Rýchly úbytok morského ľadu zásadne mení arktický ekosystém. Ako to však vplýva na klímu a počasie?
Zatiaľ čo biely ľad alebo sneh väčšinu slnečného žiarenia odrážajú, tmavá voda ho pohlcuje. Arktída sa teda otepľuje až trojnásobne rýchlejšie ako zvyšok planéty. Zdroj: iStockphoto.com
V polovici marca (18. marca 2021) meteorológovia zaznamenali na Islande takmer letných viac ako 21 °C, zatiaľ čo u nás sa denné teploty pohybovali okolo nuly. Podobne vo februári v americkom Texase mrazivý vzduch prenikol hlboko na juh a, naopak, na Aljaške bolo v rovnakom čase výrazne teplejšie. Prečo je to tak?
Naše aktivity otepľujú atmosféru, ale nie všade rovnako. Napríklad nad oceánmi sa vzduch ohrieva pomalšie, lebo morská voda pohltí viac energie. Naopak, kontinenty sa v priemere otepľujú takmer dvojnásobnou rýchlosťou ako oceány. Ešte rýchlejšie ako oceány a kontinenty sa však otepľuje severný pól.
Jednou z hlavných príčin rýchlejšieho otepľovania Arktídy je úbytok morského plávajúceho ľadu. Logika je jednoduchá. Zatiaľ čo biely ľad alebo sneh väčšinu slnečného žiarenia odrážajú, tmavá voda ho pohlcuje. Arktída sa teda otepľuje až trojnásobne rýchlejšie ako zvyšok planéty, v niektorých častiach ešte rýchlejšie.
Rýchly úbytok morského ľadu ohrozuje nielen prežitie medveďov bielych (Ursus maritimus), ale zásadne mení celý arktický ekosystém s dosahom na planetárnu klímu. Vyplývajú z toho však aj ďalšie súvislosti?
Vývoj priemernej ročnej teploty za polárnym kruhom (znázornené za 67° severnej šírky). Za posledných 60 rokov sa priemerná ročná teplota v Arktíde zvýšila o viac ako 3 °C. Zdroj: Zachary Labe
Arktída a tryskové prúdenie
Jedným z kľúčových faktorov, ktorý poháňa presun vzduchu v miernom pásme, je tryskové prúdenie (jet stream), ako vidíme na obrázku nižšie. Toto prúdenie predstavuje úzke pásy veľmi silného vetra s rýchlosťou 300 až 450 km/h, výnimočne aj cez 500 km/h, ktoré prúdi vo výškach prevažne od 8 do 16 km nad zemským povrchom, prevažne v blízkosti takzvanej tropopauzy.
Významné planetárne tryskové prúdenia sa vyskytujú na oboch pologuliach v oblasti polárnej frontálnej zóny medzi 30. a 70. stupňom geografickej šírky (ktoré oddeľujú tropické vzduchové hmoty od polárnych), ide o takzvaný polárny jet stream.
Menej výrazne tryskové prúdenia sa sezónne objavujú aj južnejšie od polárneho jetu, v priestore medzi 20. a 50. stupňom geografickej šírky (subtropický jet stream). Prúdy bývajú veľmi premenlivé a ich smer i sila závisia od momentálnych atmosférických podmienok (teplota a tlak vzduchu) a rozloženia riadiacich tlakových útvarov (tlakových níží a výší).
Švédsky meteorológ pôsobiaci v USA Carl-Gustaff Rossby v roku 1939 ako prvý popísal skutočnosť, že tryskové prúdenie nemá stály charakter, ale jeho pohyb pripomína meandre riek. Pohybuje sa vo vlnách, ktoré dnes poznáme ako Rossbyho, prípadne planetárne vlny.
Jedným z hnacích motorov prúdenia je rozdiel (gradient) teploty a tlaku medzi chladnejšou Arktídou a teplejším miernym, respektíve tropickým pásmom. Vyšší teplotný gradient tryskové prúdenie zrýchľuje, nižší teplotný gradient ho spomaľuje.
