Ozónová vrstva nad Arktídou a klimatická zmena

Globálne otepľovanie a antropogénne emisie skleníkových plynov oneskorujú obnovu ozónovej vrstvy

Arktída a jej ekosystém má pre režim počasia a klímy v Európy nesmierny, no dodnes ešte nie celkom pochopený a „docenený“ význam. V súčasnosti už vieme, že tento odľahlý kút sveta prekonáva v posledných desaťročiach zásadné a veľmi komplexné zmeny, ktoré sú podmienené predovšetkým rýchlou zmenou klímy v tomto regióne. V priebehu posledných troch dekád (od roku 1980) sa oblasť Arktídy otepľuje v dôsledku antropogénne zosilneného skleníkového efektu atmosféry, ako aj silnejúcich spätných väzieb zo strany atmosférickej cirkulácie a úbytku snehovej pokrývky a ľadu, približne 2 až 3-krát rýchlejšie ako zvyšok sveta. Rýchlosť otepľovania však nemá bezprostredný vplyv len na ďalší a stále rýchlejší ústup polárneho zaľadnenia v Grónsku či v oblasti Severného ľadového oceánu, alebo zmenu dynamiky a režimu cirkulácie vzduchu nad rozsiahlymi oblasťami severnej pologule, ale aj na teplotný režim stratosféry a stav ozónovej vrstvy nad Arktídou. 

Tento problém sa stal aktuálnejším najmä na začiatku roku 2011, kedy v priebehu februára a marca došlo k veľmi rýchlemu a svojim rozsahom aj bezprecedentnému poklesu koncentrácie stratosférického ozónu, ktorého dôsledky bolo možné sledovať v Európe a v Severnej Amerike ešte dva roky po tejto udalosti (v lete 2012). Ako možno vidieť aj v nasledujúcom dokumente, „The Arctic & the Ozone Layer: Stabilizing our environment and climate“, podporenom Svetovou meteorologickou organizáciou (WMO), za hlavnú príčinu masívneho úbytku ozónu nad severnou pologuľou možno označiť nielen abnormálne nízke teploty v spodnej stratosfére, ale aj pokles transportu ozónu z oblasti rovníka k severnému pólu, pravdepodobne vplyvom slabšej výškovej (stratosférickej) cirkulácie v predošlom období. Vedecký výskum v tejto oblasti však prináša aj čosi závažnejšie, a to, že uvedená anomália ani zďaleka nie je vecou náhody. Je prejavom dlhodobého ochladzovania spodnej stratosféry, ktoré je do veľkej miery podmienené silnejúcich skleníkovým efektom nižšie ležiacich troposférických vrstiev.

Video: Dokumentárny film „The Arctic & the Ozone Layer: Stabilizing our environment and climate“ prináša veľmi zrozumiteľným spôsobom vysvetlenie príčin náhleho poklesu koncentrácie stratosférického ozónu nad Arktídou v roku 2011 a jeho možné dôsledky na tunajší ekosystém (Zdroj)

Situácia v roku 2011

V priebehu marca 2011 zaznamenali pozemné a satelitné merania nad Arktídou výrazné zníženie množstva stratosférického ozónu (NASA Earth Observatory, Obr. 1 a 2). Nad niektorými regiónmi dosiahli jeho koncentrácie bezprecedentne nízku úroveň, keď v porovnaní s dlhodobým priemerom poklesli miestami až o 70 %. Jedna z najnižších hodnôt bola zaregistrovaná nad centrálnou Sibírou, a to 250 Dobsonovych jednotiek (DJ), čo je len 30 DJ nad úrovňou, kedy sa už toto zredukovanie ozónosféry označuje termínom „ozónová diera“ (Obr. 3). Hlavnú príčinu rýchlej deštrukcie ozónu, a to prevažne vo výške 18-23 km, možno vidieť v ešte stále vysokých koncentráciách chlórofluórokarbonových halogénov (CFCs), látok, ktoré likvidujú molekuly ozónu, a v nezvyčajne nízkych teplotách stratosféry, ktoré v priebehu februára a marca 2011 poklesli pod -78 °C (ako sme už uviedli aj vyššie, významnú úlohu zohral aj menší prenos ozónu z trópov smerom nad severný pól). 

Obr. 1: (vľavo) Koncentrácia ozónu v spodnej stratosfére (vo výške približne 20 km nad povrchom) na severnej pologuli v polovici marca 2011; (vpravo) koncentrácia oxidu chlórnatého (ClO) v rovnakom období (Zdroj)

Ako uvádza aj štúdia NASA, v niektorých oblastiach Arktídy obdobie s veľmi nízkymi teplota trvalo v priebehu zimy 2010/11 v priemere až o 30 dní dlhšie než je pre tieto oblasti normálne. Pri takýchto podmienkach sa za spoluúčasti slnečného žiarenia uvoľňujú zo zlúčenín CFCs molekuly chlóru a brómu, ktoré sú hlavnými katalyzátormi deštruktívnych reakcií vedúcich k mimoriadne rýchlej redukcii ozonosféry. Preto aj napriek tomu, že sa podarilo pomerne rýchlo zastaviť výrobu týchto látok zavedením Montreálskeho protokolu v roku 1987 (do roku 2008 poklesla koncentrácia CFCs o 3,8 %), obnovenie poškodenej ozónosféry na úroveň spred roku 1980 potrvá ešte niekoľko desaťročí. 

Obr. 2: (vľavo) Stav koncentrácie stratosférického ozónu 2. apríla 2011; (vpravo) teplota vzduchu v spodnej stratosfére v rovnakom období - biela izolínia označuje oblasť výskyt teploty -73 °C (200 K) (Zdroj)

Ozón – zázračná molekula

Takto nejako by sme mohli pomenovať molekulu, ktorá chráni už niekoľko stoviek miliónov rokov pozemský život pred zhubným vplyvom ultrafialového (UV) žiarenia. Väčšia časť ozónu, tejto trojatómovej molekuly kyslíka (O₃), sa vyskytuje v spodnej stratosfére vo výškach od 20 do 30 km (táto časť stratosféry sa tiež nazýva ozónosféra). Jeho absolútne množstvo je však v zemskej atmosfére natoľko minoritné, že vrstva všetkých molekúl O₃ rovnomerne rozložená po celom povrchu Zeme by pri priemernom tlaku vzduchu 1013-5 hPa nebola hrubšia ako 3 mm (300 DJ). 

