NOAA Arctic Report Card 2020 cz.2

Temperatury powietrza

Najważniejsze dane:

• Październik 2019 - wrzesień 2020 był w Arktyce (60-90°N) drugim najcieplejszym okresem w historii pomiarów prowadzonych od 1900 roku
  
• Niezwykle wysokie temperatury przy powierzchni Ziemi były notowane na Syberii w pierwszej połowie 2020 roku. Od 3 do 5^oC powyżej średniej.
  
• Długotrwałe i silne meandrowanie prądu strumieniowego było odpowiedzialne za duże skrajności temperaturowe. Z jednej strony miały miejsce wysokie, rekordowe temperatury na północy Eurazji, a z drugiej niskie na Alasce i Grenlandii. 
  

Panujące w Arktyce temperatury są wskaźnikiem zmian klimatu na Ziemi. Warto tu zwrócić uwagę (na co nie zwracają uwagi negacjoniści klimatyczni), że temperatury w Arktyce w skali miesiąca, czy nawet kilku miesięcy podlegają wahaniom. Do tego dochodzą zmiany w regionalne, gdzie dany obszar doświadcza silnych wzrostów temperatur, podczas gdy całościowo Arktyka nie jest ekstremalnie ciepła, w innym regionie temperatury są bardzo niskie. Obecne temperatury są wyższe od tych jakie miały miejsce w latach 30. i 40. XX wieku. Prawdopodobnie są też najwyższe od co najmniej kilku tysięcy lat. W skali wieloletniego trendu widzimy wzrost, nie każdy kolejny rok musi być cieplejszy od poprzedniego. Wzrost temperatur w Arktyce wpływa na wszystkie składowe tamtejszego regionu.

 

Średnia, roczna temperatura w Arktyce
Te wywołane przez globalne ocieplenie zmiany w temperaturach Arktyki stały się szczególnie widoczne w ciągu ostatnich 15 lat. Szczególnie widoczne jest to w półroczu zimowym, kiedy wielkie obszary wody zamarzają, i oddają w ten sposób zgromadzone latem ciepło do atmosfery. Wiosna i lato 2020 pokazały, że nie zawsze tak musi być. 

Średnia temperatura przypowierzchniowa w Arktyce (na północ 60°N) w zestawieniu z wartościami globalnymi w okresie 1900-2019 w stosunku do średniej 1981-2010. Dane CRUTEM4

Jak pokazuje wykres, temperatury rosną w Arktyce średnio dwa razy szybciej niż na całej planecie. Jest to tzw. arktyczne wzmocnienie, lub inaczej amplifikacja arktyczna. Topnienie odbijającego promieniowanie słoneczne lodu, powoduje odsłanianie ciemnej powierzchni oceanu, który pochłania owo promieniowanie. Ponieważ poza Arktyką nie ma innych wielkich lodowych powierzchni, które się kurczą pod względem areału (przynajmniej na razie zjawisko to jest bardzo słabo widoczne na Antarktydzie, czy Grenlandii), to właśnie w Arktyce zmiany związane ze zmianą albedo są najbardziej widoczne. Wykres pokazuje to wyraźnie - w XXI wieku Arktyka szybko się ocieplała, a ostatnie lata należą do najcieplejszych. 

Średnie roczne odchylenie (1981-2020) temperatur przypowierzchniowych w okresie październik 2019 - wrzesień 2020 było drugim ex aequo z 2018/19 najwyższym w historii pomiarów, tj. od 1900 roku. To kolejny okres, który kontynuuje trend wysokich temperatur - 7 lat z rzędu, które były o 1^oC wyższe od średniej wieloletniej i 9 z 10 ostatnich lat, które także były o 1^oC wyższe od średniej. 

Sezonowe temperatury w Arktyce
Przedstawione tutaj sezonowe wartości temperatur, a dokładnie ich anomalii podzielone zostały na pory roku: jesień 2019 (październik-grudzień), zimę 2020 (styczeń-marzec), wiosnę (kwiecień-czerwiec i lato (lipiec-wrzesień) w 2020 roku. 

