ÚVOD DO PROBLEMATIKY KLIMATICKÝCH ZMIEN

Prof. RNDr. Milan LAPIN, PhD.

Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Univerzita Komenského, Bratislava

lapin@fmph.uniba.sk

ÚVOD

Pojmy a fakty súvisiace so zmenami a premenlivosťou klímy sa často dostávajú do centra pozornosti, najmä v obdobiach s výskytom rôznych anomálii počasia v porovnaní s dlhodobými priemermi (DP je vždy najmenej za 30-ročné obdobie). Vzhľadom na to, že la­ická (niekedy aj odborná) verejnosť nemá prehľad o dostupných klimatických DP a ani o cha­rakteristikách variability (premenlivosti) klímy, preto sa za významné anomálie (alebo extrémy) niekedy považujú aj prípady počasia s pomerne častým priemer­ným výskytom (aj častejšie ako raz za 10 rokov). Po roku 1987 sa ale priemery teploty vzduchu výrazne zvýšili aj v strednej Európe a rekordy najvyššej teploty sa vyskytujú asi 5-krát častejšie ako rekordy najnižšej teploty. Určité zmeny nastali aj vo výskyte extrémov atmosférických zrážok.

Úlohou profesionálnych meteorológov a klimatológov je poskytovanie a rozširovanie takých informácií o zme­nách a premenlivosti klímy, ktoré majú predovšetkým seriózny štatistický základ a sú správne klimatologicky a fyzikálne interpretované. V tomto článku sa venujeme predovšetkým zmenám a premenlivosti klímy v zá­vislosti od času. Premenlivosť klimatických prvkov môže mať aj priestorovú závislosť, vtedy však nehovo­ríme o zmenách a premenlivosti klímy. Priestorová premenlivosť klímy sa môže analyzovať aj pre celú Zem (rozdielne časové zmeny klímy v rôznych regiónoch na Zemi).

ZÁKLADNÉ DEFINÍCIE ZMIEN KLÍMY, KOLÍSANIA KLÍMY A PREMENLIVOSTI KLÍMY (podrobnosti sú na stránke: www.dmc.fmph.uniba.sk , časť "Klimatické zmeny")

Meteorológia je veda o atmosfére Zeme, jej zložení, vlastnostiach a o procesoch v nej prebiehajúcich (zjedno­dušene tiež o počasí, alebo o aktuálnom stave atmosféry a jeho prognóze).

Klimatológia je veda o podnebí Zeme, o súvislostiach a príčinách vzniku a zmien určitých klimatických pod­mienok, o vplyvoch klímy na objekty činnosti človeka a naopak o vplyve človeka na klímu (zjednodušene tiež o dlhodobom režime počasia (vždy najmenej za 30 rokov) vo vzťahu ku geografickým podmienkam, ekosystémom a k socio-ekonomickej sfére).

Zmeny klímy - tento termín sa v minulosti používal pre všetky zmeny súvisiace s klímou (v súčasnosti podľa Medzivládneho panelu OSN pre zmenu klímy (IPCC, 1996) takto nazývajú už len zmeny klímy prirodzeného charakteru, teda spôsobené zmenami slnečnej aktivity a inými astronomickými faktormi, sopečnými erupciami, zmenami cirkulácie oceánov atď.). Zmena klímy - je len tá časť zo všetkých zmien klímy, ktorú spôsobuje človek zmenou skleníkového efektu atmosféry (emisiou skleníkových plynov a aerosólov, zmenou využívania krajiny). Podrobnosti budú v ďalších článkoch. Vo FOTOALBUM-e sú charakteristické obrázky popisujúce skleníkový efekt atmosféry a príčiny jeho zmien.

Premenlivosť klímy - klimatické pomery môžeme kvantitatívne opísať stredovými, rozptylovými, trendovými a cyklic­kými štatistickými charakteristikami (smerodajná odchýlka a koeficient variácie je príkladom charakteristík variability/premenlivosti).