Môžeme si to predstaviť aj tak, že na miliardu molekúl vzduchu pripadne v ozónosfére len niekoľko tisíc molekúl O₃ (pri zemskom povrchu je to len 20-100 molekúl O₃). Až pri týchto číslach si človek skutočne uvedomí úžasnú schopnosť ozónu absorbovať aj pri takto nízkych koncentráciách až 99 % UV žiarenia. Len na okraj možno uviesť, že každé zníženie koncentrácie O₃ o 1 % vedie k nárastu UV indexu o 2 %. Preto len nepatrný pokles množstva O₃ v stratosfére má za následok výrazný nárast výskytu rakoviny kože. Priestorové rozloženie O₃ nie je na Zemi ani zďaleka rovnomerné.

Obr. 3: Ako ohraničenie „ozónovej diery“ (ozone hole) sa zvykne používať hodnota 220 DJ (Zdroj)

Najnižšie koncentrácie dosahuje celoročne v stratosfére tropických oblastí (okolo 300-350 DJ), kde však paradoxne vzniká vplyvom intenzívneho UV žiarenia najviac ozónu. Prúdenie vzduchu v stratosfére však väčšiu časť tohto plynu transportuje do miernych a vysokých zemepisných šírok, kde jeho koncentrácie dosahujú planetárne maximum (aj vyše 500 DJ).

Ozónová diera aj nad Európou?

Od polovice 80. rokov bolo nad južným pólom každoročne na konci antarktickej zimy (august-september, Obr. 5) zaznamenané zredukovanie ozónosféry, a to niekedy aj pod 100 DJ (minimum 73 DJ dňa 30.6.1994). Aj keď sa vedcom v priebehu veľmi krátkeho obdobia podarilo odhaliť pravého vinníka tohto problému a dosiahnuť zákaz výroby CFCs halogénov, ozónová diera nad Antarktídou neustále rástla až do druhej polovice 90. rokov, kedy sa jej maximálna plocha viac-menej stabilizovala na hodnote 25 mil. km² (takmer dvojnásobná rozloha Antarktídy, maximum 29,9 mil. km² dňa 9.9.2000). Prečo sa ale ozónová diera vyskytuje len v oblasti južného pólu a nie niekde inde, keď vieme, že CFCs sú už rovnomerne rozptýlené po celej Zemi? 

Obr. 4: Polárne stratosférické oblaky (PSCs) sa vyskytujú len pri teplotách nižších ako -78 °C (Zdroj: Wikipedia)

Odpoveď je pomerne jednoduchá. Spôsobené je to špecifickými meteorologickými podmienkami, predovšetkým mimoriadne nízkymi teplotami spodnej stratosféry na konci antarktickej zimy, ktoré klesajú až k -90 °C. Pri teplotách nižších ako -78 °C vznikajú vhodné podmienky pre tvorbu tzv. stratosférických polárnych oblakov (PSCs, Obr. 4), na aerosóloch ktorých dochádza vplyvom intenzívneho UV žiarenia k rozbíjaniu molekúl CFCs, z ktorých sa uvoľňuje veľmi reaktívny chlór (Cl) alebo bróm (Br), prípadne ešte reaktívnejší oxid chlórnatý (ClO). Tieto látky dokážu na seba viazať z molekuly O₃ jeden atóm kyslíka – ako jeden z „odpadných“ produktov vzniká jedna molekula kyslíka (O₂). Efektívnosť týchto reakcií je pritom až ohromujúca. Jediná molekula chlóru dokáže zničiť niekoľko desiatok tisíc molekúl ozónu a samotné zlúčeniny CFCs môžu zotrvať v stratosfére až 100 rokov. K tejto situácii dochádza len v jarnom období príslušnej pologule, kedy po predchádzajúcej zime sú teploty dostatočne nízke a Slnko pri svojom návrate po polárnej noci začína ovplyvňovať stratosférické vrstvy. 

Stratosféra nad Arktídou nie je tak chladná ako nad južným pólom, preto sa dodnes nad touto oblasťou nikdy ozónová diera nevytvorila. Situácia v roku 2011 však bola aj v Arktíde z hľadiska teplôt výnimočná (naposledy sa podobná situácia vyskytla v roku 1997). Teploty poklesli vo februári a v marci 2011 pod -78 °C (Obr. 2 vpravo), čo sa okamžite prejavilo výrazným a veľmi rýchlym úbytkom celkového ozónu. Zatiaľ čo ozónová diera v Antarktíde „veľa“ škody nenarobí, to isté nemôžeme povedať v prípade Arktídy, ktorá priamo susedí s husto obývanými oblasťami Európy a Severnej Ameriky. 

Obr. 5: (hore) Ročný chod celkového množstva ozónu [DJ] nad Antarktídou v období rokov 1979-2010 (čierna krivka) a v roku 2010 (červená krivka); (dole) ročný chod celkovej plochy ozónovej diery nad Antarktídou v rokoch 1979-2010 a v roku 2010 (Zdroj)

Obnova potrvá desaťročia

Obnovovanie ozónosféry bude trvať desaťročia, tak nad polárnymi oblasťami ako aj v globálnom meradle. Existuje dokonca predpoklad, že k zaceleniu ozónovej diery nad Antarktídou v jarnom období nedôjde skôr ako pred rokom 2060. V období najvýraznejšieho zredukovania ozónosféry na začiatku 90. rokov poklesla globálna koncentrácia ozónu, v porovnaní so stavom pred rokom 1980, o približne 5 %, v súčasnosti sa pohybuje na úrovni 3,5 %. Pokiaľ ide o ozónovú vrstvu nad Antarktídou, dá sa povedať, že je viac-menej stabilizovaná a k zväčšovaniu ozónovej diery už nedochádza. To ale neznamená, že sa situácia zlepšuje. Koncentrácie CFCs sú stále pomerne vysoké a pri akomkoľvek poklese teploty stratosféry pod kritickú úroveň hrozí aj nad Arktídou riziko dočasného zníženia koncentrácií O₃ na hodnoty blízke 220 DJ, prípadne aj nižšie. Situácia sa ani v prípade Arktídy pravdepodobne nezlepší skôr ako do roku 2050.

