štvrtok, 23. mája 2013

Globálne otepľovanie môže viesť k silnejším tornádam

O tornádach toho vieme zatiaľ menej, ako by sme chceli a potrebovali

Pondelok, 20. máj 2013. Južné predmestie Oklahoma City, Moore, sa teší z krásneho a teplého jarného dňa. Obyvatelia pohrúžení do svojich všedných denných aktivít si len sotva všímajú rastúce tiene mohutných búrkových oblakov západne od mesta. Dúfajúc, že pôjde azda len o jednu z ďalších popoludňajších búrok, väčšina z nich nevenuje snehobielym vežovitým oblakom náležitú pozornosť. Situácia sa však rýchlo dramatizuje. Niekoľko minúť pred treťou hodinou miestneho času (2:56 pm CDT) sa nad úrodné oklahomské polia juhozápadne od mesta znesie k zemi rýchlo rotujúci lievik, víriaci na jej povrchu obrovské množstvá prachu a lietajúcich trosiek. Niet pochýb o tom, že ide o tornádo.


Obr. 1: (vľavo hore) Tornádo v Moore je v tomto roku zatiaľ prvé, ktoré dosiahlo najvyšší stupeň intenzity (EF-5); rozsah škôd tornáda z 20. mája 2013 (vpravo hore, vľavo dole), a z 3. mája 1999 (vpravo dole; Zdroj: CNN a blog Jeffa Mastersa). (dole) Video zachytávajúce tornádo v blízkosti mesta Moore (Zdroj)


Pre obyvateľov mestečka Moore sa však vydalo tým najmenej vhodným smerom. Už o necelých 5 minúť neskôr sa v meste rozozvučia prvé sirény. Ľudia sa bez zbytočnej paniky ponáhľajú do svojich úkrytov (v prípade, že nejaké majú). Nikto nemá čas premýšľať nad možnými dôsledkami a už vôbec nie nad tým, že už o necelú polhodinu bude celé mesto svedkom podobného rozsahu devastácie, ako v roku 1999, kedy Moore spustošilo ničivé tornádo najvyššej kategórie, stupňa EF-5. Vtedy tornádo usmrtilo 36 ľudí.

V tomto ročnom období a v tejto časti USA nie sú tornáda ničím výnimočným, no každé tornádo je iné a platí to aj v tomto prípade. Tornádo široké viac ako 2 kilometre (niektoré zdroje hovoria dokonca o 3 km, Obr. 2) a rotujúce rýchlosťou až 340 km.h-1 trhá domy zo základov, berie jeden za druhým, a neušetrí pritom ani miestnu nemocnicu a dve školy. Predbežná bilancia hovorí o 24 obetiach a materiálnych škodách vo výške minimálne 2 miliárd dolárov. Ide teda zatiaľ o tretie „najdrahšie“ tornádo od roku 1950, pričom prvé dve sa vyskytli v roku 2011 (Joplin Tuscaloosa, obe EF-5). 


Obr. 2: Trajektória tornáda z 20. mája 2013 s vyznačením sily v F-stupnici a šírky zasiahnutého územia - tornádo prešlo v priebehu 40 minút vzdialenosť takmer 30 kilometrov, a v najširšom úseku malo viac ako 2 kilometre v priemere (Zdroj)


Obr. 3: (hore) Družicový záber systému supercelárnych búrok zachytený južne od Oklahoma City 2:40 pm CDT družicou NASA - AQUA (MODIS) - trajektória tornáda je zobrazená červenou čiarou (Zdroj), záber s lepším rozlíšením je k dispozícii na stránke NASA: Zdroj; (dole) Video (1, 2) zobrazujúce sekvenciu družicových záberov supercelárnych búrok z 20. mája 2013 (Zdroj: GOES-East)




