enhanced greenhouse gases and sulfate aerosols - Study with a high-resolution AGCM. J. Clim., 16, 22622274.
Lambert, S.J., 1995. The effect of enhanced greenhouse warming on winter cyclone frequencies and strengths, J Climate 8:1447-1452.

Davis, C. A., and L. F. Bosart, 2003. Baroclinically induced tropical cyclogenesis. Mon. Wea. Rev., 131, 2730–2747.

Déqué, M., D. P. Rowell, D. Lüthi, F. Giorgi, J. H. Christensen, B. Rockel, D. Jacob, E. Kjellstrøm, M. de Castro and B. van den Hurk, 2007. An intercomparison of regional climate simulations for Europe: assessing uncertainties in model projections. Climatic Change, 81, 53–70.

Emanuel, K., 2005. Genesis and maintenance of Mediterranean hurricanes. Adv. Geosci., 2, 217–220.

Fita, L., R. Romero, A. Luque, K. Emanuel, and C. Ramis, 2007. Analysis of the environments of seven Mediterranean tropical like storms using an axisymmetric, nonhydrostatic, cloud resolving model. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 7, 41–56.

Gaertner, M. A., D. Jacob, V. Gil, M. Domínguez, E. Padorno, E. Sánchez, and M. Castro, 2007. Tropical cyclones over the Mediterranean Sea in climate change simulations. Geophys. Res. Lett., 34, L14711, doi:10.1029/2007GL029977.

Hart, R., 2003. A cyclone phase space derived from thermal wind and thermal assymmetry. Mon. Wea. Rev., 131, 585–616.

Homar, V., R. Romero, D. J. Stensrud, C. Ramis, and S. Alonso, 2003. Numerical diagnosis of a small, quasi-tropical cyclone over the western Mediterranean: Dynamical vs. boundary factors. Q. J. R. Meteorol. Soc., 129, 1469–1490.

Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007. Climate Change 2007. The Physical Science Basis. edited by S. Solomon et al., 987 pp., Cambridge Univ. Press, New York. 
Jacob, D., L. Bärring, O. B. Christensen, J. H. Christensen, M. de Castro, M. De´que´, F. Giorgi, S. Hagemann, M. Hirschi, R. Jones, E. Kjellström, G. Lenderink, B. Rockel, E. Sa´nchez, C. Schär, S. I. Seneviratne, S. Somot, A. van Ulden, and B. van den Hurk, 2007: An inter-comparison of regional climate models for Europe: Model performance in present-day climate. Climatic Change, 81, 31–52.

Iné zdroje
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=1441
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2336
http://www.globalchange.gov/publications/reports/scientific-assessments/us-impacts/full-report/national-climate-change#key8
http://climatesight.org/2012/12/19/climate-change-and-the-jet-stream/
http://www.climatescience.gov/Library/sap/sap3-3/final-report/sap3-3-final-Chapter3.pdf
http://www.opc.ncep.noaa.gov/
http://www.climatecentral.org/blogs/monster-storm-lashing-outer-reaches-of-alaska-15470
http://www.climatecentral.org/blogs/ferocious-storm-set-to-explode-in-north-atlantic-15519
http://neven1.typepad.com/blog/2013/01/arctic-snow-cover-shows-steep-decline.html
http://arctic-news.blogspot.com.au/2013/01/accelerated-arctic-warming.html

Extrémne klimatické anomálie ako priamy dôsledok globálneho otepľovania (?)

Mnohé oblasti sveta zažívajú v posledných rokoch zvýšený výskyt extrémneho počasia. V roku 2012 postihlo Spojené štáty americké najrozsiahlejšie sucho od roku 1956, kým v roku 2011 postihli štát Texas rekordné požiare, spôsobené mimoriadnym suchom. Extrémne požiare zasiahli aj rozsiahle boreálne lesy vo východnom Rusku, kde v priebehu tohto roka zhorelo 74 miliónov akrov porastov. Išlo o situáciu veľmi podobnú tej z roku 2010, kedy rozsiahle oblasti stredného Ruska zasiahli v nebývalom rozsahu rekordné teploty a vlny horúčav, obdobne sprevádzané požiarmi a extrémnym suchom.

Extrémnejšie sa však nezdajú byť len teploty, ale aj fenomény spojené s kolobehom vody v prírode. Silné prívalové zrážky prichádzajú nielen častejšie, ale z pohľadu množstva spadnutej vody dosahujú aj vyšších, extrémnejších hodnôt. Nevyvážená časová a priestorová distribúcia zrážok spôsobila v posledných rokoch celý rad katastrofálnych povodní. Tie postihli v roku 2010 viac ako 20 miliónov obyvateľov Pakistanu a na prelome rokov 2010/11 zaplavili v austrálskom Queenslande územie s rozlohou Francúzska a Nemecka. Na Britských ostrovoch mali v minulom roku za sebou najdaždivejšie leto od roku 1912, zatiaľ čo čínsky Peking prekonal v júli 2012 najhoršie povodne za posledných 60 rokov. Preukázateľne vyšší počet extrémnych prípadov počasia pozorovaný na celom svete v období posledného desaťročia sa stal živnou pôdou neutíchajúcich diskusií medzi odborníkmi a laikmi o tom, či tento fenomén má skutočne nejaký súvis s globálnym otepľovaním. V článku poukazujeme na to, že v prípade niektorých typov extrémov, neustále pribúdajú vedecké dôkazy potvrdzujúce príčinný vzťah medzi ich častejším výskytom a intenzitou, a progresívnymi zmenami základných fyzikálnych parametrov zemskej atmosféry. Nasledujúci prehľad vedeckej literatúry z posledných rokov sa pokúsi zhrnúť aktuálne poznatky o súvislostiach medzi klimatickou zmenou (tj. zmenou podmienenou ľudskými aktivitami, predovšetkým emisiami skleníkových plynov) a extrémnymi prejavmi počasia.

Obr. 1: Znázornenie zmeny distribúcie odchýlok teplôt vzduchu za obdobie jún-august pre celý povrch planéty medzi obdobím 1959-1969 a 2001-2011. (Prevzaté z Hansen a kol. [13])

Úvod

Z pohľadu celkového počtu a výraznosti poveternostných extrémov bolo počasie v priebehu posledných dvoch rokov hodnotené ako mimoriadne. Len v roku 2011 sa na území Spojených štátov amerických vyskytlo 14 meteorologických situácií, z ktorých každá spôsobila škody v hodnote minimálne jednej miliardy amerických dolárov (v roku 2012 ich bolo 11). Americký národný úrad pre výskum oceánov a atmosféry (NOAA) uvádzal vo svojich oficiálnych tlačových vyhláseniach, že išlo o „rok plný meteorologických extrémov“ [1]. Len ich samotným vymenovaním a popisom by sme zaplnili niekoľko stránok, preto spomenieme len tie najzávažnejšie. V pamäti väčšiny z nás určite ešte ostávajú spomienky na sériu ničivých tornád z apríla a mája 2011, ktorá sa do histórie zapísala nielen rekordným počtom zaznamenaných veterných smrští, ale aj bezprecedentným rozsahom spôsobených škôd. V priebehu apríla 2011 bolo zaznamenaných 753 tornád (predošlý rekord z mája 2003 bol 542), z ktorých hneď niekoľko dosiahlo najvyšší stupeň intenzity (EF5; počas apríla a mája 2011 bolo celkovo zaznamenaných 5 tornád sily EF5; za rok sa v priemere vyskytne jedno) [2]. V niektorých štátoch na severovýchodnom pobreží USA spadlo za obdobie od januára do októbra 2011 najviac zrážok v histórii meteorologických meraní. K tejto rekordnej bilancii významnou mierou prispel aj hurikán Irene, ktorý sa regiónom prehnal v auguste 2011.