Obr. 6: (hore) Dlhodobé zmeny teploty vzduchu v spodnej stratosfére na základe údajov zo satelitných meraní (RSS a UAH) a aerologických meraní pomocou meteorologických balónov (HadAT2 a RATPAC); (dole) a teploty vzduchu v strednej a vyššej troposfére; teplota je vyjadrená v odchýlkach v porovnaní s obdobím 1979-1997 (Zdroj, Karl 2006)

Obr. 7: Odchýlky priemernej teploty spodnej stratosféry (1958-2011) od dlhodobého priemeru, tentokrát za obdobie 1981-2010 - podobne ako na Obr. 6A s rozšírením údajov do roku 2011; vyznačené sú aj tri veľké sopečné erupcie v rokoch  1963 (Agung), 1982 (El Chichón) a 1991 (Pinatubo; Zdroj)

Globálne otepľovanie a stratosférický ozón

Obnova ozónosféry môže však podľa najnovších zistení trvať dokonca dlhšie ako sa pôvodne predpokladalo. V dôsledku intenzívnejšieho skleníkového efektu a vyšších koncentrácií oxidu uhličitého (CO₂) v troposfére (vrstva zemskej atmosféry ležiaca pod stratosférou) sa stratosféra čoraz viac ochladzuje (Obr. 6 a 7). Tento dlhodobý trend potvrdili predovšetkým satelitné merania. K vyriešeniu problému žiaľ neprispievajú ani látky, ktoré nebezpečné CFCs v 90. rokoch nahradili – ide o HCFCs (hydrochlórofluórokarbóny), ktoré síce nepoškodzujú ozónosféru, zato sú však mimoriadne silnými skleníkovými plynmi, v porovnaní s CO₂ sú niekoľko tisíckrát účinnejšie. Na mieste je preto predpoklad, že zimné poklesy teploty v spodnej stratosféry môžu byť nad Antarktídou a Arktídou výraznejšie než kedykoľvek predtým, s čím môže bezprostredne súvisieť aj pravidelnejší výskyt stratosférickej polárnej oblačnosti. Situácie podobné tej z marca 2011 sa zrejme v Arktíde stanú skôr pravidlom ako výnimkou.

 
Zdroje
Arctic Ozone Loss in 2011
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=49874
NASA Leads Study of Unprecedented Arctic Ozone Loss
http://www.nasa.gov/topics/earth/features/arctic20111002.html
Masters on “Unprecedented” Arctic Ozone Hole: Inaction Risks “Future Nasty Climate Change Surprises Far More Serious”
http://thinkprogress.org/climate/2011/10/09/339868/masters-arctic-ozone-hole-future-nasty-climate-change-surprises/
Ozone Layer Above North Pole Expected to Recover by End of Century
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/03/130311091313.htm
The human fingerprint in global warming
http://www.skepticalscience.com/human-fingerprint-in-global-warming.html
Ozone Facts: What is the Ozone Hole? 
http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html
State of the Climate: 2011 Stratospheric Temperature
http://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/state-climate-2011-stratospheric-temperature

Manney, G.L., et al., 2011, Unprecedented Arctic ozone loss in 2011, Nature (2011), doi:10.1038/nature10556
World Meteorological Organization (WMO), “Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002 Global Ozone Research and Monitoring Project – Report #47″, WMO, Nairobi, Kenya, 2002.
Zheng, Y., W. Gao, J.R. Slusser, R.H. Grant, C. Wang, 2003: Yield and yield formation of field winter wheat in response to supplemental solar ultraviolet-B radiation, Agricultural and Forest Meteorology, Volume 120, Issues 1-4, 24 December 2003.

Super-tajfún Haiyan z pohľadu dlhodobých zmien atmosférickej cirkulácie

Abnormálne teplé vody západného Pacifiku ako hlavná príčina rýchlej intenzifikácie super-tajfúnu

Super-tajfún Haiyan sa stal najsilnejšou tropickou cyklónou (TC), aká kedy zasiahla pevninu (Obr. 1). Tri hodiny pred tým ako dorazil k najvýchodnejšiemu cípu filipínskeho pobrežia neďaleko mesta Guiuan, Centrum pre varovania pred tajfúnmi (JWTC) odhadla rýchlosť vetra severne od oka tajfúnu na takmer 315 km/h. Dodnes nebol tento údaj zásadne korigovaný ani spochybnený. Mimoriadnosť tejto tropickej cyklóny potvrdzuje aj fakt, že išlo o jednu zo štyroch najsilnejších tropických búrok, aké sme kedy na Zemi zaznamenali v období meteorologických pozorovaní.

Obr. 1: Poradie trinástich najsilnejších TC podľa maximálnej rýchlosti vetra zaznamenanej v čase dosiahnutia pevniny - na x-ovej osi sú hodnoty rýchlosti vetra v míľach za hodinu - MPH (Zdroj)

Haiyan však nezaujal odborníkov len z pohľadu extrémnych hodnôt rýchlosti vetra či tlaku vzduchu, ale aj tým ako rýchlo dosiahol svoju intenzitu. Z priemerne silnej tropickej búrky to totiž Haiyan „dotiahol“ na super-tajfún (TC 4. kategórie) v priebehu necelých 24 hodín. Dnes už pravdepodobne aj tušíme, čo bolo hlavnou príčinou tohto rýchleho vývoja. Ako uvádza aj meteorológ Jeff Masters vo svojom novom blogu , za nezvyčajne rýchlou intenzifikáciou tajfúnu možno vidieť najmä vysoko nadnormálne teploty morskej vody (> 3°C v porovnaní s normálom) v podpovrchových vrstvách Tichého oceánu východne až juhovýchodne od Filipín (Obr. 2). Ako sa možno dočítať o termodynamických vlastnostiach TC a podmienkach ich vzniku už aj v niektorých z predošlých blogov (prípadne aj TU), nevyhnutnou podmienkou vzniku a stability TC je prítomnosť veľmi teplej oceánskej vody (minimálne 26,5 °C). A keďže TC majú pri prechode nad povrchom oceánu tendenciu premiešavať vrstvy vody do pomerne veľkej hĺbky (50-100 m), logicky z tohto faktu vyplýva, že čím hlbšie siaha izoterma 26,5 °C, tým lepšie podmienky búrkový systém má pre svoj nasledovný vývoj a intenzifikáciu. V opačnom prípade by sa po pomernej krátkej dobe dostala na povrch chladnejšia hlbinná voda, ktorá by v konečnom dôsledku TC oslabila, a to predovšetkým kvôli slabšiemu výparu vody z povrchu oceánu. Čim je teda voda teplejšia a siaha do väčšej hĺbky, tým TC má potenciál dosiahnuť vyššiu intenzitu. A práve takéto podmienky boli pozorované v oblastiach, ktorými Haiyan prechádzal pred osudným „úderom“ na ostrove Samar.