Ničivá sila tornáda z Moore spočívala nielen v jeho sile a obrovskom rozsahu, ale aj v nezvyčajne pomalom postupe naprieč mestom. Tornáda sa v otvorenom priestore zvyčajne pohybujú rýchlosťou až 90 km.h-1, no toto sotva dosahovalo tretinovú rýchlosť (~ 30 km.h-1). O sile tornáda a koniec koncov aj o intenzite samotnej supercely, ktorá tornádo zapríčinila, vypovedá aj fakt, že o približne hodinu neskôr začali trosky z Moore dopadať v oblasti mesta Tulsa, vzdialeného celých 160 km severovýchodne od Oklahoma City. Aj keď systém včasného varovania funguje v Oklahome perfektne a obyvatelia mestečka Moore urobili pre svoju bezpečnosť všetko, čo sa v danej chvíli urobiť dalo, potrebné je poznamenať, že toto južné predmestie Oklahoma City malo opäť raz veľkú smolu. Len pre zaujímavosť možno ešte dodať, že išlo v poradí o 59. tornádo kategórie EF-5 pozorované na území USA od roku 1950, a 147. tornádo v poradí, ktoré od roku 1890 zasiahlo Oklahoma City

Celý búrkový systém tvorený pravdepodobne hneď niekoľkými supercelami bol vo veľmi dobrom rozlíšení zachytený aj družicou NASA, Aqua (MODIS), len niekoľko minút pred vznikom tornáda. Na Obr. 3 je pre ilustráciu zobrazená trajektória tornáda, ktoré zasiahlo Moore (červená čiara). 


Obr. 4: (hore) Supercelárne búrky majú veľmi špecifickú štruktúru, ktorej základom je výrazne rotutjúci (okolo vertikály) výstupný prúd teplého a vlhkého vzduchu do výšky - tento mechanizmus udržuje búrku v jej aktívnej forme aj niekoľko hodín (tým sa supercelárne búrky odlišujú od klasických konvektívnych búrok; Zdroj: Wallace a Hobbs, 2006); (dole) schéma jedného z možných spôsobov vzniku supercel delením multicelárnych búrok silným vzostupným prúdením vzduchu uprostred (Zdroj: Wallace a Hobbs, 2006)


Klimatická zmena a tornáda - zatiaľ toho vieme veľmi málo
V súvislosti s pozoruhodným výskytom veľmi silných tornád, predovšetkým v roku 2011, sa stále častejšie objavujú otázky, či je možné v dlhodobej variabilite ich výskytu vidieť nejakú spojitosť s klimatickou zmenou (v roku 2011 bolo v USA pozorovaných dovedna 1700 tornád, pričom 5 z nich dosiahlo najvyšší stupeň intenzity - naopak rok 2012 sa niesol v znamení jednej z najpokojnejších tornádových sezón za posledných 60 rokov - tento stav bol spôsobený severnejšou polohou jet streamu, ktorý bol v prevažnej časti roka 2012 odklonený až nad Kanadu, ktorá zaznamenala nezvyčajný výskyt letných tornád). 

Žiaľ, tých, ktorí očakávajú jednoznačnú odpoveď zrejme sklameme. V prípade tak tornád ako aj silných konvektívnych búrok supercelárneho typu (Obr. 4) je odpoveď veľmi zložitá, a závisieť bude hlavne od toho, do akej miery sa budú vplyvom klimatickej zmeny meniť dva základné faktory, určujúce vznik a silu tornád. Tým prvým je veľkosť vertikálneho teplotného zvrstvenia (ovplyvňuje ho predovšetkým počiatočná prízemná teplota vzduchu, ako aj množstvo vodnej pary obsiahnuté vo vzduchu), tým druhým je potom veľkosť vertikálneho strihu vetra.

Zdá sa, že vplyvom globálneho otepľovania sa budú oba uvedené faktory vyvíjať diametrálne odlišným smerom – zatiaľ čo narastajúca teplota prízemných vrstiev troposféry povedie k rastu lability ovzdušia, čo môže prispieť k častejším, ale najmä silnejším tornádam, vertikálny strih vetra nebude pravdepodobne tak výrazný, ako v súčasnosti, čo môže naopak vznik tornád blokovať. Podľa výsledkov štúdií Trapp et al. 2007 a 2009 by mohlo dôsť k situácii, kedy vzrast lability ovzdušia do konca tohto storočia (napr. podľa scenára A2, Obr. 7) by mohol prevážiť blokujúci efekt menej výrazného vertikálneho strihu vetra, čo by sa mohlo prejaviť v náraste celkového počtu dní so silnými konvektívnymi búrkami (a tornádami). 