Ani zvyšku sveta nebol v rokoch 2011-12 dožičený oddych od ničivých prejavov počasia. Za všetky môžme spomenúť najmä rekordné zrážky a následné povodne v austrálskom štáte Queensland, Japonsku či Južnej Kórei, alebo naopak historické sucho v povodí čínskeho veľtoku Jang-c’-ťiang. Extrémne sucho neobišlo v roku 2011 ani západnú Európu, či dokonca juhovýchodné regióny Slovenska. Rok predtým sa pozornosť svetových médií sústredila najmä na mimoriadnu vlnu horúčav v západnom Rusku, ktorá si podľa posledných odhadov vyžiadala minimálne 56 000 obetí a obrovské straty poľnohospodárskej produkcie (ročná produkcia pšenice poklesla v Rusku o viac ako 30%). Bez povšimnutia neostali ani rekordné povodne v Pakistane, ktoré zasiahli celú jednu pätinu plochy štátu a 20 miliónov ľudí pripravili o strechu nad hlavou [3]. Podľa viacerých zdrojov, vrátane OSN, išlo o jednu z najväčších humanitárnych kríz v doterajšej histórii ľudstva. Akokoľvek sa však roky 2010 a 2011 zdali byť z pohľadu počasia abnormálne, pri detailnejšom pohľade na celú prvú dekádu 21. storočia zistíme, že nešlo, žiaľ, o nič výnimočné.

Čím je to, že posledné desaťročie, veľmi pravdepodobne najteplejšie za posledné tisícročie [4], bolo na extrémy počasia tak nápadne hojné? Existuje nejaký súvis medzi pozorovanými trendmi globálnej teploty a rastom počtu extrémov, ktorý by bol navyše fyzikálne zdôvodniteľný? Ak sa bude planéta aj naďalej otepľovať, na čo všetko sa musíme pripraviť, aby sme dokázali extrémnemu počasiu v budúcnosti vzdorovať a minimalizovať jeho nepriaznivé dôsledky? Nie ste to však len vy či napríklad zástupcovia samospráv, ktorí si otázky podobného charakteru kladú takmer neustále. Aj samotní klimatológovia majú čo robiť, aby dokázali odpovedať na čo i len zlomok týchto otázok. Odpovede sa síce nikdy nehľadali ľahko, no klimatológ má už v súčasnosti k dispozícii celý rad veľmi sofistikovaných vedeckých metód, ktoré mu poskytujú určitý obraz o tom, ako sa menili extrémy doposiaľ a k akým zmenám pravdepodobne dôjde v najbližšej budúcnosti. Zatiaľ čo o historickej perspektíve extrémov nám dokáže niečo povedať štatistická analýza, predpovede budúceho vývoja nie je možné pripraviť bez solídnejších klimatických modelov, rešpektujúcich principiálnu fyzikálnu podstatu klimatického systému Zeme.   

Trochu z teórie štatistiky extrémov

Počasie a klíma sú najčastejšie popisované súborom meteorologických a klimatologických prvkov a ich charakteristík (veličín; napr. teplota vzduchu, zrážky, počet dní s maximálnou dennou teplotou nad 25°C, atď.). V rámci analýzy extrémov si všímame nielen časový vývoj a frekvenciu výskytu zriedkavo sa vyskytujúcich hodnôt, ale aj ich „polohu“ v rámci distribúcie (distribučnej krivky) všetkých nameraných hodnôt daného prvku. Za extrém sa zvyčajne považuje tá hodnota, ktorá je nad (alebo pod) a priori určeným prahom nachádzajúcim sa v blízkosti horného (alebo dolného) rozmedzia pozorovaných hodnôt. Pre zjednodušenie sa všetky poveternostné a klimatické extrémne javy označujú jednotne ako „klimatické extrémy“.

Distribučná krivka, ktorá vo všeobecnosti definuje pravdepodobnosť výskytu konkrétneho intervalu hodnôt sa v štatistike charakterizuje pomocou niekoľkých popisných parametrov (napr. aritmetický priemer, parameter tvaru a rozsahu distribučnej krivky, atď.). Stačí zmena jediného z uvedených parametrov na to, aby došlo k podstatnej deformácii alebo posunu celej distribučnej krivky jedným alebo druhým smerom. Tieto zmeny majú v konečnom dôsledku zásadný vplyv na nárast alebo pokles pravdepodobnosti výskytu extrémnych hodnôt, ktoré sa nachádzajú na tzv. chvostoch (okrajoch) rozdelenia. Zatiaľ čo vo vnútri rozdelenia (oblasť medzi dolným a horným kvartilom – nachádza sa tu 50 % všetkých hodnôt) sú zmeny frekvencie výskytu pri týchto posunoch takmer zanedbateľné (rádovo do niekoľkých %), distribúcia hodnôt v chvostoch rozdelenia sa však môžu meniť doslova skokovo o desiatky či stovky percent. A toto je zásadný problém zmien výskytu extrémnych hodnôt v podmienkach meniacej sa nestacionárnej klímy (globálne otepľovanie). Ak napríklad dochádza k zvyšovaniu priemernej teploty vzduchu, celá distribučná krivka sa posúva smerom doprava, čo sa prejavuje nárastom počtu „teplých“ extrémov a naopak poklesom počtu  chladných na opačnom konci. Uvedená úvaha nie ani zďaleka len produktom nejakého štatistického teoretizovania, tento fenomén potvrdzujú aj reálne namerané údaje. A čo viac, nemusíme sa obmedzovať len na teplotu vzduchu. Tento predpoklad obstojí aj pri ďalších meteorologických prvkoch, aj keď treba pripomenúť, že vzťah medzi teplotou vzduchu a zrážkovými extrémami je trochu zložitejší. Jednoduchá fyzikálna úvaha nad Clausius-Clapeyronovou rovnicou nás však privedie k empiricky dokázateľnému predpokladu, podľa ktorého oteplenie o každý 1°C vedie k nárastu vlhkosti vzduchu (obsahu vodnej pary v atmosfére) až o 7 %, čo zvyšuje nielen pravdepodobnosť výskytu extrémne vysokých úhrnov zrážok, ale prispieva aj k intenzívnejším procesom tvorby a vypadávania zrážok. Vlhšia atmosféra je nositeľom väčšieho množstva latentnej energie, ktorá sa uvoľňuje pri skvapalňovaní vodnej pary. Konečným výsledkom môžu byť silnejšie a deštruktívnejšie búrky či hurikány.   