Obr. 2: Priemerná mesačná teplota vody [°C] v hĺbke 100 m v priestore severozápadného Pacifiku v októbri 2013 - východne od Filipín teplota dosahovala hodnoty 28-29 °C, čo je o 4-5 °C viac ako dlhodobý priemer (hodnoty sú odhadnuté modelom); merania hĺbkových bójí ARGO systému zistili začiatkom novembra 2013 odchýlky maximálne +3 °C (Zdroj)

Obr. 3: Povrchová teplota oceánu v °C s vyznačením trajektórie tajfúnu Haiyan podľa JWTC (Zdroj)

Zatiaľ čo povrchové vody oceánu východne od Filipín dosahovali v priebehu prvého novembrového týždňa teploty až takmer 31 °C (približne 1 °C nad normálom; Obr. 3), v hĺbkach okolo 100 metrov boli teploty v porovnaní s dlhodobým priemerom dokonca ešte vyššie, a to až o 3 °C (Obr. 2). Tento stav mal bezprostredný vplyv na vysoké hodnoty tzv. TCHP indexu (Tropical Cyclone Heat Potential), ktoré umožnili tajfúnu rozvinúť sa svojej ničivej sily. Ako sa ďalej uvádza na stránke Jeffa Mastersa, uvedené teplotné podmienky ani zďaleka nie sú výsledkom „akejsi“ krátkodobej fluktuácie či aktuálnej synoptickej situácie, ale naopak, sú prejavom dlhodobých trendov pozorovaných v celom priestore západného a severozápadného Pacifiku v období posledných minimálne dvoch desaťročí. Ide pritom o zmeny súvisiace nielen s rastom teploty povrchových vrstiev oceánu v dôsledku globálneho otepľovania, ale aj zmenou atmosférickej a oceánskej cirkulácie.

Obr. 4: Dlhodobý trend vo výške povrchu oceánu podľa altimetrických satelitných meraní v období rokov 1993-2010 (Zdroj)

Obr. 5: Porovnanie IR družicových záberov super-tajfúnu Haiyan (vľavo) a hurikánu Katrina z roku 2005 - obe TC v priestore Mexického zálivu (Zdroj)

Dlhodobé zmeny cirkulácie atmosféry a oceánu v tropickej časti Pacifiku po oboch stranách rovníka sa prejavujú hlavne v zosilnení severovýchodných (severná pologuľa) a juhovýchodných (južná pologuľa) pasátov, ktoré priamo vedie k silnejšiemu východo-západnému prúdeniu povrchových vôd Pacifiku, a to hlavne v období od začiatku 90. rokov 20. storočia. Táto situácia prispieva nielen k častejším epizódam La Niñe (dominantne najmä po roku 1998) a teda aj k nadmernému hromadeniu teplej vody v západných častiach Tichého oceánu, ale aj priemerne vyššej hladine oceánu (Obr. 4) a nižšej polohe izotermy 26,5 °C (presúva sa do väčšej hĺbky). Vertikálny rozmer vodnej vrstvy s teplou dostatočnou pre podporu vzniku TC tým narastá (od roku 1990 o 17 %, Zdroj), čo sa pravdepodobne prejavuje aj v relatívne častejšom výskyt TC kategórie 4 a 5 v priestore východne od Filipín v období posledných dvoch desaťročí, predovšetkým ako reakcia na rast indexu TCHP (od roku 1990 o 13 %, Zdroj). To, či pozorované zosilnenie Walkerovej cirkulácie, ktorej súčasťou sú aj už spomínané pasátové vetry, je dôsledkom globálneho otepľovania nie je zatiaľ vedeckým výskumom dostatočne preukázané, no celkom určite ich možno vnímať ako súčasť pozorovaných planetárnych zmien cirkulačných podmienok, ktoré možno chápať ako jeden z prejavov zmien teplotného režimu a profilu atmosféry.

Zdroje

Super Typhoon Haiyan's Intensification and Unusually Warm Sub-Surface Waters  

http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2579 

Japan Meteorological Agency 

http://www.data.kishou.go.jp/kaiyou/db/kaikyo/monthly/subt_wnp.html 

Will extreme weather like super typhoon Haiyan become the new norm?

http://www.skepticalscience.com/will-super-typhoon-haiyan-become-norm.html 

Recent increase in high tropical cyclone heat potential area in the Western North Pacific Ocean 

http://homepage.ntu.edu.tw/~iilin/publication/journal_papers/49_2013_Pun_%5BGeophys.%20Res.%20Lett%5D_10.1002-grl.50548_Accepted.pdf 

Multidecadal sea level and gyre circulation variability in the northwestern tropical Pacific Ocean 

http://www.soest.hawaii.edu/oceanography/bo/QC_sealevel_2011.pdf 

Recent multidecadal strengthening of the Walker circulation across the tropical Pacific
http://www.seas.harvard.edu/climate/seminars/pdfs/LHeureux_NatureCC_2013.pdf
The increasing intensity of the strongest tropical cyclones 

http://myweb.fsu.edu/jelsner/PDF/Research/ElsnerKossinJagger2008.pdf
Consensus on Climate Trends in Western North Pacific Tropical Cyclones
http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D-11-00735.1

Super-tajfún Haiyan - posol skazy i vízia budúcnosti

Obyvatelia Filipín sa ešte ani nestačili spamätať zo silného zemetrasenia, ktoré krajinu postihlo pred asi mesiacom a už sú konfrontovaní s následkami ďalšej prírodnej katastrofy - pustošivého tajfúnu Haiyan. Filipínci sú síce na tajfúny zvyknutí, keďže v priemere môže zasiahnuť súostrovie až 10 búrok ročne, no ani zďaleka nie každý sa priženie od mora s takou ničivou silou ako Haiyan. Meno tomuto silnému tajfúnu meteorológovia už hádam ani nemohli vybrať lepšie. V čínštine totiž jeden z významov slova „HaiYan“ znamená "oko mora". Pri pohľade na jeho takmer dokonalý kruhový tvar a perfektne vyformované symetrické a bezoblačné "oko" z vesmírnej perspektívy niet pochýb o tom, že mu pomenovanie sadlo ako uliate. A nielen to!

Obr. 1: Super-tajfún Haiyan blížiaci sa k východnému pobrežiu Filipín ako tropická cyklóna najvyššej kategórie - v tomto období dosahovala rýchlosť prízemného prúdenia svoje maximum (podľa Joint Typhoon Warning Center to bolo až 315 km/h, v nárazoch takmer 380 km/h)

Od chvíle, kedy Haiyan dosiahol na južnom cípe ostrova Samar pevninu a začal ju bičovať vetrom s rýchlosťou až 315 km/h, neprešlo ani 24 hodín a svetové média sa začali predháňať v informovaní o tom, že ide o najsilnejší tajfún, aký kedy pevninu zasiahol. Prekvapujúco sa média v tomto nemýlili. Ak by sa časom údaje o rýchlosti vetra potvrdili, Haiyan by pokoril nielen legendárny hurikán Camille, ktorý v roku 1969 zdevastoval pobrežie amerického štátu Mississippi, ale ohrozil by aj pozíciu tajfúnu Tip z roku 1979, ako doteraz najsilnejšej tropickej cyklóny, akú sme v novodobej histórii vôbec zaznamenali.