S predpovedaním budúceho vývoja výskytu silných tornád je spojený aj celý rad iných problémov - tie súvisia najmä s málo kvalitnými údajmi o doposiaľ pozorovaných tornádach (Obr. 5 - doposiaľ nebol v časových radoch počtu registrovaných tornád na území USA pozorovaný žiadny významný trend nárastu alebo poklesu výskytu silných tornád) a tiež s obmedzenými možnosťami klimatických modelov simulovať meteorologické fenomény, ktorých veľkosť ani zďaleka nedosahuje minimálnu rozlišovaciu schopnosť globálnych alebo regionálnych modelov. 


Obr. 5: Ročný počet silných tornád (sily EF3-EF-5) pozorovaný v Spojených štátoch amerických v období rokov 1954-2012 (Zdroj)


Obr. 6: Vývoj kumulatívneho ročného počtu pozorovaných tornád sily EF-0 až EF-5 na území Spojených štátov amerických v roku 2013 (čierna), v porovnaní s dlhodobým priemerným vývojom z obdobia 1954-2012 (Zdroj)


Obr. 7: Zmeny v ročnom počte silných búrok na území Spojených štátov amerických medzi obdobiami 1962-1989 a 2072-2099 podľa emisného scenára A2 (Zdroj: Trapp et al. 2007)


Streda, 27. apríla 2011. Deň, ktorý sa čiernymi písmenami zapísal do histórie Spojených štátov. V priebehu necelých 24 hodín zasiahlo územie šiestich federálnych štátov (Alabama, Tennessee, Mississippi, Georgia, Arkansas a Virgínia) jedna z najhorších sérií tornád za posledných 75 rokov. Dovedna viac ako 200 tornád si vyžiadali až 350 obetí. Za zmienku stojí aj fakt, že celkový počet tornád dosiahol v apríli 2011 bezprecedentne najvyššiu hodnotu v celej histórii pozorovania tohto fenoménu (875). To však nebolo všetko. V druhej polovici mája si vyčíňanie veterných smrští vybralo ďalšiu krutú daň. Mestom Joplin v štáte Missouri sa prehnalo jedno z najničivejších tornád americkej histórie. Zanechalo za sebou 158 mŕtvych a neopísateľný obraz skazy, ktorý šokoval dokonca aj samotných Američanov. 




Necelý mesiac po udalostiach v Jopline tornáda nakoniec „doputovali“ aj do strednej Európy. V utorok, 21. júna, v deň letného slnovratu, sa jedno legitímne tornádo prehnalo cez Pardubice (pozri video nižšie) a neskôr aj obcou Hroubovice na Chrudimsku, kde, podľa očitých svedkov, spôsobilo nie až tak zanedbateľné škody. Akoby toho nebolo dosť, asi o týždeň skôr spozorovali obyvatelia podtatranskej obce Šuňava ďalší rodiaci sa oblačný vír, no tento krát to ostalo bez následkov. Aj keď sporadický výskyt tornád nie je v našom regióne ničím výnimočný, nedávne dramatické udalosti v USA opäť rozpútali vlnu vášnivých diskusií o možnej súvislosti medzi globálnym otepľovaním a zjavným a objektívne zmerateľným nárastom extrémnosti počasia v mnohých regiónoch sveta. 





 

Základná terminológia
Tornádo je intenzívne rotujúci vír vyskytujúci sa pod spodnou základňou konvektívnych búrok, ktorý sa v priebehu svojej existencie aspoň jeden krát dotkne zemského povrchu. Ide teda o stĺpec rýchlo rotujúceho vzduchu s priemerom od jednotiek do stoviek metrov. Hlavným rozpoznávacím znakom tornáda je jeho vzhľad v podobe lievikovitého chobota alebo stĺpu, ktorý vzniká v dôsledku kondenzácie vodnej pary v rýchlo rotujúcom vzduchu (tzv. „kondenzačný chobot“). Tornádo najčastejšie rotuje v protismere pohybu hodinových ručičiek a na jeho kontakt so zemským povrchom upozorňujú najmä zvírený prach a trosky rôznych predmetov. Občas dochádza aj k prípadom, kedy na periférii samotného tornáda vznikajú tzv. podružne alebo sekundárne víry, ktoré svojou silou často krát prevyšujú deštruktívny účinok hlavného tornáda.