Štatistika vs. klimatické (fyzikálne) modelovanie

Štatistika nám umožňuje nielen presne vymedziť, ktoré hodnoty študovaného meteorologického prvku je už možné považovať sa extrémy, a ktoré naopak ešte nie, ale navyše prináša aj odpoveď na často kladenú otázku, či súčasný počet poveternostných extrémov je významne vyšší ako v prípade, kedy by k zmene klímy nedochádzalo. Inak povedané, či je dlhodobý vývoj a zmeny frekvencie extrémov možné vysvetliť prostredníctvom pozorovaných trendov klimatických prvkov. Štatistika je mocná čarodejka, keď viete čo s ňou, no sama o sebe už nedokáže vysvetliť fyzikálnu príčinu pozorovaných zmien, prípadne či tieto zmeny možno vnímať skôr ako dôsledok antropogénne zosilneného skleníkového efektu alebo prirodzenej premenlivosti globálnej klímy. V tomto smere sú oveľa užitočnejšie klimatické modely (tiež prepojené cirkulačné modely – GCMs). Tie sú schopné simulovať nielen časový vývoj fyzikálnych vlastností klimatického systému Zeme, ale aj všetky známe fyzikálne procesy (toky látok a energie, výmena tepla medzi oceánom a atmosférou, uhlíkov cyklus, atď.), ktoré sa zásadným spôsobom podieľajú na formovaní klimatických pomerov zemských hemisfér, kontinentov či vybraných regiónov. Okrem toho, modely umožňujú simulovať odozvu celého klimatického systému Zeme ako aj jednotlivých jeho subsystémov (atmosféra, oceány, ľadovce, atď.) na zmeny základných klimatotvorných faktorov – napríklad slnečnej aktivity, chemizmu atmosféry, vulkanickej činnosti, a pod. Výpočtová technika dnes už umožňuje spúšťať tisícky modelových simulácií takmer súbežne, čím sa výrazne skracuje nielen výpočtový čas, ale predovšetkým sa redukujú neistoty odhadov, napr. budúceho vývoja klímy (čím máme k dispozícii viac výsledkov, tým máme aj lepšie informácie o možnom rozsahu predpokladaných zmien a ich príčin). Treba si však uvedomiť, že nech sú už modely akokoľvek prepracované a komplexné, stále majú určité obmedzenia, ktoré vyplývajú z ich zatiaľ nedostatočnej schopnosti simulovať niektoré typy poveternostných extrémov (napr. búrok).     

 

Extrémne teploty, vlny horúčav a klimatická zmena

Podľa zatiaľ poslednej sumárnej správy Medzivládneho panelu pre klimatickú zmenu (IPCC) z roku 2007, narástli globálne teploty v rokoch 1906 až 2005 o hodnotu 0,74 °C (v rozsahu 0,56-0,92 °C) a oteplenie od počiatku meteorologických meraní teplôt, teda od roku 1850 predstavuje 0,76 °C (IPCC, 2007 [4]). Oteplenie nad pevninami a vo vyšších nadmorských a zemepisných šírkach prebieha rýchlejšie, a oteplenie za posledných 50 rokov je približne 2-násobne rýchlejšie, ako za posledných 100 rokov. Napriek tomu viac ako 80 % nadbytočného tepla, v dôsledku zosilneného skleníkového efektu, absorbujú oceány.

V poslednom desaťročí sme boli svedkami hneď niekoľkých rekordných a deštruktívnych vĺn horúčav, ktoré zasiahli mnohé časti sveta. Čo je však možno ešte horšie, niektoré odborné štúdie naznačujú, že ich extrémnosť ako aj výskyt by pravdepodobne nedosiahli pozorovaný rozsah, nebyť globálneho otepľovania. Len pre predstavu uvedieme zopár základných údajov na úvod. V roku 2003 zasiahla západnú Európu jedna z najextrémnejších vĺn horúčav za posledné storočie, pričom v konečnom bilancovaní si vyžiadala minimálne 40 000 ľudských životov (horný odhad: 70 000). Leto, počas ktorého sa vyskytla bolo v Európe vôbec najteplejším za posledných aspoň 500 rokov [5]. V roku 2007 pre zmenu zasiahla mimoriadna vlna horúceho počasia Grécko. Priemerná letná teplota v Aténach presiahla dlhodobý priemer z obdobia 1961-1990 o 3,3 °C (3,7-násobok štandardnej odchýlky) [6]. Asi netreba ani pripomínať, že v tom istom roku sme rekordne vysoké teploty zaznamenali aj u nás na Slovensku. Dramaticky sa vyvíjali aj horúčavy a následné požiare v Austrálii vo februári 2009, či v centrálnom Rusku v júli a auguste 2010. Okrem viac ako 56 000 obetí si ruské horúčavy vyžiadali aj obrovské materiálne a ekonomické straty (napr.: produkcia obilnín v lete 2010 sa prepadla o viac ako 30 %). Jedna z posledných dlhotrvajúcich a deštruktívnych vĺn horúčav zasiahla tento a minulý rok aj juh a juhozápad Spojených štátov amerických.

Nejde však len o výskyt a dôsledky takto extrémnych vĺn horúčav, štatistické analýzy skutočne potvrdzujú, že počet tzv. „teplých“ extrémov výrazne rastie na celej Zemi. Približne 73 % pevnín zaznamenalo významný nárast počtu tzv. teplých nocí (10 % najteplejších) v období 1951-2003 [7], počet rekordov maximálnej dennej teploty je na území USA [8] a Austrálie [9] v súčasnosti dva krát vyšší než počet rekordov minimálnej teploty, a približne 30 % rekordov maximálnej teploty v Európe je možné pripísať pôsobeniu globálneho otepľovania [10]. Okrem toho, celková dĺžka vĺn horúčav sa v západnej Európe v priebehu 20. storočia zdvojnásobila [11]. V južnej Európe, a to najmä v oblasti Stredomoria, sú zmeny ďaleko výraznejšie. Vo východnom Stredomorí len od 60. rokov minulého storočia vzrástli všetky sledované charakteristiky vĺn horúčav šesť- až osemnásobne (!) [12].

Ak sa však posunieme do oblasti mesačných extrémov, dlhodobé trendy sú dokonca ešte nápadnejšie. V porovnaní s dennými údajmi sú mesačné charakteristiky extrémov poznačené menšou premenlivosťou, čo sa okrem iného prejavuje aj v ich tesnejšej závislosti od globálnych zmien teploty [14][24]. Na zmeny priestorovej distribúcie globálnych teplôt sa zamerala štúdia Hansena a kol. [13]. V nej autori ukázali, že extrémne teplé letá (výskyt extrémne vysokých teplôt v lete s odchýlkou 3-sigma) sa napríklad v súčasnosti pravidelne vyskytujú približne nad celou jednou desatinou povrchu pevnín, v porovnaní s rozsahom okolo 0,1-0,2 % v rokoch 1951-1980. (Obr. 1 a 2). 