Spôsob akým tajfún vznikol, ako sa vyvíjal a nakoniec aj fakt, že v priebehu necelých 24 hodín zosilnel z obyčajnej tropickej búrky na ničivý super-tajfún, nám niečo hovorí aj o tom, že Haiyan musel mať na ceste k Filipínam priam ideálne meteorologické podmienky. Jednou z tých najdôležitejších bola vysoká teplota oceánu. Tá v čase, kedy tajfún naberal na sile, dosahovala viac ako 30 °C, čo je pre oblasť západného Pacifiku o takmer 1 °C viac ako dlhodobý priemer. Dôležitý bol aj čas, ktorý strávil nad takto teplým oceánom a smer, ktorým sa pohyboval. Tajfún mal tak k dispozícii viac tepla z oceánu, čo umožnilo dosiahnuť pozorovanú silu.

Obr. 2: Rozsah devastácie v meste Tacloban vo filipínskej provincii Leyte je nesmierny (silové účinky vetra boli ekvivalentné tornádu sily minimálne EF 3; foto: Getty/Malacanang Photo Bureau) - celkový počet ľudských strát k dnešnému dňu (12.11.2013) je 1 774, pričom odhady presahujú hodnotu 10 000 obetí (Zdroj)

Nech sa už na tajfún Haiyan pozeráte akokoľvek, či už z pohľadu meteorológie alebo nesmiernych ľudských strát, konštatovať môžete jediné. Tajfún Haiyan bol skutočne mimoriadny. Až tak mimoriadny, že možno ovplyvní nasledujúce jednania národných delegácií na svetovom klimatickom stretnutí COP 19, ktoré sa začalo práve tento týždeň. Či udalosti posledných dní dopomôžu vyjednať vo Varšave kompromisné dohody o obmedzení emisií skleníkových plynov, ktoré sú podľa poslednej správy IPCC hlavnou príčinou otepľovania planéty v období posledných minimálne 60 rokov, je skutočne otázne. Podobne otázne je ale aj to, či sila tajfúnu bola výsledkom pôsobenia klimatickej zmeny, alebo nie. Žiaľ v tomto prípade jednoduchá odpoveď neexistuje.

Video: Autentické video z mesta Tacloban, počas vyčíňania tajfúnu Haiyan - na videu je možné vidieť zriedkavo zdokumentované účinky vetra so silou 5. stupňa TC - rýchlosť vetra v danom okamihu dosahovala približne 260 km/h - je to ekvivalent tornáda EF3 (Zdroj)

Hľadať príčinnú (kauzálnu) závislosť medzi vznikom konkrétneho tajfúnu a globálnym otepľovaním je problematické. Ak tu nejaká súvislosť je, existuje hlavne v štatistickom slova zmysle, čo znamená, že klimatická zmena zvyšuje pravdepodobnosť výskytu takýchto extrémov počasia. Uvažovať však možno aj vo fyzikálnejšej rovine, pretože dnes už do istej miery vieme povedať aj to, že ak už tajfún nad tropickými oceánmi vznikne, má v súčasných teplejších a vlhších podmienkach lepšie predpoklady dosiahnuť vyššiu intenzitu a teda aj deštruktívnejšie účinky. A prečo je tak?

Akonáhle sa hurikán alebo tajfún nad oceánom vyformuje, vyvíja sa vo fyzikálnych podmienkach, ktoré sú v súčasnosti odlišné od tých, ktoré sme tu mali napríklad v polovici 20. storočia. Teplota prízemnej atmosféry a oceánov je v súčasnosti o minimálnej 0,5 °C vyššia ako tomu bolo pred 60 rokmi. Okrem toho, atmosféra dnes obsahuje o 4 % viac vlhkosti ako na začiatku 70. rokov. Toto všetko sú ingrediencie, ktoré v príhodných poveternostných podmienkach môžu spôsobiť, že tajfún z pohľadu sily doslova "exploduje" - čo znamená, že v priebehu veľmi krátkeho času (aj menej ako 24 hodín) sa dokáže rozvinúť z priemernej silnej tropickej búrky do štádia super-tajfúnu. A presne takýto scenár sledoval aj Haiyan. A keďže sa planéta bude veľmi pravdepodobne otepľovať aj naďalej, do budúcna je potrebné počítať s tým, že tajfúny ako Haiyan alebo hurikány ako Katrina sa budú objavovať častejšie ako tomu bolo v priebehu 20. storočia. K tomuto záveru každopádne dospela aj posledná hodnotiaca správa IPCC.

Súvisiace články 

Teplejší Atlantik zvýši riziko hurikánov v západnej Európe

http://climatemap.blogspot.cz/2013/03/teplejsi-atlantik-zvysi-riziko.html  

Keď sa z hurikánov stávajú super-búrky

http://climatemap.blogspot.cz/2013/03/ked-sa-z-hurikanov-stavaju-super-burky.html 
Tropické cyklóny budú silnejšie a častejšie
http://climatemap.blogspot.cz/2013/07/tropicke-cyklony-budu-silnejsie.html

Obr. 3: Animácia družicových záberov vo viditeľnej časti spektra zachytáva pohyb centrálnej časti tajfúnu Haiyan dňa 7. novembra smerom na západ k pobrežiu Filipín - na záberoch sú dobre viditeľné aj prejavy dynamických procesov tvorby oblačnosti vo vnútri "oka" (pre zväčšenie animácie kliknite sem: Zdroj)

Obr. 4: Pozostatok tajfúnu Haiyan nad južnou Čínou dňa 11. novembra o 5:45 UTC (Zdroj)