Video ukazuje zjednodušený princíp vzniku tornáda


Video: Detailné zábery EF-5 tornáda z mesta Tuscaloosa v Alabame z 27.4.2011

  
Video: Detailné zábery EF-5 tornáda z mesta Tuscaloosa v Alabame z 27.4.2011

V prípade, že kondenzačný chobot nedosahuje až k zemskému povrchu, spravidla býva označovaný ako „lievikovitýoblak (angl. funnel cloud). Dôležitejším faktom ale je, že ničivé vetry sa v rámci tornáda vyskytuje spravidla aj za hranicou viditeľného chobota, čo znamená, že tornádo môže spôsobiť značné škody na zemskom povrchu aj v tom prípade, že samotný chobot nedosahuje až na zem. Tornádo nad vodnou hladinou sa označuje pojmom vodná smršť (angl. waterspout). Pre tornáda, ktoré preukázateľne nedosahujú až k zemskému povrchu, sa zaužívalo označenie tromba (tromba je tiež všeobecnejšie pomenovanie pre všetky atmosférické víry s približne vertikálnou osou rotácie – termín teda zahŕňa aj iné netornadické víry – prašné víry, atď.).


Obr. 8: (vľavo hore) Systém masívnych supercelárnych búrok na JV USA dňa 27. apríla 2011 pri pohľade z meteorologickej družice (Zdroj); (vpravo hore) - príklad supercelárnej búrky so zreteľne nápadnou rotáciou búrkového oblaku v spodných a stredných výškových hladinách (Zdroj); (dole) supercela postupujúca nad severným Kansasom dňa 8. mája 2001 (Zdroj: Wallace a Hobbs, 2006)

Rýchlosť horizontálneho prúdenia v tornáde môže nadobúdať rôznych hodnôt, pričom jej horná hranica nie je presne vymedzená, keďže ju nemožno meraniami presne určiť. O mimoriadne vysokých rýchlostiach rotujúceho vzduchu v najsilnejších tornádach svedčí najmä ohromný rozsah škôd a fatálne následky v postihnutých oblastiach. Deštrukčný potenciál tornád býva najčastejšie výslednicou rýchlosti postupu a rotácie atmosférického víru, no nezanedbateľným faktorom je aj celková doba, počas ktorej pôsobí na konkrétny objekt. Pre odhad sily a intenzity tornáda používajú meteorológovia najčastejšie tzv. Fujitovu stupnicu (tiež tu: Zdroj), ktorá silu tornáda kategorizuje na základe charakteru a rozsahu vzniknutých škôd. Najslabším tornádam sa prisudzuje označuje EF-0 (18-32 km.s-1), tým najsilnejším EF-5 (> 120 m.s-1, najvyššie doposiaľ zaznamenaná rýchlosť mobilnými dopplerovskými radarmi bola 142 m.s-1). Samotnú klasifikáciu je však potrebné brať v stredoeurópskych podmienok s určitou rezervou, keďže Fujita zohľadňoval odlišný typ stavebných konštrukcií, ktoré sú typické pre oblasť USA. 


Video: Zábery silného tornáda z oblasti Modeny v severnom Taliansku zo začiatku mája 2013 (4.5.2013) 