Modelové simulácie s pozorovanými trendmi veľmi úzko korešpondujú. Dokazujú však aj to, že riziko výskytu vĺn horúčav podobnej magnitúdy ako v roku 2003 sa v priebehu 20. storočia minimálne zdvoj- až štvornásobilo, a to hlavne v dôsledku antropogénne zosilneného skleníkového efektu [15].

Obr. 2: Znázornenie rozloženia odchýlok teplôt vzduchu za obdobie jún-august pre celý povrch planéty (hore) a pevniny severnej polugule (dole). Graf vľavo ukazuje odchýlky teploty od priemeru za 30-ročné obdobie 1951-1980, graf uprostred ukazuje porovnanie pre obdobie 1981-2010 po odpočítaní trendu, a graf vpravo ukazuje porovnanie odchýlok teploty oproti obdobiu 1981-2010. (Prevzaté z Hansen a kol. [13])

Obr. 3: Rozdelenie odchýlok priemernej letnej teploty vzduchu v Európe v období rokov 1500-2010. Vertikálne čiary zobrazujú odchýlky priemernej teploty vzduchu voči obdobiu 1970-1999 nad pevninskou časťou Európy  v oblasti [35º S, 70º S], [25º Z, 40º V]) v jednotlivých rokoch. Číslom je označených 5 najteplejších a najchladnejších období. Šedý histogram znázorňuje rozdelenie odchýlok teploty v období 1500-2002, pre porovnanie je znázornená Gaussovská distribučná krivka (čierne). (Prevzaté z Barriopedro a kol., 2011 [22])

Barriopedro a kol. [22] analyzovali extrémne vlny horúčav v Európe v roku 2003 a vo východnej Európe a Rusku v roku 2010, kedy mesačné priemerné teploty na niektorých miestach prekročili dlhodobý priemer až o 10 °C, v kontexte podmienok za posledných 500 rokov. Tieto klimatické extrémy boli bezprecedentné za sledované obdobie na 50 % územia Európy a na základe regionálnych multi-modelových experimentov sa výskyt podobných udalostí v nasledujúcich 40 rokoch zvýši 5 až 10-násobne. Bez zaujímavosti nie je ani skutočnosť, že čo sa týka rozsahu vlny horúčav, roky 2010 a 2003, nasledovali roky 2002, 2006 a 2007 (Obr. 3). K podobnému záveru, že klimatické zmeny povedú k významne vyššej pravdepodobnosti výskytu vĺn horúčav dospeli aj skoršie štúdie [23][24].

S použitím prístupu Monte Carlo simulácií v kombinácii s trendom otepľovania atmosféry dospeli Rahmstorf a Coumou [24] k záveru, že „otepľovanie podnebia zvýšilo počet nových teplotných rekordov v globálnom priemere z 0,1 na 2,8. V prípade júlovej teploty v Moskve, odhadujeme, že miestny trend otepľovania zvýšil počet rekordov oproti minulosti 5-násobne, čo znamená približne 80% pravdepodobnosť, že júlový rekord by sa nebol vyskytol bez otepľovania atmosféry. K záveru, že hranica oteplenia na úrovni 2° C proti obdobiu pred priemyselnou revolúciou, nemusí byť „bezpečná“, dospel pri analýze výskytu extrémnych vĺn horúčav Diffenbaugh a Ashfaq [26].  Podľa výsledkov tejto štúdie dôjde k výraznému zosilneniu a zvýšeniu frekvencie vĺn horúčav nad významným územím USA už aj pri malom náraste skleníkových plynov. Pri zachovaní súčasných trendov by sa už v období 2010-2019 vyskytovali rekordné vlny horúčav 3-4 krát za desaťročie nad približne polovicou územia USA, a o 20 rokov neskôr by niektoré štáty (Utah, Colorado, Nové Mexiko a Arizona) takéto situácie zažívali najmenej v 7 z 10 rokov, kým zvyšok územia USA by bolo takto postihnuté v 3-4 rokoch za desaťročie. K veľmi podobným záverom dospela aj krátko nasledujúca štúdia, ktorá sa zamerala na výskyt intenzívnych vĺn horúčav v prípade európskeho kontinentu [27]. Ich výskyt by sa mal podľa súčasných scenárov dramaticky zvýšiť.

Sucho a klimatická zmena

Medzi klimatické extrémy, ktoré úzko súvisia s vysokými teplotami, patria aj periódy sucha. Aktuálne prebieha v Sýrii vojenský konflikt a spoločenské nepokoje zasiahli aj ďalšie krajiny oblasti blízkeho východu, severnej Afriky, ale aj južnej Európy. Okrem rastu cien potravín na svetových trhoch [16] k vývoju v Sýrii prispeli aj klimatické zmeny. 10 z 12 najsuchších zím v oblasti Stredomoria od roku 1902 sa vyskytlo v priebehu posledných 20 rokov, pričom takýto vývoj zrážok nie je možné vysvetliť na základe iba prirodzenej premenlivosti podnebia (Obr. 4) [17]. Autori prisudzujú významný podiel na klesajúcich zrážkach v zime rastúcim teplotám v Indickom oceáne, čo je tiež v súlade so závermi predchádzajúcich štúdií. Zaujímavý je tiež poznatok, že v priemere klimatické modely (CMIP3) predpokladajú iba polovičnú mieru vysušovania, ako bolo za toto obdobie pozorované, a iba jeden z 22 modelov dokázal reprodukovať skutočnosť. Časť tohto rozdielu môže spočívať práve v zložke prirodzenej premenlivosti podnebia, ktorá pôsobí rovnakým smerom, ako antropogénny signál klimatickej zmeny. 

Obr. 4: Pozorované zmeny zrážok (v milimetroch) v oblasti Stredomoria (30-45° S; 10° Z-40° V) počas zimného obdobia (November-Apríl) v rokoch 1902-2010 (vľavo) a priestorové zmeny zrážok vyjadrené ako rozdiel medzi obdobím 1971-2010 a 1902-1970 (vpravo). Mnohé oblasti v okolí Stredozemného mora zaznamenali až 60% pokles zrážok. (Prevzaté z Hoerling a kol. [17])

Zrážky v zime sú kľúčové pre pestovanie poľnohospodárskych plodín v tejto časti sveta. Oblasť v okolí Stredozemného mora patrí aj podľa skorších štúdií a simulácií klimatických modelov medzi najohrozenejšie oblasti [18] a ďalšie vysušovanie môže mať dramatické dopady na obyvateľstvo a spôsob života. Nedostatok vody v tomto regióne hrozí do roku 2025 dokonca aj bez vplyvu klimatickej zmeny [19]. Podobne tak, dlhodobý pokles zrážok v kombinácii s nárastom teplôt za posledných 85-127 rokov v oblasti juhozápadu USA, odvodený na základe sledovania zmien výskytu povodní a prietokov v riekach, prisudzujú autori nárastu skleníkových plynov v atmosfére [20], a tieto pozorovania potvrdzujú skoršie výsledky vychádzajúce z klimatických modelov [21]. Podľa poslednej štúdie zameranej na globálny výskyt sucha, sa plocha územia zasiahnutá suchom zvýšila z približne 19 % v 50. rokoch minulého storočia na 29 % v poslednom desaťročí (2001-2010). Bez vplyvu globálneho otepľovania by rozloha pevnín pod vplyvom sucha bola približne na rovnakej úrovni, ako pred 60 rokmi (Obr. 5).