Kolísanie klímy - prirodzené kolísanie klimatických charakteristík je dané predovšetkým solárnou klímou (ročný chod, 11-ročný cyklus…), iné cykly súvisia s cykličnosťou niektorých klimatotvorných procesov (napr. 2-ročný cyklus výmeny medzi južnou a severnou pologuľou v stratosfére - QBO, ďalej oscilácie ENSO, El Niňo, NAO, AO a rad iných regionálnych indexov cirkulačných oscilácií atmosféry a oceánov - http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao.shtml 

Vzťah ElNiňo (ONI - oceánický ElNiňo index) a globálnej teploty podľa HadCRUT4

Tento faktor je naznačený na dvoch predposledných obrázkoch pod textom, ktoré sú v lepšom rozlíšení vo FOTOALBUME. Všimnúť si treba hlavne významný rast globálnej teploty v prípade silného ElNiňo (1998). Súvisí to najmä s tým, že v prípade javu LaNiňa (záporné hodnoty ONI) sa veľa energie z radiačnej bilancie spotrebuje na ohrievanie oceánov v Pacifiku, čím zostane menej na ohrievanie kontinentov a globálna teplota klesá, pri jave ElNiňo (kladné hodnoty ONI) je to naopak. Od roku 2007 prevažuje studená fáza LaNiňa, preto aj stagnuje globálna teplota. Absorbované teplo sa ale ukladá v hlbších vrstvách oceánu, čo sa určite prejaví na zosilnení niektorej z budúcich epizód ElNiňo. Akonáhle nastúpi iba priemerný jav ElNiňo (s ONI okolo 1,0 °C), tak globálna teplota vzápätí stúpne najmenej o 0,2 °C. V niektorých prípadoch komplikujú vplyv javov ElNiňo a LaNiňa silné sopečné erupcie (žlté krúžky), ktoré môžu znížiť globálnu teplotu aj o viac ako 0,3 °C. V obidvoch prípadoch ide o veľmi významný klimatotvorný faktor s rýchlou reakciou, no iba s krátkym trvaním (1-2 roky), ktorý môže dočasne modifikovať vplyv zosilňujúceho skleníkového efektu atmosféry aj na klesajúci trend globálnej teploty. Inými významnými vlyvmi na globálnu teplotu sú PDO (Pacifická dekádna oscilácia), NAO (Severoatlantická oscilácia), AO (Arktická oscilácia) a niekoľko ďalších.

Vplyv Pacifickej dekádnej oscilácie (PDO - dlhé cykly zmien povrchovej teploty v severnom Pacifiku, podrobnosti sú dostupné na stránkach: http://en.wikipedia.org/wiki/Pacific_decadal_oscillation a http://jisao.washington.edu/pdo/) sa v súčasnosti považuje za jednu z príčin medziročných a aj dlhodobých (viac ako 11-ročných) fluktuácií globálnej a hemisférických priemerov prízemnej teploty vzduchu. Na predposlednom obrázku vidíme ukážku uvedených vplyvov na príklade najnovších radov teploty vzduchu podľa HadCRUT4. Niektoré zmeny globálnej a hemisférickej teploty sa dajú vysvetliť aj zmenami vo veľkopriestorovej cirkulácii teplejších a chladnejších plôch morskej vody v Pacifiku, čo zrejme súvisí aj s výmenou medzi hlbokomorskými a povrchovými masami vody v Pacifiku. Korelačná analýza (posledný graf) ale naznačuje, že tento vzťah nie je významný v celom rozsahu pozorovaní, v niektorých obdobiach zrejme prevážia iné vplyvy. Na podrobnejšej interpretácii vplyvu PDO na odchýlky globálnej a hemisférickej teploty budeme ešte pracovať. PDO funguje v klimatickom systéme Zeme podobne ako ElNiňo, v prípade kladnej fázy PDO sa vytvoria v Pacifiku veľké plochy relatívne teplej morskej vody na povrchu oceánu, čo zvyšuje teplotu širokého okolia a tým prispieva aj k rastu globálnej teploty.

Veľmi dlhé zmeny klímy súvisiace s Milankovičovými cyklami (desiatky tisíc až 400 tisíc rokov), významnejším driftom kontinentov (milióny rokov) a niektorými astronomickými vplyvmi s dlhším vývojom ako milióny rokov nemajú pri hodnotení klímy v historickom období posledného tisícročia merateľný význam:  http://en.wikipedia.org/wiki/Milankovitch_cycles

Adaptácia na dôsledky klimatických zmien a zmierňovanie klimatickej zmeny

Ekosystémy (prirodzené spoločenstvá rastlín a živočíchov) ako aj sociálne a ekonomické systémy (spoločenstvá ľudí) sa vždy adaptovali (prispôsobovali) na klimatické zmeny a ich možné dôsledky (aj na dlhodobé priemery a aj na premenlivosť a extrémy klímy). V minulých storočiach sa vyskytli síce aj významné extrémy počasia a premenlivosti klímy, no za sebou nasledujúce 30-ročné priemery teploty vzduchu sa menili iba nepatrne (v rozsahu desatín °C). Preto bola adaptácia na zmeny klímy pomerne jednoduchá, stačilo mať v pamäti predchádzajúcu klímu za 30 alebo 50 rokov. 