Zdroje:
http://www.ipcc.ch/
http://www.usno.navy.mil/JTWC/
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/archive.html?year=2013&month=11
http://www.youtube.com/watch?v=zZQanISDpek&feature=player_embedded
http://www.climatecentral.org/news/super-typhoon-haiyan-a-hint-of-whats-to-come-16724
http://robertscribbler.wordpress.com/
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2574
http://www.wunderground.com/blog/24hourprof/comment.html?entrynum=81
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2481
http://www.climatecentral.org/news/images-show-destruction-from-super-typhoon-haiyan-16715
http://www.mirror.co.uk/news/uk-news/typhoon-haiyan-climate-change-continues-2710436
http://www.smh.com.au/environment/climate-change/typhoon-haiyan-influenced-by-climate-change-scientists-say-20131111-2xb35.html
http://www.climatecentral.org/news/dangerous-super-typhoon-haiyan-assaults-philippines-16712
http://www.theguardian.com/environment/2013/nov/11/typhoon-haiyan-philippines-climate-talks
http://www.theguardian.com/world/2013/nov/11/typhoon-haiyan-philippines-climate-change
http://www.theguardian.com/environment/2013/nov/11/typhoon-haiyan-climate-change 
http://www.washingtonpost.com/blogs/capital-weather-gang/wp/2013/11/07/super-typhoon-haiyan-closes-in-on-philippines-among-strongest-storms-ever/
http://www.slate.com/blogs/bad_astronomy/2013/11/12/supertyphoon_haiyan_a_glimpse_of_the_future_now.html 
http://www.aoml.noaa.gov/hrd/Landsea/knutson-et-al-nat-geo.pdf
http://www.atmosedu.com/ENVS109/articles/Emanuel05-hurricanes.pdf
http://www.nature.com/news/did-climate-change-cause-typhoon-haiyan-1.14139?WT.ec_id=NEWS-20131112

Dočkáme sa ďalšieho otepľovania (?)

Spomalenie otepľovania v období posledných 15 rokov je klimatologicky zatiaľ nevýznamné

Argumenty spojené s tvrdením, že od roku 1998 sa globálna teplota zásadnejšie nezvyšuje, možno síce prijať za vecné a korektné, no nič viac už nehovoria o tom, či pozorované spomalenie otepľovania je významné aj z pohľadu klimatológie a štatistickej analýzy, a tiež o tom, aké fyzikálne mechanizmy možno hľadať za týmto fenoménom. Vo svetle vedeckých faktov dokonca neobstojí ani tvrdenie, že predošlé správy IPCC sa v predpovediach budúceho vývoja globálnej teploty úplne mýlili, a teda, že otepľovanie atmosféry v posledných desiatich rokoch nesledovalo žiadny z predostretých scenárov klimatickej zmeny. Spomalenie tempa otepľovania spodných vrstiev troposféry v posledných 15 rokoch treba síce prijať ako objektívny fakt, no existuje celý rad dôvodov, prečo by sme mali považovať túto „pauzu“ v raste globálnej teploty za klimatologicky (štatisticky) nevýznamnú a z pohľadu času za dočasnú udalosť vo vývoji klimatického systému Zeme. Okrem toho, že poznáme hneď niekoľko fyzikálnych mechanizmov, ktoré k tomuto spomaleniu prispeli, jeho príchod predpovedalo hneď niekoľko klimatických modelov, a to aj napriek tomu, že počítali s ďalším zosilňovaním skleníkového efektu.

Obr. 1: (hore) Vývoj odchýlok globálnej teploty (kombinované pevniny - oceány) podľa troch svetových databáz GISS (vľavo), CRU (v strede) a NOAA (vpravo) v období 1880-2012 - sivé krížiky sú mesačné štandardizované hodnoty teploty, červená krivka predstavuje zhladenie pomocou 12-mesačného kĺzavého priemeru - veľkosť lineárneho trendu za dekádu je zobrazená v hornej časti grafu; (dole) vývoj odchýlok globálnej teploty podľa GISS (vľavo), CRU (v strede) a NCDC (vpravo) s odfiltrovaným vplyvom prirodzenej variability (ENSO, sopečné erupcie, slnečná aktivita, atď.) v období 1979-2011 (Zdroj)

Na úvod nebude na škodu sa zamyslieť nad nasledovnými faktami. V období od roku 2001 hlásilo viac ako 56 krajín sveta prekonanie národných historických rekordov maximálnej teploty vzduchu. Zaujímavosťou je aj to, že v rámci tejto periódy sa nevyskytol ani jeden mesiac, ktorý by bol na globálnej úrovni v porovnaní s dlhodobým teplotným priemerom podnormálny (taký sa de facto nevyskytol už od roku 1985). Okrem toho, sme v rámci poslednej dekády (2001-2010) zaznamenali dva najteplejšie roky v histórii meteorologických pozorovaní, a to rok 2005 a 2010 (nasledované sú rokom 1998). V čom sú ale tieto fakty pozoruhodné? Predovšetkým v tom, že k tomuto všetkému došlo v období s pomerne slabou slnečnou aktivitou, a predovšetkým s dominantným vplyvom chladnej fázy ENSO-Južnej oscilácie (La Niña), ktorá dokáže zraziť globálnu teplotu aj o viac ako 0,15 °C. Namiesto toho, aby globálna teplota teda poklesla o minimálne 0,1 °C, len spomalila tempo svojho rastu a vo svojom vývoji dosiahla tak akési „plató“. Ochladzujúci vplyv La Niñe a slabého Slnka musel byť teda niečím kompenzovaný. Tým niečím bol „otepľujúci“ radiačný účinok vyšších koncentrácií skleníkových plynov.

Obr. 2: Vývoj odchýlok globálnej teploty podľa satelitných meraní RSS (vľavo) a UAH (vpravo) s odfiltrovaním prirodzenej variability (ENSO, sopečné erupcie, slnečná aktivita, atď.) v období 1979-2011 - veľkosť lineárneho trendu za dekádu je zobrazená v hornej časti grafu (Zdroj)

Obr. 3: Vývoj odchýlok globálnej teploty podľa piatich svetových databáz GISS, NOAA, NCDC, RSS a UAH v období 1979-2010 s/bez uvažovaného vplyvu prirodzených faktorov (ENSO, sopečné erupcie, slnečná aktivita; Zdroj)

Štatistika hovorí jasnou rečou
Ako možno vidieť aj na grafoch Obr. 1 a 2, globálna teplota, či už je získaná prostredníctvom družicového monitoringu (UAH, RSS) alebo interpoláciou pozemných staničných meraní (GISS, NOAA, CRU), v rámci svojho vývoja od roku 1880 podliehala rôznym krátkodobým a dlhodobým zmenám. Tie sú výsledkom vzájomného spolupôsobenia prírodných a antropogénnych faktorov, ktoré vnášajú do časových radov zdanlivo chaotické medziročné a interdekádne kolísanie okolo dlhodobej strednej hodnoty. Po odfiltrovaní vplyvov prírodných faktorov (Obr. 3), akými sú slnečná aktivita, sopečné erupcie či vplyv atmosférických oscilácií (ENSO, atď.), nám v časovom rade zostane signál tzv. náhodnej zložky (klimatický šum) a dlhodobý trend, ktorý má pozoruhodne stabilný vývoj v období posledných aspoň 40 rokov. Tento dlhodobo rastúci trend globálnej teploty nemožno v súčasnosti vysvetliť inými, ako antropogénnymi príčinami. Zaujímavé je tiež aj to, že pozaďový trend zosilneného skleníkového efektu možno identifikovať aj v obdobiach, kedy globálna teplota sa významne nezvyšovala (obdobie po roku 1998) alebo dokonca klesala (napr. 50. a 60. roky 20. storočia). Vplyv radiačne aktívnych plynov pôsobí síce permanentne, no jeho pôsobenie na globálnu teplotu môže byť z času na čas prekryté ochladzujúcim efektom silnej La Nine (r. 2011) alebo významnej vulkanickej erupcie (r. 1991).