   

Obr. 5: Vyhladený časový priebeh globálnej rozlohy sucha vyjadrený v percentách. Pre vyjadrenie sucha je použitý index PDSI (Palmerov index závažnosti sucha) s potenciálnou evapotranspiráciou a s použitím Penman-Monteithovej rovnice (viac pozri v [26]). Zahrnuté sú všetky faktory (červená čiara) a prirodzené zmeny podnebia bez otepľovania (zelená čiara). Sucho je definované ako index PDSI pod hodnotou 1/20 percentilu porovnávacieho obdobia 1950-1979 (výsledky sú podobné, ak sa použije PDSI < -2,0 a dlhšie porovnávacie obdobie 1948 až 2010). (Prevzaté z Dai, 2012 [28]). 

Väčšina z najnovších klimatických modelov CMIP5 (82 %) dokáže dobre reprodukovať pokles pôdnej vlhkosti (horných 10 cm pôdy) v priebehu 21. storočia na väčšine územia Severnej a Južnej Ameriky, Európy, južnej Afriky, Blízkeho Východu, juhovýchodnej Ázie a Austrálie. Modely predpokladajú ku koncu tohto storočia (2080-2099) ďalší pokles vlhkosti pôdy v rozsahu 5 až 15 % (Obr. 6 hore). Podobné zmeny sa očakávajú aj v prípade použitia indexu PDSI (Obr. 6 dole), s niektorými väčšími regionálnymi rozdielmi, najmä nárastom vlhkosti v strednej a východnej Ázii a severe Severnej Ameriky. Ku koncu storočia by mohlo byť viac ako 50 % plochy pevnín pravidelne postihovaných extrémnym suchom, pričom ide zväčša o husto osídlené oblasti Európy, východnej časti USA, juhovýchodnej Ázie a Brazílie. „Tieto neradostné predpovede by mohli mať zničujúci vplyv na veľký počet obyvateľov, ak sa regionálne predpovede modelov ukážu ako správne,“ uzatvára Dai vo svojej štúdii [28].

Obr. 6: Očakávané zmeny vlhkosti pôdy a indexu PDSI. Percentuálne zmeny v rámci obdobia 1980-1999 až 2080-2099 v multi-modelovom (ensemblovom) porovnaní priemerného obsahu vlhkosti v pôde v hornej 10cm vrstve podľa 11 modelov CMIP5. Čierne krížiky znázorňujú oblasti, kde sa v projekcii zhoduje 9 z 11 modelov v smere ukazovateľa (horný graf). Priemerné hodnoty indexu PDSI za obdobie 2090-2099 vypočítané s použitím 14-modelov simulácií CMIP5. Hodnoty PDSI menšie ako -3 znamenajú v súčasnom podnebí vážne až extrémne sucho. (Prevzaté z Dai, 2012 [28]).

Extrémne zrážky a klimatická zmena

Opačný klimatický extrém, ktorý úzko súvisí s vysokými teplotami a hydrologickým cyklom, sú záplavy a povodne. Základný fyzikálny mechanizmus spočíva v tom, že teplejší vzduch dokáže pri rovnakej relatívnej vlhkosti udržať viac vodnej pary, v globálnom priemere je to približne o 7 % viac pri oteplení o 1 °C [33]. Jednotlivé búrkové systémy, či už ide o letné búrky, mimotropické dažďové alebo snehové búrky, alebo tropické cyklóny (známe ako hurikány, tajfúny a cyklóny), tak obsahujú viac vlhkosti, a preto môžu spôsobiť vznik intenzívnejších zrážok. Okrem toho, zatiaľ čo priemerné globálne zrážky, ktoré sú do veľkej miery obmedzené možnosťami globálnej energetickej bilancie atmosféry, nemôžu narásť o viac ako 2% na 1°C, v prípade extrémnych zrážok, vyskytujúcich sa v konkrétnom regióne alebo lokalite, sú energetické možnosti takmer neobmedzené a preto pri vhodných vlhkostných podmienkach môže rásť ďaleko rýchlejšie. Nárast extrémnych zrážok predpokladajú mnohé teoretické štúdie (pozri napr. [34]).

Všeobecné závery výskumu extrémnych zrážok naznačujú, že v priebehu posledného desaťročia nielenže vzrástol počet mimoriadnych zrážkových situácií, ale navyše väčšiu časť z nich podmienila klimatická zmena. Od roku 2000 sme, a to nielen v Európe, zaznamenali relatívne vysoký počet extrémne vysokých a v mnohých prípadoch aj rekordných úhrnov zrážok. Spomedzi mnohých stoja za spomenutie napríklad rekordné úhrny z Nemecka z augusta 2002 (312 mm zrážok za 24 hodín v oblasti Zinnwald-Georgenfeld – najvyšší denný úhrn zrážok v Nemecku [29]), či rekordné mesačné zrážky z júla 2007 v Anglicku a Walese (najdaždivejší júl od začiatkov meraní v roku 1766 [30]). Aby toho nebolo málo, o dva roky neskôr zaznamenali vo Veľkej Británii nový rekord denného úhrnu zrážok – v oblasti Seathwaite spadlo za 24 hodín 316 mm vody (316 litrov na m²). Rekordné zrážky v inak na zrážky chudobnom strednom a severnom Pakistane spôsobili v júli 2010 najhoršie povodne v celej známej histórii tejto krajiny [31]. Najvyššie zrážky najmenej od roku 1900 postihli v závere roku 2010 aj severovýchodnú Austráliu, nasledované vôbec najvlhšou jarou od začiatku meteorologických pozorovaní [32]. Žiaľ, nezaobišlo sa to bez rovnako rekordných povodní v štáte Queensland, ktoré zaplavili 1,3 mil. km² územia a spôsobili miliardové škody. (Nedávna štúdia austrálskych klimatológov prišla k záveru, že až ¼ extrémnych zrážok z decembra 2010 bola zapríčinená abnormálne vysokou teplotou morskej vody v oblasti severnej a severovýchodnej Austrálie.) Zatiaľ čo severozápad kontinentu bol zatopený vodou, juhovýchod Austrálie bojoval s najsuchším obdobím dažďov v histórii. Za zmienku určite stoja aj minuloročné extrémne zrážky v Japonsku v septembri 2011 spôsobené tajfúnom Talas (v oblasti stredného Japonska spadlo až 1625 mm za 72 h; predošlý rekord: 1322 mm) [1].