Po roku 1975 došlo k závažnej odchýlke od dovtedajšieho vývoja klímy a nielen regionálne ale aj globálne priemery teploty vzduchu sa začali pomerne rýchlo zvyšovať. Trend rastu teploty vzduchu na väčšej časti Zeme, najmä na kontinentoch severnej pologule a v Arktíde, prekonal všetky doterajšie zmeny za celé obdobie meteorologických meraní (pozrite klimatologické grafy vo FOTOALBUME). Vedci sa zhodli na tom, že takýto vývoj je do značnej miery ovplyvnený ľudskou činnosťou, najmä zrýchľujúcou sa emisiou skleníkových plynov do atmosféry. Preto sa začalo hlasnejšie hovoriť o potrebe redukcie vplyvu človeka na klimatický systém Zeme, predovšetkým o znížení emisie skleníkových plynov do atmosféry a o šetrnejšom využívaní krajiny. Uvedené návrhy na zmiernenie vplyvu človeka na klimatický systém Zeme (tzv. mitigačné opatrenia) narazili na silný odpor ekonomickej sféry a časti politikov, pretože vyžadujú zdraženie niektorých tovarov (najmä energie), aby mali ľudia motiváciu k úsporám vo využívaní týchto tovarov. Zníženie spotreby tovarov totiž môže viesť k poklesu HDP a k poklesu zamestnanosti. Tiež to môže spôsobiť zníženie konkurenčnej schopnosti tovarov z krajín, ktoré takéto opatrenia príjmu. To sú hlavné dôvody prečo sa svetové spoločenstvo (pod patronátom OSN) nevie dohodnúť na účinných celosvetových mitigačných opatreniach.

Vedci preto odporúčajú prijať aspoň čiastkové opatrenia smerujúce k riešeniu problému klimatickej zmeny spôsobenej človekom (nemá zmysel bojovať proti prirodzeným zmenám klímy). Najjednoduchšia (ale aj najdrahšia) je adaptácia, pretože adaptovať sa môže individuálne každá krajina, každá obec a každý jednotlivý človek bez ohľadu na zvyšok sveta. Adaptácia by mala byť rozložená na viac desaťročí (napríklad protipovodňové opatrenia, zdroje pitnej vody...). Zároveň treba pokračovať v riešení celosvetovej dohody o mitigačných opatreniach aj keď nie je možné odhadnúť termín takejto dohody. Slovensko sa na riešení tejto problematiky podieľa už od roku 1991(doteraz bolo publikovaných a odoslaných do OSN 5 Národných správ SR o klimatickej zmene:   http://unfccc.int/resource/docs/natc/svk_nc5.pdf ).

V. SPRÁVA IPCC

Piata správa IPCC bola v príprave od roku 2010, v VI.2013 bola ukončená a v IX.2013 verejnosti prezentovaná časť za I. pracovnú skupinu (Fyzikálne základy klimatickej zmeny), ktorá bude definitívne knižne opublikovaná po verejnom pripomienkovaní na jar 2014. Asi 2000 strán tejto správy je na: WEB

V X.2013 prenikla na verejnosť správa, že sa podarilo médiám získať obsah Piatej správy IPCC za II. pracovnú skupinu (Možné dôsledky klimatickej zmeny do roku 2100) a v rôznych blogoch a médiách je už aj kriticky hodnotená. Treba ale pripomenúť, že táto správa nie je dielom klimatológov (oni len poskytli podkladové alternatívne scenáre klimatickej zmeny), pripravili ju odborníci z viacerých dotknutých sektorov, najmä vodného hospodárstva, poľnohospodárstva, lesníctva, atď.