Obr. 4: Vývoj odchýlok globálnej teploty podľa CRU (modrá) a GISS (červená) zhladený 30-ročným kĺzavým priemerom v období 1850-2012 (Zdroj)

A teraz trochu teórie zo štatistiky časových radov a trendovej analýzy. Aby bol akýkoľvek dlhodobý trend, zbavený medziročného či iného krátkodobého kolísania, nielen jednoznačne identifikovateľný, ale hlavne štatisticky významný, musí prejsť minimálne 15 rokov (niektorí dokonca uvádzajú obdobie 17 rokov, Santer et al 2011). Ako sme už uviedli vyššie, obdobie po roku 1998, ktorý bol navyše ovplyvnený veľmi silných javom El Niño (preto patrí medzi najteplejšie roky v histórii), sa vyznačuje v porovnaní s 80. a 90. rokmi o poznanie miernejším rastom globálnej teploty, ktorý je pravdepodobne z väčšej časti spôsobený rýchlejším ukladaním tepla do oceánov. Vzhľadom na krátkosť obdobia (15 rokov) je síce trend po roku 1998 zreteľný, no zatiaľ je štatisticky nevýznamný. 

A okrem toho, analyzovať ktorékoľvek 15-ročné obdobie stráca aj z pohľadu klimatológie akýkoľvek zmysel. V klimatológii sa štandardne pracuje s minimálne 30-ročnými časovými obdobiami. A prečo? Tento údaje nám nespadol len tak z neba. Vychádza z reálnych pozorovaní prírodných spoločenstiev a systémov, ktoré potrebujú na to, aby sa dokázali konkrétnym klimatickým podmienkam prispôsobiť aspoň 30 rokov. Ak zahrnieme tento fakt to ďalšej analýzy, a namiesto ročných či dekádnych priemerov aplikujeme 30-ročné kĺzavé priemery (napr. pre rok 1998 sa počíta obdobie začínajúce rokom 1983 a končiace rokom 2012), dostaneme krivku na Obr. 4, ktorá jasne ukazuje, že krivka globálnej teploty nevykazuje ani pri svojom pravom konci žiadny náznak zníženia tempa rastu (a to aj napriek tomu, že končí rokom 1998, ktorý použitím kĺzavého priemeru zohľadňuje aj obdobie 1998-2012). Budeme si musieť počkať teda na ďalších 15 rokov, aby sme dokázali do grafu zakresliť zmeny vývoja teploty až po rok 2012.

Obr. 5: Porovnanie vývoja globálnej teploty (ružová - s vplyvom prirodzených a antropogénnych faktorov, a červená - s vplyvom len antropogénnych faktorov) s projekciami IPCC podľa tretej (modrá oblať) a štvrtej správy (zelená oblasť; Zdroj)

Scenáre IPCC vs. realita
Zatiaľ čo spomalenie otepľovania po roku 1998 je zatiaľ nevýznamné, otázkou zostáva, či tento vývoj predpokladali modely a scenáre IPCC ešte predtým, než k tomuto zlomu došlo. Celkom určite áno, a nielen to. Ako vidieť aj z Obr. 5, scenáre globálnej teploty prezentované tak v 3. ako aj 4. správe IPCC veľmi dobre odhadli vývoj teploty v poslednom desaťročí. Ak sa vám na prvý pohľad zdá, že globálna teplota (ružová krivka na Obr. 3) nadobúda pomerne často hodnoty mimo rozsah uvádzaných scenárov, je to tým, že projekcie IPPC nezohľadňujú vplyv prírodných faktorov (Slnko, ENSO, sopky, atď.), ale naopak zahŕňajú len vplyvy antropogénne a náhodné. Veľké kolísanie ružovej krivky (Obr. 5) je prejavom prirodzenej variability globálneho klimatického systému – vysoká hodnota teploty v roku 1998 je spôsobená silným javom El Niño, naopak výrazný pokles po roku 1991 je výsledkom erupcie Mt. Pinatuba. Ak tieto vplyv odfiltrujeme, dostaneme červenú krivku, ktorá už veľmi dobre odpovedá rozsahu scenárov IPCC. Určite ste si tiež všimli, že po odstránení vplyv prírodných faktorov sa červená krivka vyznačuje pozoruhodne stabilným vývojom aj po roku 1998 – ide to ďalší objektívny dôkaz toho, že vplyv zosilneného skleníkového efektu sa ani v období posledných 15 rokov nezmenil (nezoslabol), a permanentne prispieva k rastu globálnej teploty (aj napriek ochladzujúcemu efektu ENSO či slabšej slnečnej aktivity).

Obr. 6: (a) Porovnanie pozorovanej globálnej teploty (čierna krivka) so simulovanou teplotou pomocou klimatického modelu (oranžová krivka) v období 1980-2009, modelovaná teplota pokračuje do roku 2030; (b) vplyv vybraných faktorov na vývoj globálnej teploty [°C] (Zdroj: Lean a Rind 2009)

Pochopiteľne, že budúci vývoj globálnej teploty nebude ovplyvnený len obsahom skleníkových plynov v atmosfére. Zatiaľ čo, scenáre na Obr. 5, pozostávajúce z výstupov mnohých modelových simulácií, brali z určitých dôvodov a pre názornosť do úvahy len vplyvy antropogénne a náhodné, konkrétne klimatické modely zohľadňujú aj ostatné faktory. Obr. 6 prináša výstup jedného konkrétneho modelu a scenáru globálnej teploty do roku 2030 (Lean & Rind 2009). Ako si možno všimnúť z priebehu simulovanej globálnej teploty (a), model dokázal v období 1980-2009 veľmi úspešne replikovať otepľujúci vplyv ENSO (El Niño), ochladzujúci efekt sopečných aerosólov, vplyv slnečnej aktivity ako aj pozaďový vplyv antropogénne zosilneného skleníkového efektu atmosféry (veľkosť jednotlivých faktorov na odchýlky globálnej teploty je možné vidieť na Obr. 6b). Ako ale vidieť z obrázku ďalej, vývoj simulovanej teploty po roku 2009 je významnejšie riadený predovšetkým rastúcim antropogénnym vplyvom, ktorý je prerušený dvomi náhodným udalosťami (A – sopečná erupcia, B – El Niño) a slabo ovplyvnený miernym kolísaním slnečnej aktivity. Z tohto vyplýva jedna, dosť podstatná skutočnosť, a to, že aj napriek pokračujúcemu otepľovaniu podmieneného radiačným efektom skleníkových plynov, klimatické modely sú schopné celkom úspešne simulovať aj prípady, kedy sa vplyvom náhodných a prírodných faktorov nemusí globálna teplota v danom roku vždy len zvyšovať o určitú hodnotu °C (získanú z dlhodobého trendu, napr. °C/dekádu). 