Jedna z posledných štúdií pre územie USA analyzovala viac ako 80 miliónov denných záznamov zrážok v období 1948 až 2011 [35]. Výsledky tejto štúdie naznačujú, že výskyt extrémnych dažďových a snehových zrážok sa na území USA zvýšil v priemere o 30 % v porovnaní s rokom 1948 a to prakticky na celom území. Zrážky, ktoré sa kedysi vyskytovali s frekvenciou raz za 12 mesiacov sa dnes opakujú v priemere každých 9 mesiacov. Najväčší nárast frekvencie bol zaznamenaný na severovýchode krajiny, miestami až o 100 %. Najväčšie búrkové systémy dnes prinášajú o 10 % zrážok viac, ako v minulosti, a takisto sa zvýšil podiel zrážok pochádzajúci z extrémnych búrok z 8 na 10 %, pričom trend nárastu sa zvýšil od polovice 70. rokov (Obr. 7). Čím extrémnejšia zrážková udalosť, tým väčší bol zaznamenaný percentuálny nárast za sledované obdobie. Kým celkových zrážok pribudlo o približne 9 % (údaj z celkovo 3700 meteorologických staníc), zrážok v prípade horných 5 % búrok pribudlo o 27 %. V prípade horného jedného percenta pribudlo o 39 %, v prípade horného 0,3 % pribudlo o 50 %, a v prípade horného 0,1 % pribudlo viac ako 70 %. Takýto vývoj je v súlade s teoretickými predpoveďami vplyvu otepľovania na extrémne zrážky [36][37].

Pozoruhodný je aj nárast extrémnosti zrážok v zimnom období – v Európe dokonca až 8-násobne za posledných 150 rokov, najmä v dôsledku zmien cirkulačných podmienok. Tak hodinové intenzity zrážok ako aj charakteristiky vlhkosti vzduchu potvrdzujú nárast obsahu vodnej pary v zemskej atmosfére, a to až o 4 % v období od začiatku 70. rokov). 

Obr. 7: Počet extrémnych búrok pripadajúcich na jednu meteorologickú stanicu v rokoch 1948-2011 (vľavo). Trend je znázornený čiernou čiarou. Ak by nedochádzalo ku zmenám vo výskyte extrémnych zrážok, nemal by existovať žiadny trend (oranžová prerušovaná čiara). Percentuálny podiel celkových zrážok pochádzajúcich z extrémnych dažďových alebo snehových búrok v rokoch 1948-2011 (vpravo; čierne čiary znázorňujú trendy) [35].

Ponúka sa však otázka, či je možné v uvedených trendov vidieť „otlačok“ ľuďmi podmieneného globálneho otepľovania? V roku 2011 vyšla štúdia, podľa ktorej zosilnený skleníkový efekt atmosféry podstatne zvyšuje riziko výskytu jesenných extrémnych zrážok a povodní v oblasti Anglicka a Walesu, podobných tým z roku 2000, o minimálne 20 % (s 90 % istotou) až 90 % (s 66 % istotou) [41]. Ďalšia štúdia sa dopracovala k zisteniu, že nad približne dvoma tretinami severnej pologule prispeli ľudské emisie CO2 k zosilneniu a intenzifikácii denných a 5-denných maxím zrážok (v období druhej polovice 20. storočia) [40].

Štúdia, ktorá sa zamerala na analýzu extrémnych zrážok v tropických oblastiach ukázala, že citlivosť horných 0,1 % zrážok na oteplenie o 1 °C predstavuje 10 % (tj. 6-14% v rámci 90% konfidenčného intervalu), čo je približne dvojnásobok citlivosti nárastu zrážok v oblastiach mimo trópov a je to tiež viac, ako predpokladá väčšina súčasných klimatických modelov [38].

Obr. 8:  Časový rad pozorovaní extrémnych zrážok a povrchovej teploty nad tropickými oceánmi (hore) a simulácie klimatického modelu GDFL-CM2.0 (dole). Odchýlky horných 0,1 % zrážok (modrá čiara) a povrchová teplota preškálovaná podľa citlivosti (v %.C°-1) na základe premenlivosti (zelená čiara). V prípade modelu červená čiara znázorňuje odchýlky teploty preškálovanej podľa citlivosti klimatickej zmeny na základe premenlivosti v trópoch. Čiary ukazujú 6-mesačné kĺzavé priemery [38].

Dôležitý vplyv na zrážky v trópoch má prirodzená klimatická oscilácia ENSO (Obr. 8), pričom vyššie odchýlky teploty znamenajú zároveň vyššie zrážky. Tieto výsledky, rovnako ako aj vyššia citlivosť zrážok oproti väčšine klimatických modelov sú v súlade s predchádzajúcimi výsledkami [39].

Búrky a klimatická zmena

V poslednom desaťročí bolo na Zemi zaregistrovaných niekoľko prípadov výskytu mimoriadnych tropických cyklón (TC), ktoré zaujali nielen svojou intenzitou a deštrukčnou silou, ale aj oblasťou, v ktorej sa vyskytli. Zrejme netreba ani pripomínať, že v prípade akejkoľvek štatistickej analýzy počtu a intenzity TC je potrebné byť pri interpretácii dosiahnutých výsledkov nanajvýš obozretný, a to najmä kvôli nedostatočne kvalitným a krátkym časovým radom pozorovaní týchto atmosférických fenoménov. Z pohľadu výskytu TC bol zaujímavý najmä rok 2004, kedy prvý krát v známej histórii bol pozorovaný hurikán v Atlantickom oceáne južne od rovníka, pri východných brehoch Brazílie [42]. Rok na to (2005) sme nad severným Atlantikom a Karibským morom zaznamenali vôbec najvyšší počet TC (28), z ktorých 15 dosiahlo silu hurikánu. Jeden z nich, Wilma, sa dokonca stal najsilnejším „atlantickým“ hurikánom v období od začiatku meteorologických pozorovaní [43]. Rekordy však padali aj v iných častiach svetových oceánov. Tak napríklad v roku 2007 sa nad arabským morom vytvoril zatiaľ najsilnejší cyklón (Gonu) v známej histórii, ktorý následne zapríčinil najväčšiu prírodnú katastrofu v histórii Ománu [44]. Nárast intenzity a teda aj deštruktívnej sily TC pozorovaný od začiatku 80. rokov je možné z veľkej časti vysvetliť najmä otepľovaním povrchových vrstiev tropických oceánov [45], no nezanedbateľnú úlohu v tomto zohráva aj ochladzovanie stratosféry (vrstva atmosféry ležiaca nad troposférou) [46]. Výraznejší vertikálny teplotný gradient medzi spodnou troposférou a spodnou stratosférou vedie k intenzívnejším procesom spojených s konvekciou (organizované výstupné pohybmi vzduchu v dôsledku ktorých vzniká oblačnosť a následne aj zrážky), čo sa priamo prejavuje v náraste intenzity TC. Aby to však nebolo až tak jednoduché, v dôsledku zmien cirkulácie nad väčšou časťou tropických oceánov dochádza k rastu rýchlosti výškového prúdenia (rastie tzv. vertikálny strih vetra), čo na druhej strane vedie k zhoršovaniu podmienok vzniku TC v týchto oblastiach. Ako vidíme, máme tu dve protichodne pôsobiace sily, ktorých kombinovaný účinok pravdepodobne povedie v budúcnosti k situáciám, kedy celkový počet TC nebude zásadne vyšší ako dnes (dokonca môže byť aj nižší), no ak už nejaká TC vznikne, bude mať veľký potenciál dosiahnuť najvyšší stupeň intenzity (5). Na margo tohto bloku sa ešte patrí pripomenúť, že rast sily TC neregistrujú len pozemné pozorovania, ale potvrdzujú ho aj družicové merania [47].