Posledná aktualizácia stránky: 4.XI.2013

Niektoré zaujímavosti sú aj na stránkach:  http://www.dmc.fmph.uniba.sk/public_html/main9.html, najmä na http://www.dmc.fmph.uniba.sk/public_html/climate/20_20_20.doc a http://www.dmc.fmph.uniba.sk/public_html/climate/dezinformacie_2.doc a http://www.dmc.fmph.uniba.sk/public_html/climate/TeoriaKSZ_INT.htm

PRÍKLADY PREMENLIVOSTI 10-ROČNÝCH CHARAKTERISTÍK NA ZEMI A NA SLOVENSKU (kvalitnejšie grafy sú vo Fotoalbume)

Odchýlky 10-ročných priemerov teploty vzduchu v °C na kontinentoch severnej pologule (oranžové), na celej Zemi (žlté) a na oceánoch severnej pologule (modré) od dlhodobého priemeru z obdobia 1961-1990 (podľa strediska CRU)

Odchýlky 10-ročných priemerov teploty vzduchu v °C a úhrny zrážok v % na Slovensku (Rok - čierne, Leto - červené a Zima - modré) v porovnaní s dlhodobým priemerom z obdobia 1961-1990 (podľa SHMÚ)

12-mesačné kĺzavé odchýlky globálnej teploty od normálu 1961-1990 podľa HadCRUT4 Medián odhadu a hranice 95% spoľahlivosti vyšších a nižších odhadov globálnej odchýlky teploty ako je medián (Medián je blízky priemernej hodnote odchýlok, obrázok s lepším rozlíšením je vo FOTOALBUME - klimatologické grafy)

12-mesačné kĺzavé odchýlky globálnej teploty od normálu 1961-1990 podľa HadCRUT4 a indexy ONI (oceánický ElNiňo index) podľa NOAA (obrázok s lepším rozlíšením je vo FOTOALBUME - klimatologické grafy)

12-mesačné kĺzavé odchýlky globálnej teploty od normálu 1961-1990 podľa HadCRUT4, indexy ONI (oceánické ElNiňo indexy zmenšené 5-krát) a 3 najväčšie sopečné erupcie (žlté krúžky - St Helens, El Chichon a Pinatubo) podľa NOAA a Wikipedie (obrázok s lepším rozlíšením je vo FOTOALBUME - klimatologické grafy)

Ročné odchýlky globálnej teploty a teploty na severnej pologuli od normálu 1961-1990 podľa HadCRUT4 a indexy PDO (indexy Pacifickej dekádnej oscilácie zmenšené 5-krát), podľa CRU a http://jisao.washington.edu/pdo/  (obrázok s lepším rozlíšením je vo FOTOALBUME - klimatologické grafy). Je vidieť, že niektoré zmeny globálnej a hemisférickej teploty môžu byť značne ovplyvnené veľkopriestorovou cirkuláciou morskej vody v Pacifiku.

Korelácia ročných odchýlok globálnej teploty (GLT) ako aj teploty na severnej pologuli (NHT) od normálu 1961-1990 podľa HadCRUT4 a indexov PDO (indexy Pacifickej dekádnej oscilácie), podľa CRU a http://jisao.washington.edu/pdo/  (obrázok s lepším rozlíšením je vo FOTOALBUME - klimatologické grafy). Je vidieť, že niektoré zmeny globálnej a hemisférickej teploty môžu byť značne ovplyvnené veľkopriestorovou cirkuláciou morskej vody v Pacifiku (Cor nad 0,4), inokedy zrejme prevažujú iné vplyvy..

(Obrázok je v lepšom rozlíšení v klimatologických grafoch) - Teplota oceánov na severnej pologuli dosiahla v roku 2014 rekordne vysokú hodnotu za celé obdobie meraní (od 1880), to ovplyvnilo aj globálnu teplotu, ktorá je tiež rekordne vysoká. Ako je vidieť, príčinou nie je ešte jav ElNiňo, iba sa rozbieha od X.2014. Skôr to bude kombinácia letného oteplenia oceánov na severnej pologuli (začalo to fungovať intenzívnejšie od roku 2003) a nástupu kladnej fázy PDO (Pacifická dekádna oscilácia). Budeme to sledovať. Z obrázka je tiež vidieť rozdielnu reakciu oceánov južnej a severnej pologule na ONI (Oceánický Niňo Index), zmena nastala tiež v roku 2003, keď zrejme začal prevažovať vplyv letného roztápania morského ľadu v Arktíde nad vplyvom ONI, pričom sa na tomto procese zúčastňovali aj iné zosilňujúce faktory. Aj to budeme sledovať a čoskoro o tm vznikne aj nejaký publikovaný článok

Vložil: M. Lapin: 22.XI.2014