Vhodnou analógiou môže byť rieka. Ak tečie strmším spádom, jej prúd je vplyvom gravitácie rýchlejší, a zároveň tečie priamejšie. Keď sa rieka blíži k svojmu ústiu, spád je menší, rieka pomalšia a vytvára výrazné vlnité meandre s väčšou amplitúdou (teda výkyvom od strednej hodnoty).
Ako už vieme, povrch Arktídy sa otepľuje rýchlejšie ako okolité mierne pásmo, čo prispieva k zníženiu teplotného gradientu aj vo vyšších vrstvách atmosféry, kde sa tryskové prúdenie prejavuje. Môže takáto zmena pomerov výrazne ovplyvniť aj spôsob, akým sa pohybujú planetárne vlny, a tým aj počasie u nás?
Fialové a žlté šípky znázorňujú polárne a subtropické tryskové prúdenie okolo Zeme. Západný smer prúdenia je výsledkom pôsobenia vychyľujúcej sily zemskej rotácie (Coriolisova sila). Aj preto lety z Európy do USA trvajú dlhšie ako v opačnom smere. Zdroj: NOAA
O čom svedčí extrémne počasie
Doteraz vyšlo viac ako 140 vedeckých článkov, ktoré skúmajú spojitosť medzi teplejšou Arktídou a jej vplyvom na počasie v miernych šírkach. Jedna z nedávnych meteorologických situácií, keď tryskové prúdenie dosiahlo extrémnu polohu (extrémnu amplitúdu vlnenia), nastala 18. marca 2021.
Vtedy na Islande zaznamenali takmer letných viac ako 21 °C, zatiaľ čo u nás sa denné teploty pohybovali okolo nuly. Podobne vo februári v americkom Texase mrazivý vzduch prenikol hlboko na juh, naopak, na Aljaške bolo v rovnakom čase výrazne teplejšie.
Jedna z prominentných vedkýň a pionierka hypotézy prepojenia otepľujúcej sa Arktídy a extrémneho počasia v miernych šírkach, Jennifer Francisová z výskumného centra Woods Hole, na túto tému napísala viac ako 40 vedeckých publikácií.
Prvý vedecký článok s touto tematikou uverejnila už v roku 2012 v časopise Geophysical Research Letters. Spoločne s kolegom Stephenom Vavrusom v ňom konštatovali, že pohyb planetárnych Rossbyho vĺn smerujúcich na východ sa spomaľuje, a to najmä na jeseň a v zime, keď ubúda arktický plávajúci ľad, ale aj na jar a v lete, keď je zase menej snehovej pokrývky na pevnine.
Ďalej konštatovali, že pomalší presun planetárnych vĺn môže zvyšovať pravdepodobnosť extrémneho počasia, keďže pri tom častejšie dochádza k vzniku „blokujúcich“ tlakových útvarov. Znamená to, že daný charakter počasia pretrváva nad rovnakým územím dlhšie, či už ide o vysoké teploty vzduchu a sucho, alebo výdatné zrážky a povodne. Táto práca dodnes zostala jej najcitovanejšou (s vyše 1300 ohlasmi v iných článkoch), pričom väčšina ďalších poznatkov jej pôvodné závery potvrdzuje. Môžeme ju teda považovať za prelomovú.
Poveternostná situácia z 18. marca 2021, keď dosiahlo tryskové prúdenie na severnej pologuli výraznú poludníkovú amplitúdu, viedla k výraznému zoslabnutiu západného (zonálneho) prúdenia, a, naopak, k zvýrazneniu tzv. meridionálneho prúdenia vzduchu pozdĺž poludníkov (v smere z juhu na sever a naopak). Pri takýchto situáciách preniká teplý vzduch ďalej na sever a chladnejší, pôvodom arktický vzduch, sa dostáva viac na juh. Zdroj: Scott Duncan
Dôkazy o „telekonexiách“
Silná podpora pre túto hypotézu prišla od výskumného tímu klimatológa Hansa Joachima Schellnhubera z Inštitútu pre výskum klímy v nemeckej Postupimi. V roku 2013 napísal Vladimír Petoukhov pod jeho vedením štúdiu, ktorú zverejnil prestížny časopis PNAS. Autori v nej priniesli dôkazy o spojení extrémneho počasia počas leta a zosilnením amplitúdy atmosférického prúdenia (teda odchýlky prúdenia meridionálnym severojužným smerom) prostredníctvom dosiahnutia tzv. kvázirezonancie.