Sezonowe anomalie temperatury w Arktyce: a) jesień, b) zima, c) wiosna, d) lato. Wartości te podane są dla wysokości 925 milibarów, aby podkreślić cechy wzorów pogodowych, a nie lokalnych zmian. NOAA/ESRL

We wszystkich wyżej przedstawionych okresach dominowały dodatnie odchylenia temperaturowe.

Jesień 2019. Nad większością Oceanu Arktycznego temperatury jesienią były wyższe od średniej wieloletniej. Największe odchylenia wynoszące 4^oC stwierdzono nad Morzem Czukockim i północną Grenlandią. Podobna sytuacja miała miejsce nad Morzem Łaptiewów i Karskim. Przyczyną takich odchyleń była nie tylko sama cyrkulacja mas powietrza a brak lodu i związane z tym wysokie temperatury wód. Zważywszy na to, że pod koniec roku widoczne stały się skutki rozrastającego się wiru polarnego, odchylenia nie były tak ekstremalnie wysokie, jak w poprzednich latach, zwłaszcza sezonie 2016/17.

 

Wzorce cyrkulacji atmosferycznej opisane za pomocą tzw. wysokości geopotencjału na poziomie 500 hPa (niebieskie krzywe), oraz wiatrów (czerwone wektory) dla a) jesieni 2019, b) zimy 2020, c) wiosny 2020 i d) lata 2020. NOAA/ESRL

Zima2020. Temperatury zimą 2020 roku w Arktyce nie były tak wysokie jak w latach poprzednich, czego przyczyną była stała obecność stratosferycznego wiru polarnego. Nie znaczy to, że nie występowały dodatnie odchylenia. Od Europy Wschodniej po środkową część Syberii temperatury były wyższe niż zwykle Na Syberii odchylenia wynosiły 3-5^oC. Obszary zimnych mas powietrza dominowały od Alaski po Grenlandię, obejmując też Svalbard. Na Svalbardzie zimą temperatury były od 1,4 do 2,6^oC poniżej normy. Szczególnie zimno było w marcu, kiedy to odchylenia sięgały nawet 4,5^oC poniżej średniej. Na na północy Alaski (North Slope) zima 2020 była najzimniejsza od 2012, a więc 1,4^oC poniżej średniej. Najzimniejszy był luty, kiedy to odchylenie wyniosło 5,1^oC poniżej średniej - największa wartość od 1990 roku.

Korelacja przestrzenna pomiędzy wartościami oscylacji arktycznej (AO) zimą, a temperaturami na poziomie 925 hPa w okresie 1950-2020. Wykres po prawej przedstawia zapis zmian wartości AO w latach 1950-2020 dla zimy (czerwona krzywa), wiosny (zielona krzywa) oraz średniej zimowo-wiosennej obejmującej styczeń - czerwiec (czarna krzywa). NCEP/NCAR

Wir polarny zimą zaowocował powstaniem silnej zachodniej cyrkulacji strefowej. W wyniku tego głębokie niże baryczne zaciągały ciepło nad Europę przenosząc je dalej nad Syberię. Wir więził zimno w Arktyce, ale region nie był wolny od dodatnich odchyleń temperaturowych. Zgodnie z dodatnią fazą AO, ciepło docierało do północnej części Syberii, obejmując też częściowo obszar Oceanu Arktycznego wzdłuż wybrzeży Rosji. Z racji tego zimne powietrze występowało w sektorze amerykańskim. Stąd właśnie bardzo zimne warunki na Alasce, a także na Svalbardzie, gdzie nad znaczną częścią atlantyckiego sektora Oceanu Arktycznego temperatury były wyraźnie niższe od średniej wieloletniej.  