Nie je búrka ako búrka
Tornáda vznikajú za veľmi špecifických podmienok, ktoré súvisia s vývojom veľmi silných konvektívnych búrok. Ako sme už uviedli, meteorológovia zvyknú označovať tieto búrky pojmom supercelárne (supercely, Obr. 4 a 8). V stredoeurópskych podmienkach sa vyskytujú len zriedkavo, no ich vlastnosti ich predurčujú k dlhému životu. Supercely sa od bežných búrok odlišujú svojou výraznou rotáciou okolo vertikálnej osi, ktorá je najnápadnejšia v spodných a stredných hladinách búrkového oblaku. Rotácia vzniká najčastejšie v dôsledku výraznej zmeny smeru (vertikálneho strihu) horizontálneho prúdenia vzduchu v stredných hladinách troposféry. Teplý a vlhký vzduch vstupujúci do búrky pri jej základni veľmi rýchlo stúpa do výšky v obrovskej špirále, ktorá sa stáva hlavnou hybnou silou rodiaceho sa tornáda. Tornáda sa môžu vyskytnúť, s výnimkou polárnych regiónov, takmer všade, to znamená aj na Slovensku (Obr. 9). Za to, že ich výskyt v Európe nie je ani zďaleka tak frekventovaný ako na americkom stredozápade, môžeme vďačiť najmä polohe hlavných horských masívov (Alpy, Karpaty, Pyreneje), ktoré sú usporiadané prevažne do východo-západných línií. Tie, laicky povedané, zabraňujú tomu, aby sa v relatívne krátkom čase ocitli bok po boku vzduchové hmoty s krajne odlišnými charakteristikami teploty, vlhkosti a výškového prúdenia. V prípade, že k tomuto stretu predsa len dôjde, môže to vyústiť do vzniku a vývoja veľmi silných búrok, z ktorých niektoré môžu byť dokonca až supercelárne. 


Obr. 9: Regióny s pravdepodobným výskytom tornád (červené oblasti, Zdroj)

Tornáda na Slovensku
Tornáda, resp. im odpovedajúci rozsah škôd už boli na Slovensku viackrát zaznamenané, väčšinou však chýba priamy obrazový alebo iný fotodokumentačný materiál, ktorý by zachytil tornádo priamo pri jeho vyčíňaní. Ich výskyt je teda najčastejšie určený len nepriamo, na základe dostupných informácií z „druhej“ ruky. Podmienky vzniku tornáda môžu byť čiastočne identifikované aj na základe snímok meteorologických radarov (Obr. 10), pomocou ktorých dokáže skúsený meteorológ odhaliť vývoj veľmi špecifickej štruktúry supercelárnej búrky. Medzi posledné dokumentované prípady výskytu tornáda alebo tromby na území Slovenska patria dve zaznamenané tornáda z roku 2004. Prvé sa vyskytlo 1. júna 2004 v okolí obce Veľké Zálužie a podľa dostupných informácií trvalo až päť minút. Druhé bolo pozorované 19. júla 2004 v okolí Brezovej pod Bradlom. V oboch prípadoch išlo o výskyt tromby, ktorá sa preukázateľne dotkla zemského povrchu (podľa definície teda už ide o tornádo), no vzhľadom na jej nízku intenzitu (stupeň F0 až F1), nespôsobila významnejšie škody. K vzniku a tornáda určite nechýbalo veľa ani pri sérii búrok z 15. augusta 2008 v okolí stredného Považia, ktorej vývoj vyvrcholil v oblasti južného Poľska, kde bolo pozorované tornádo, zanechávajúce za sebou značné škody a podľa informácií v médiách dosiahlo intenzitu F2 až F3. O výskyte tornád v Českej republike je možné viac informácií nájsť na stránke Českého hydrometeorologického ústavu.


Obr. 10: Radarový záber horizontálnej štruktúry supercely, ktorá 20. januára 2010 viedla k vzniku EF-3 tornáda v Texase v blízkosti mesta Wascom (Zdroj)

Nejednoznačné predpovede
Stanú sa teda tornáda bežným a pravidelne sa vyskytujúcim javom aj u nás, na Slovensku, prípadne v strednej Európe? Žiaľ, ani v súčasnosti neexistuje na túto otázku dostatočne jednoznačná odpoveď. Jedno je však isté, klimatická zmena už dnes podstatným spôsobom mení fyzikálne podmienky, v ktorých supercelárne búrky vznikajú a vyvíjajú sa. Vyššia teplota a vlhkosť vzduchu v prízemných vrstvách atmosféry a tým aj väčšie množstvo potenciálnej energie konvekcie (CAPE) bude v jarnom a letnom období priamo nahrávať rastúcej intenzite búrok (vrátane prívalových zrážok alebo tornád). To, či sa tieto javy budú v dôsledku otepľovania vyskytovať aj častejšie je však stále otázne. Veľmi pravdepodobne však dôjde k tomu, že vhodné podmienky pre tvorbu tornád sa budú aj na Slovensku v budúcnosti vyskytovať pravidelnejšie. Situácia v USA z roku 2011 môže celkom určite poslúžiť ako príklad toho, že dlhodobo vlhšie a teplejšie podmienky v atmosfére (v tomto prípade spôsobené najmä teplejšími povrchovými vodami Mexického zálivu) môžu v kombinácii s vhodnými poveternostnými situáciami (aj vďaka fenoménu La Niña) viesť až k mimoriadnemu počtu silných tornád.