Pochopiteľne, že v tomto prípade treba zobrať do úvahy aj fakt, že pôsobenie väčšiny prírodných faktorov má výrazne stochastický (náhodný) charakter, čo samozrejme načasovanie jednotlivých „ochladení“ alebo „náhlych oteplení“ v modelových simuláciách zaťažuje značnou neistotou a chybou. Na záver tohto bloku možno ešte spomenúť to, že už predošlé správy IPCC dokázali celkom úspešne „predpovedať“ nástup niektorých periód s výraznejším oteplením alebo stagnáciou globálnej teploty (Obr. 7).

Obr. 7: Príklady projekcií vývoja globálnej teploty podľa troch zvolených emisných scenárov (vľavo) zo 4. správy IPCC a podľa autorov (Easterling & Wehner 2009 - hore vpravo a Meehl et al 2011 - dole vpravo; Zdroj) poukazujú na výskyt dočasných poklesov alebo stagnácií globálnej teploty (napr. 2001-2010, atď.)

Tepo preniká hlbšie do oceánov 

Aké konkrétne fyzikálne mechanizmy stoja za spomalením otepľovania po roku 1998 je predmetom intenzívneho výskumu, no z toho, čo už dnes vieme zatiaľ vyplýva, že k nemu významnou mierou prispel fenomén ENSO a slabšia slnečná aktivita. Dominantný vplyv chladnej fázy La Niña v období 2000-2011 v kombinácii s intenzívnejšou cirkuláciou oceánskych prúdov (najmä v severnom Pacifiku) podmienili rýchlejšie ukladanie tepla do hlbších častí oceánov, čoho dôkazom sú aj reálne merania teploty vody v rôznych hĺbkach oceánov (napr.: Obr. 8). Ďalším mechanizmom môže byť aj zmena obsahu vodnej pary v zemskej atmosfére (Solomon et al. 2010).

Obr. 8: Rast obsahu tepla v oceánoch v úrovni 0-700 metrov je očividný hlavne po roku 1998 (Zdroj)

Kedy možno očakávať ďalšie otepľovania?

Na takto položenú otázku sa síce odpovedá veľmi ťažko, no z vyššie uvedeného textu by malo byť jasné to, že k ďalšiemu výraznejšiemu nástupu otepľovanie pravdepodobne nedôjde skôr ako suma všetkých uvažovaných faktorov nebude mať výrazne otepľujúci účinok. Je teda len otázkou času, kedy k tejto situácii reálne dôjde. Stačí, aby sa skombinoval účinok silnejšieho El Niña, ďalšieho maxima slnečnej aktivity a pozaďového efektu koncentrácií skleníkových plynov, a celkom určite sa dočkáme ďalšieho obdobia s rekordne vysokými globálnymi teplotami. Či k tomu dôjde napríklad už budúci rok alebo v niektorých ďalších rokoch, s istotou povedať nevieme. Zatiaľ máme v rukách len dve indície - (1) nástup ďalšieho El Niña je v najbližších mesiacoch pravdepodobne nereálny a (2) 24. cyklus slnečnej aktivity patrí medzi najslabšie za posledných minimálne 100 rokov. Pokiaľ do hry v nasledujúcom roku nevstúpi ďalší náhodný faktor – významná sopečná erupcia – je možné predpokladať, že na „naštartovanie“ ďalšej fázy otepľovania si budeme musieť ešte minimálne jeden rok počkať.

Literatúra

IPCC second assessment report (over 50 MB PDF file, the graph shown here is on the PDF page 314, page 300 of the report).
Rahmstorf S. et al 2012: Comparing climate projections to observations up to 2011, Environ. Res. Lett. 7 044035 doi:10.1088/1748-9326/7/4/044035.

Santer, B.D., C. Mears, C. Doutriaux, P. Caldwell, P. J. Gleckler, T. M. L. Wigley, S. Solomon, N. P. Gillett, D. Ivanova, T. R. Karl, J. R. Lanzante, G. A. Meehl, P. A. Stott, K. E. Taylor, P. W. Thorne, M. F. Wehner, F. J. Wentz, 2011: Separating signal and noise in atmospheric temperature changes: The importance of timescale, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), Volume 116, Issue D22, November 2011, DOI: 10.1029/2011JD016263.
Solomon, S., Karen H. Rosenlof, Robert W. Portmann, John S. Daniel, Sean M. Davis, Todd J. Sanford, Gian-Kasper Plattner, 2010: Contributions of Stratospheric Water Vapor to Decadal Changes in the Rate of Global Warming, Science 5 March 2010: Vol. 327 no. 5970 pp. 1219-1223, DOI: 10.1126/science.1182488.


Zdroje
http://www.skepticalscience.com/tung-amo-defense-part2.html
https://skepticalscience.com/anthropogenic-global-warming-rate-Is-it-steady-for-last-100-years.html
http://www.skepticalscience.com/global_warming_still_happening.html
http://www.skepticalscience.com/trend.php
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/figure-10-5.html
http://www.nature.com/nclimate/journal/v3/n7/full/nclimate1863.html
http://www.esrl.noaa.gov/psd/csi/images/GRL2009_ClimateWarming.pdf
http://www.oco.noaa.gov/resources/Documents/Lyman_OceanHeat_Nature2010.pdf
http://www.nature.com/nclimate/journal/v1/n7/abs/nclimate1229.html
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50541/abstract
http://www.skepticalscience.com/happer-spencer-global-warming-continues.html
http://www.skepticalscience.com/foster-and-rahmstorf-measure-global-warming-signal.html
http://tamino.wordpress.com/2011/12/06/the-real-global-warming-signal/
http://www.skepticalscience.com/solar-activity-sunspots-global-warming-advanced.htm

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