Autori štúdie analyzovali 32-ročné obdobie, síce príliš krátke na vyhodnotenie zákonitostí zvýšeného výskytu zvýraznených planetárnych vĺn v letnom období a s nimi spojeného výskytu extrémnych prejavov počasia. Potvrdili však, že jednou z možností vysvetlenia kvázirezonancie je práve zoslabenie západného prúdenia spôsobené rýchlejším otepľovaním v Arktíde.
Tieto dôkazy priniesla už ďalšia štúdia pod vedením Kai Kornhubera z roku 2019 v časopise Environmental Research Letters. Tím autorov v nej ukázal, že výskyt zosilnenej kvázirezonancie v letnom období so siedmimi Rosbbyho vlnami je v posledných desaťročiach častejší. Preukázal tiež súvislosť takto pozmeneného tryskového prúdenia napríklad s historickými vlnami horúčav v Európe v rokoch 2003, 2006 a 2015, ale aj s ďalšími extrémnymi poveternostnými situáciami.
Zásadný vplyv teplejšej Arktídy na vpády chladného arktického vzduchu do miernych šírok potvrdila aj práca klimatológa Judaha Cohena z MIT, ktorú zverejnil časopis Nature Communications. Cohen ukázal, že v období, keď sa Arktída otepľuje najrýchlejšie, teda v druhej polovici zimy, vpády chladnejšieho vzduchu spojené s výdatným snežením sú častejšie na východe USA. Tým potvrdil predošlé štúdie, ktoré poukazovali na prepojenie chladného počasia aj v oblasti Eurázie (dnes sa často hovorí o fenoméne teplá Arktída a studené kontinenty).
Dvojrozmerné schematické Rossbyho planetárne vlny (šípky). Rastúca amplitúda (vlnitosť) spôsobuje výrazné meandrovanie výškové prúdenia, pričom v jeho jednotlivých slučkách vzniknú centrá riadiacich tlakových útvarov, cyklón (rotujúca tlaková níž), prípadne anticyklón (rotujúca tlaková výš – H). Čím výraznejšie a hlbšie sú slučky jet streamu, tým pomalšie sa tlakové útvary presúvajú smerom na východ a sú tzv. perzistentnejšie (málo pohyblivé). Takéto počasie potom prináša buď dlhotrvajúce dažde a záplavy (tlakové níže – L), alebo, naopak, dlhotrvajúce extrémne vysoké teploty (tlaková výš) Zdroj: Daneshvar a Freund, 2019
Nekonečný príbeh?
Mohlo by sa zdať, že príbeh o vplyve úbytku ľadu a rýchlo sa meniacej Arktídy na extrémne počasie prakticky počas celého roku a v celom rozsahu mierneho pásma od severnej Ameriky až po Japonsko sa uzavrel. Nie je to však celkom tak. Posledná vedecká štúdia s účasťou Jennifer Francisovej totiž konštatuje, že stanovenie príčinnej postupnosti „menej ľadu v Arktíde spôsobuje extrémnejšie počasie“ komplikuje chaotická povaha atmosféry.
Rozhodujúcimi činiteľmi teda zostáva presná lokalita, charakter a sila tryskového prúdenia, prirodzená premenlivosť počasia, prítomnosť polárneho vortexu v stratosfére. Úbytok arktického ľadu zohráva až „druhotnú úlohu“. Skutočná úloha otepľovania Arktídy teda zostáva nejasná. Autori však konštatujú, že dôkazy o vplyve Arktídy na počasie v miernom pásme pribúdajú.
Zdroje:
- Francis a Vavrus, 2012. Geophysical Research Letters
- Petoukhov a kol., 2013. PNAS
- Kornhuber a kol., 2019. Environmental Research Letters
- Cohen a kol., 2018. Nature Communications
- Overland a kol., 2021. Environmental Research Letters