Obr. 11: Európsky projekt predpovede konvektívnych búrok - ESTOFEX, predpovedá priestorový výskyt nielen silných konvektívnych búrok, ale aj tornád v Európe (Zdroj)


Tornádo je mimoriadne extrémny a ničivý poveternostný fenomén, ktorého výskyt zatiaľ nemožno predpovedať ani v rámci súčasnej predpovede počasia na niekoľko hodín dopredu (nieto ešte v rámci dlhšieho obdobia). V oblastiach s relatívne častejším výskyt však ako prekurzory môžu slúžiť pre tento účel predpovede veľmi silných konvektívnych búrok (Obr. 11), a to predovšetkým supercel a upresňovať ich vo forme nowcastingu s využitím radarových údajov a dobrovoľných pozorovateľov. 

 
Tento blog je venovaný zamestnancom Ústavu fyziky atmosféry pracujúcim na Oddelení meteorológie, a predovšetkým RNDr. Vojtěchovi Bližňákovi, PhD.


Obr. 12: Búrka s bleskom nad mestom Tuscon v americkom štáte Arizona 14. augusta 2012 - niektoré analýzy predpokladajú nárast globálneho výskytu bleskov o 6 % do konca 21. storočia (Zdroj)


Literatúra
Ahrens, C. AD. 2008. Meteorology today. 9. vydanie. St. Paul. West Publishing Company, New York, 2008, 624 p.
Bednář, J. 2003. Meteorologie: úvod do studia dejů v zemské atmosféře. Prvé vydanie, Portál, Praha, 2003, 224 p.
Řezáčová, D., Novák, P., Kašpar, M., Setvák, M. 2007. Fyzika oblaků a srážek. Academia, Praha, 2007. 574 s.
Wallace, J. M., Hobbs, P. V. 2006. Atmospheric Science - An Introductory Survey. Second edition, University of Washington, Adademic Press, 488 s. 
Brooks, H.E. 2013. Severe thunderstorms and climate change. Atmospheric Research, Volume 123, 1 April 2013, Pages 129–138, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2012.04.002. Brooks, H.E., J.W. Lee, J.P. Craven. 2003. "The spatial distribution of severe thunderstorm and tornado environments from global reanalysis data", Atmospheric Research Volumes 67-68, July-September 2003, Pages 73-94.
Del Genio, A.D., M-S Yao, J. Jonas. 2007. Will moist convection be stronger in a warmer climate?, Geophysical Research Letters, 34, L16703, doi: 10.1029/2007GL030525.
Marsh, P.T., H.E. Brooks, D.J. Karoly 2007. Assessment of the severe weather environment in North America simulated by a global climate model, Atmospheric Science Letters, 8, 100-106, doi: 10.1002/asl.159.
Riemann-Campe, K., Fraedrich, K., F. Lunkeit 2009. Global climatology of Convective Available Potential Energy (CAPE) and Convective Inhibition (CIN) in ERA-40 reanalysis, Atmospheric Research Volume 93, Issues 1-3, July 2009, Pages 534-545, 4th European Conference on Severe Storms.
Trapp, R.J., N.S. Diffenbaugh, H.E. Brooks, M.E. Baldwin, E.D. Robinson, J.S. Pal 2007. Severe thunderstorm environment frequency during the 21st century caused by anthropogenically enhanced global radiative forcing, PNAS 104 no. 50, 19719-19723, Dec. 11, 2007.
Trapp, R. J., Diffenbaugh, N. S., & Gluhovsky, A. 2009. "Transient response of severe thunderstorm forcing to elevated greenhouse gas concentrations," Geophysical Research Letters, 36(1).
 