K zásadným zmenám však dochádza aj mimo tropických šírok. V období posledných 25 rokov došlo k významnému posunu oboch polárnych frontálnych zón smerom k zemským pólom [48] – dráhy mimotropických cyklón tak na severnej pologuli prechádzajú stále severnejšie, na južnej pologuli analogicky stále južnejšie od svojich pôvodných priemerných trajektórií (prejavuje sa to aj posunom polárneho jet-streamu bližšie k pólom [49]). Tento fenomén súvisí predovšetkým s rozpínaním tropickej cirkulácie (Hadleyho cirkulačnej bunky) [50]. Tropická vzduchová hmota tak doslova vytláča vzduch miernych šírok bližšie k obom pólom. Z pohľadu početnosti mimotropických cyklón sú zaujímavé výsledky najmä z oblasti južnej pologule, kde aj napriek poklesu ich celkového počtu významne rastie od roku 1970 počet hlbokých cyklón (menej ako 980 hPa)[51]. Podobný vývoj je možné potvrdiť aj na severnej pologuli [52][53].

Záver

Ako vidieť, výsledky štatistických analýz, ale predovšetkým analýz založených na výstupoch klimatických modelov potvrdzujú prostý fakt, že v podmienkach teplejšej klímy významne rastie počet a amplitúda tak teplotných ako aj zrážkových extrémov (niektoré z  logických dôvodov zaznamenali pokles, ako napríklad počet chladných extrémov). Fyzikálne zdôvodniteľný je aj predpoklad, že tento trend bude pokračovať aj v budúcnosti v podmienkach zvyšovanie globálnej teploty. K obdobnému záveru/predpokladu dospela aj 4. hodnotiaca správa IPCC z roku 2007 - v prípade teplotných a zrážkových extrémov na kontinentoch je potrebné aj v budúcnosti počítať s ich ďalším nárastom (90% pravdepodobnosť), a to najmä v dôsledku ľuďmi podmieneného globálneho otepľovania (menšia istota panuje v prípade extrémov ako napr. TC alebo sucho). Ako však vieme, klimatická zmena nepredstavuje ani zďaleka len otepľovanie atmosféry. Ide o komplex zložitých zmien, ktoré sú navyše medzi sebou pospájané prevažne nelineárnymi väzbami, čo znamená, že zmena jedného subsystému (veličiny) môže viesť k oveľa výraznejšej a rýchlejšej zmene ďalšieho (dobrým príkladom môže byť predpoklad výrazného rastu mimoriadnych úhrnov zrážok v dôsledku zvýšenia teploty o 1°C – nie je to však len dôsledok exponenciálnej závislosti maximálneho obsahu vodnej pary od teploty vzduchu). Okrem toho, niektoré zmeny v klimatickom systéme Zeme môžu pôsobiť aj tak, že celkovo prispievajú k utlmovaniu extrémov (ako napríklad vplyv vertikálneho strihu vetra na početnosť TC). Aj napriek nejednoznačnosti a neistotám, ktoré panujú okolo niektorých typov extrémov, vo všeobecnosti sa vedecké analýzy zhodujú na tom, že extrémnosť počasia a klímy, vyjadrená celkovým počtom extrémov bez ohľadu na typ, narastá a veľmi pravdepodobne bude rásť aj v budúcnosti. To, či im budeme vedieť vzdorovať, bude závisieť nielen od ich výraznosti a frekvencie, ale aj od naše celkovej zraniteľnosti, resp. pripravenosti im čeliť.

Na základe zhodnotenia dostupnej literatúry venovanej analýzam súvislostí medzi výskytom poveternostných a klimatických extrémov môžeme na úplný záver tohto príspevku konštatovať, že:

1. pribúda vedeckých dôkazov, že extrémy počasia súvisiace s hydrologickým cyklom (tj. vlny horúčav a suchá na strane jednej, a záplavy na strane druhej) sú stále častejšie a rozsiahlejšie,
2. v prípade niektorých klimatických anomálii možno s vysokou istotou konštatovať, že by k nim v takom rozsahu v minulosti nedošlo,
3. klimatické modely majú tendenciu podhodnocovať skutočné dopady klimatickej zmeny,
4. cieľ udržať globálne otepľovanie na hranici približne 2 °C sa zdá byť stále menej a menej bezpečnejšou hranicou, ako sa javilo ešte pred niekoľkými rokmi.

Autori:

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika),

Mgr. Alexander Ač, PhD. (Centrum výskumu globálnej zmeny AV ČR, v.v.i., Bělidla 986/4a, 603 00 Brno, Česká republika).

Literatúra

[1] World Meteorological Organization Provisional Statement on the Status of the Global Climate (WMO, 2011); http://www.wmo.int/pages/mediacentre/press_releases/gcs_2011_en.html.

[2] National Oceanic and Atmospheric Administration Preliminary Tornado Statistics Including Records Set in 2011 (NOAA, 2011); http://www.noaanews.noaa.gov/2011_tornado_information.html.

[3] Hong, C. et al. Roles of European blocking and tropical–extratropical interaction in the 2010 Pakistan flooding. Geophys. Res. Lett. 38, L13806 (2011).

[4] IPCC, (2007) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (AR4). S. Solomon et al. eds (Cambridge University Press, Cambridge, UK & New York, NY, USA).

[5] Luterbacher, J. et al. European seasonal and annual temperature variability, trends and extremes since 1500. Science 303, 1499–1503 (2004).

[6] Founda, D. & Giannakopoulos, C. The exceptionally hot summer of 2007 in Athens, Greece — A typical summer in the future climate? Glob. Planet. Change 67, 227–236 (2009).

[7] Alexander, L. V. et al. Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation. J. Geophys. Res. 111, D05109 (2006).

[8] Meehl GA, Tebaldi C, Walton G, Easterling D, McDaniel L (2009) Relative increase of record high maximum temperatures compared to record low minimum temperatures in the US. Geophys Res Lett 36:1–5.

[9] Trewin B, Vermont H (2010) Changes in the frequency of record temperatures in Australia, 1957–2009. Aust Meteorol Oceanogr J 60:113–119.

[10] Wergen, G. & Krug, J. Record-breaking temperatures reveal a warming climate. EPL 92, 30008 (2010).

[11] Della-Marta, P. M. et al. Doubled length of western European summer heat waves since 1880. J. Geophys. Res. 112, D15103 (2007).