Wiosna 2020. Wiosną warunki zaczęły się zmieniać. W okresie kwiecień - czerwiec nad większością Oceanu Arktycznego występowały dodatnie odchylenia. W dalszym ciągu ponadprzeciętne temperatury panowały na Syberii wspomagane przedwczesnymi roztopami śniegu, głównie w północno-środkowej części regionu. Temperatura była tam o 5^oC wyższa od średniej 1981-2010. Szczególnie widoczne to było w czerwcu. 28 czerwca w Wierchojańsku na północy Syberii zanotowano rekordową temperaturę 38^oC. Szybkie topnienie śniegu i wzrost temperatur przyczyniły się do przedwczesnego topnienia lodu.  

Lato 2020. Zwykle latem dodatnie odchylenia temperaturowe nad Oceanem Arktycznym zanikają, bo energia cieplna jest zużywana na topnienie lodu. Ostatnie sezony są jednak inne, zwłaszcza lato 2020. Duże dodatnie odchylenia występowały nad centralną częścią Oceanu Arktycznego, nawet 5^oC powyżej średniej. Anomalie zostały nasilone przez szybkie topnienie lodu na Morzu Karskim, Łaptiewów i Wschodniosyberyjskim i obecnością silnego wyżu barycznego - brak chmur przesłaniających promienie słoneczne. Występowały wtedy podręcznikowe warunki dla dodatniego sprzężenia zwrotnego związanego z topnieniem lodu i albedo powierzchniowym.

 

W lipcu na Svalbardzie (lód na Morzu Barentsa także szybko się topił) odnotowano rekordowo wysoką temperaturą miesięczną, to 9,8^oC, a więc 0.8^oC więcej niż w poprzednim rekordowym lipcu z 2016 roku. Miesięczne odchylenie od średniej wieloletniej zanotowane przez stację na lotnisku w Longyearbyen wyniosło 3,4^oC. Z kolei w leżącym dalej a północy Ny-Ålesund średnia dla lipca wyniosła 8^oC, a więc 0,7^oC więcej niż w rekordowym dla tego miejsca 2019 roku i 2,7^oC więcej od średniej wieloletniej.   

Pożary na Dalekiej Północy

Najważniejsze dane:

• Aktywność pożarów na wysokich szerokościach geograficznych jest bardzo zmienna, co wiąże się z warunkami atmosferycznymi, które mimo postępującego ocieplenia klimatu nie zawsze muszą sprzyjać wybuchom pożarów tajgi czy tundry.
• Roślinność i w ogóle specyfika materii organicznej na Dalekiej Północy w połączeniu z długimi i ciepłymi okresami bezdeszczowymi staje się podatnym źródłem paliwa dla pożarów, w tym pożarów typu "holdover fires", zwane jako "pożary zombie". Pożary te coraz bardziej wpływają na globalny cykl węglowy.
• W wyniku ocieplania się klimatu, pojawią się warunki dla intensyfikacji pożarów na Dalekiej Północy.

Pomimo ogólnie niskich temperatur, krótkiego okresu wegetacyjnego, pożary na Dalekiej Północy stanowią problem środowiskowy regionu. Pożary te dotykają lasy borealne zwane jako tajga, składające się z drzew iglastych. W ostatnich latach problem ten dotyczy także tundry rozciągającej się wokół Oceanu Arktycznego.  

Zmienność regionalna

Poniższy rysunek przedstawia miejsca, w których wybuchły pożary tajgi. Jasnym odcieniem wokół Oceanu Arktycznego oznaczono obszary tundrowe i lodowce ( Grenlandia, etc). Dane z 2020 roku obejmują analizę do czerwca, stąd mniejsza niż w ostatnich latach powierzchnia spalonego terenu.

Zasięg występowania (a) i powierzchnia spalonego terenu w latach 2001-2020.  Dane ze spektroradiometru MODIS 

Wyniki obserwacji pokazują, że pożary na Dalekiej Północy zmieniają się regionalnie i czasowo na przestrzeni lat. Zauważono, że sezony intensywnych pożarów w ciągu ostatnich 40 stały się częstsze na Alasce, a w kanadyjskich Terytoriach Północno-Zachodnich skala pożarów nieco się zmniejszyła. 