[12] Kuglitsch, F. G. et al. Heat wave changes in the eastern Mediterranean since 1960. Geophys. Res. Lett. 37, L04802 (2010).

[13] Hansen J, Sato M, Ruedy B (2012) Perception of climate change. Proc Natl Acad Sci USA 109: 14726-14727.

[14] Wergen, G. & Krug, J. Record-breaking temperatures reveal a warming climate. EPL 92, 30008 (2010).

[15] Stott, P. A., Stone, D. A. & Allen, M. R. Human contribution to the European heatwave of 2003. Nature 432, 610–614 (2004).

[16] Lagi M, Bertrand K. Z, Bar-Yam, Y (2011) The food crises and political instability in North Africa and Middle East. arXiv:1108.2455. Dostupné online na http://arxiv.org/abs/1108.2455.

[17] Hoerling M, Eischeid J, Perlwitz J, Juan X, Zhang T, Region P (2012) On the Increased Frequency of Mediterranean Drought. J Climate 25:2146–2161.

[18] Giorgi F (2006) Climate change hot spots. Geophys. Res. Lett., 33:L08707.

[19] Mediterranean Water Scarcity and Drought Working Group (2007) Technical report on water scarcity and drought management in the Mediterranean and the water framework directive. Mediterranean EU Water Initiative/Water Framework Directive Joint Process Tech. Rep. 009-2007, 133 pp.

[20] Hirsch RM, Ryberg KR (2012) Has the magnitude of floods across the USA changed with global CO2 levels? Hydrological Sciences Journal 57:1-9.

[21] Sester R, Ting M, Held I, Kushnir Y, Lu J, Vecchi G, Juany H, Harnik N, Leetmaa A, Lau N, Li C, Velez J, Naik N (2007) Model Projections of an Imminent Transition to a More Arid Climate in Southwestern North America. Science 316:1181–1184.

[22] Barriopedro DBD, Fischer EM, Luterbacher J, Trigo R, Garcia-Herrera R (2011) The hot summer of 2010: Redrawing the temperature record map of Europe. Science 332:220–224.

[23] Schär C, et al. (2004) The role of increasing temperature variability in European summer heat waves. Nature 427:332–336.

[24] Fischer EM, Schär C (2010) Consistent geographical patterns of changes in high-impact European heatwaves. Nature Geoscience, doi: 10.1038/NGEO866

[25] Rahmstorf S, Coumou D (2011) Increase of extreme events in a warming world. Proc Natl Acad Sci USA 108:17905–17909.

[26] Diffenbaugh NS, Ashfaq M (2010) Intensification of hot extremes in the United States. Geophys Res Lett 37:L15701. doi:10.1029/2010GL043888.

[27] Fischer EM, Schär C (2010) Consistent geographical patterns of changes in high-impact European heatwaves, Nature Geo 3:398-403.

[28] Dai A, (2012) Increasing drought under global warming in observations and models Nature Climate Change, doi:10.1038/nclimate1633.

[29] Becker, A. & Grünewald, U. Flood risk in central Europe. Science 300, 1099 (2003).

[30] World Meteorological Organization State of the Climate in 2007 (WMO, 2009).

[31] Webster, P. J., Toma, V. E. & Kim, H. M. Were the 2010 Pakistan floods predictable? Geophys. Res. Lett. 38, L04806 (2011).

[32] Australian Bureau of Meteorology Australian Climate Variability and Change — Time Series Graphs (2011); available at http://www.bom.gov.au/cgi-bin/climate/change/timeseries.cgi.

[33] Trenberth K (2011) Changes in precipitation with climate change, Clim Res 47:123-138.

[34] Muller CJ, O’Gorman PA (2011) Intensification of Precipitation Extremes with Warming in a Cloud-Resolving Model, J Clim 24:2784-2800.

[35] Madsen T, Willcox N (2012) When It Rains, It Pours Global Warming and the Increase in Extreme Precipitation from 1948 to 2011, PennEnvironment Research and Policy Center, 43 pp.

[36] Groisman PY, Knight RW, Easterling DR, Karl TR, Hegerl GC, Razuvaev VN (2005) Trends in Intense Precipitation in the Climate Record. J. Climate 18: 1326–1350.

[37] O’Gorman PA, Schneider T (2009) The physical basis for increases in precipitation extremes in simulations of 21st-century climate change. Proc Natl Acad Sci USA 106: 14773–14777.

[38] O’Gorman PA (2012) Sensitivity of tropical precipitation extremes to climate change, Nature GeoScience, doi: 10.1038/NGEO1568.

[39] Allan, R. P. & Soden, B. J. Atmospheric warming and the amplification of precipitation extremes. Science 321, 1481–1484 (2008).

[40] Min, S. K., Zhang, X., Zwiers, F. W. & Hegerl, G. C. Human contribution to more-intense precipitation extremes. Nature 470, 378–381 (2011).

[41] Pall, P. et al. Anthropogenic greenhouse gas contribution to flood risk in England and Wales in autumn 2000. Nature 470, 382–385 (2011).

[42] Pezza, A. B. & Simmonds, I. The first South Atlantic hurricane: Unprecedented blocking, low shear and climate change. Geophys. Res. Lett. 32, 1–5 (2005).

[43] Trenberth, K. E. & Shea, D. J. Atlantic hurricanes and natural variability in 2005. Geophys. Res. Lett. 33, 1–4 (2006).

[44] Fritz, H. M. et al. Cyclone Gonu storm surge in Oman. Estuar. Coast. Shelf Sci. 86, 102–106 (2010).

[45] Emanuel, K. Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years. Nature 436, 686–688 (2005).

[46] Emanuel, K. Tropical cyclone activity downscaled from NOAA-CIRES reanalysis, 1908–1958. J. Adv. Model. Earth Syst. 2, 1–12 (2010).

[47] Elsner, J. B., Kossin, J. P. & Jagger, T. H. The increasing intensity of the strongest tropical cyclones. Nature 455, 92–95 (2008).

[48] Bender, F. A-M., Ramanathan, V. & Tselioudis, G. Changes in extratropical storm track cloudiness 1983–2008: Observational support for a poleward shift.

[49] Archer, C. L. & Caldeira, K. Historical trends in the jet streams. Geophys. Res. Lett. 35, L08803 (2008).

[50] Seidel, D. J. et al. Widening of the tropical belt in a changing climate. Nature Geosci. 1, 21–24 (2008).

[51] Pezza, A. B. & Ambrizzi, T. Variability of Southern Hemisphere cyclone and anticyclone behavior: Further analysis. J. Clim. 16, 1075–1083 (2003).

[52] Graham, N. E. & Diaz, H. F. Evidence for intensification of North Pacific winter cyclones since 1948. Bull. Am. Meteorol. Soc. 82, 1869–1893 (2001).

[53] Gulev, S. K., Zolina, O. & Grigoriev, S. Extra-tropical cyclone variability in the Northern Hemisphere winter from NCEP/NCAR reanalysis data. Clim. Dynam. 17, 795–809 (2001).