Zmiany powierzchni (w hektarach) terenów, które zostały dotknięte pożarami w latach 1980-2020 na a) Alasce, b) Terytoriach Północno-Zachodnich i c) Jakucji (dane Jakucji kończą się na czerwcu). Odcienie na planszy wykresu oznaczają odchylenia (powyżej/poniżej normy).

Ogólnie pożary w tej części świata występują rzadko, są to sporadyczne epizody w skali roku, poprzedzone długimi okresami bezdeszczowymi. Oczywiście w ostatnich latach to się zmienia. Te regiony są w dużym stopniu niezamieszkałe, a główną przyczyną inicjującą pożar są burze z piorunami. Taka sytuacja sprawia, że są one trudne do opanowania, gdyż występują z dala od miast i siedzib ludzkich, gdzie znajdują się służby przeciwpożarowe. 

Wpływ klimatu i samego ekosystemu na pożary
Klimat jest decydującym czynnikiem wpływającym na pożary, ich obecność lub brak. Według badań, prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru jest znacznie wyższe tam, gdzie średnia temperatura w lipcu przekracza 13,4^oC. Pomimo dużej zmienności regionalnej, skala pożarów w borealnych rejonach Ameryki Północnej rośnie od lat. Zmiany klimatyczne doprowadziły do zmiany wzorców pogodowych. Na Alasce np. ilość burz z piorunami w latach 1986-2015 wyraźnie się zwiększyła, podobnie jak same temperatury. Ryzyko pożarowe wzrosło od 34 do nawet 60%. 

Mapa po lewej: Zmiany temperatury atmosfery na Dalekiej Północy w latach 1979-2019 dla czerwca. Mapa po prawej: Zmiany Buildup Index (BUI) w latach 1979-2019 dla czerwca. BUI jest względną miarą skumulowanego wpływu dobowych czynników suszenia i opadów atmosferycznych na występowanie pożaru. Im wyższy tym łatwiej o wybuch pożaru, a także większe jego rozmiary. Poniżej przedstawione są wykresy zmian temperatur i wartości BUI dla Eurazji i Ameryki Północnej w czerwcu w latach 1979-2019. Dane: European Center Reanalysis version 5 (ERA5)

Sama specyfika roślinności regionu także ma wpływ na pożary. Tamtejsza roślinność nie jest na nie odporna, bo klimat zawsze był chłodny i wilgotny. Problem stanowi podłoże składające się łatwopalnej i rozłożonej materii organicznej, gdzie częstym elementem jest bogaty w węgiel torf. Szacuje się, że arktyczna biomasa zawiera 30-40% globalnej ilości węgla organicznego. Tak wiec spalanie materii organicznej na Dalekiej Północy ma duży wpływ na globalny obieg węgla, i może wzmacniać postępujące ocieplenie klimatu. Według Europejskiej Służby Monitorowania Atmosfery Copernicus (CAMS) pożary za kołem polarnym wyemitowały w 2020 roku 244 mln ton CO₂. Rok wcześniej było to 181 mln ton CO₂. Na przestrzeni ostatnich dekad zaobserwowano wzrost temperatur, a tym samym wzrost wskaźniku Buildup Index (BUI), którego wartość opiera się na temperaturach, wilgotności względnej i sumach opadów. 

 

W strefie tajgi ten wskaźnik odzwierciedla stopień palności materiału organicznego pod powierzchnią ziemi. W miarę jak BUI rośnie i przekracza określone progi, pożary mogą stać się intensywniejsze i rozprzestrzeniać się dużo szybciej, będąc trudniejszymi do opanowania. Z danych zilustrowanych na wykresie wynika, że BUI wzrósł w ciągu ostatnich czterech dekad, co oznacza, że obecne pożary na Dalekiej Północy, zwłaszcza na Syberii mają większą skalę niż kiedyś. 

 

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Surface Air Temperature, Wildland Fire in High Northern Latitudes