Zdroje

Zaujímavé videá

sobota, 18. mája 2013

Globálne otepľovanie zvyšuje riziko výskytu sucha

Nedostatok vody a narastajúce sucho začína byť vážnym problémom už aj na Slovensku

Zdá sa, že ani na zrážky bohatá zima 2012/13 nedokázala v mnohých regiónoch Slovenska vyrovnať značnú stratu vody z posledných dvoch rokov. Od začiatku roka 2011 do mája 2013 sme zaznamenali len 11 mesiacov s pozitívnou zrážkovou bilanciou, zvyšné mesiace boli deficitné - najviac november 2011 (bilancia územných zrážok dosiahla v SR takmer -62 mm, v priemere teda chýbalo 62 litrov na m2). Extrémne suchý bol aj august 2012 (-60 mm). S výrazne zápornou bilanciou zrážok skončil aj zatiaľ posledný bilancovaný mesiac, apríl 2013 (-27 mm). Aj napriek prebytku zrážok z poslednej zimy a marca 2013 (+154 mm, Zdroj: SHMÚ), zrážky začínajú opäť chýbať, a čo je horšie, situáciu nezlepšujú ani extrémne krátkodobé zrážky, vypadávajúce počas búrok (apríl a máj 2013).


Obr. 1: Zhodnotenie sucha za obdobie posledných 18 (vľavo hore) a 6 (vpravo hore) mesiacov pre Európu, a posledných 12 (vľavo dole) a 3 (vpravo dole) mesiacov na globálnej úrovni podľa údajov UCL: Global Drought Monitor (Zdroj)

Sucho však trápi aj iné časti Európy a sveta (Obr. 1). Medzi tie najviac postihnuté oblasti patrili v posledných dvoch rokoch centrálna časť Spojených štátov amerických, severovýchodná Brazília či južná Čina. V Európe to bola predovšetkým východná časť strednej Európy, juhovýchod Ukrajiny a južná časť Ruska, v priestore severne od Kaukazu. Je súčasná situácia prejavom dlhodobejších trendov, s ktorými treba počítať aj do budúcna, alebo ide o dočasnú fluktuáciu zrážkového režimu na kontinentoch? Výskum ukazuje, že ide veľmi pravdepodobne o prejav dlhodobého trendu, ktorý súvisí so skracovaním a zintenzívňovaním hydrologického cyklu a tým aj vysušovaním vnútrozemia kontinentov v dôsledku vyššej teploty vzduchu. 


Obr. 2: Lineárne trendy (a) úhrnov zrážok, (b) Palmerovho indexu sucha (PDSI; Zdroj: Dai, 2013 - Nature Climate Change) pre obdobie 1950-2010 a (c) odtoku vody z povodí za obdobie 1948-2004 (Zdroj: Dai et al. 2009 - J. Climate) - červené odtiene signalizujú nárast sucha

Nárast globálnej teploty vzduchu od polovice 70. rokov významne prispel k trendom vysušovania mnohých, najmä vnútrozemských regiónov sveta, a to aj napriek tomu, že častejší výskyt sucha je na kontinentoch zjavný už od 50. rokov 20. storočia (Afrika, južná a východná Ázia, južná Európa, východná Austrália, niektoré oblasti Južnej a Strednej Ameriky a v poslednej dekáde predovšetkým Amazónia). Potvrdzujú to aj dlhodobé trendy poklesu zrážok, odtoku a idexu sucha (PDSI), ktoré možno vidieť na Obr. 2. K rozširovaniu sucha však v niektorých regiónoch prispela, okrem rastu globálnej teploty, aj prirodzená premenlivosť klímy, predovšetkým potom dlhodobé zmeny povrchovej teploty oceánov – južná Ázia, USA a východná Austrália). 


Obr. 3: Scenáre budúcich zmien (a) ročných úhrnov zrážok [mm/deň] a (b) obsahu pôdnej vlhkosti v horných 10-cm pôdy - výsledky modelových simulácií použitím modelov CMIP3 a emisného scenára A1B (IPCC 2007) sú uvedené hore, a použitím modelov CMIP5 a emisného scenára RCP4.5 dole (IPCC 2013)

Scenáre pre 21. storočie pritom vôbec nevyznievajú z pohľadu výskytu sucha priaznivo (Obr. 3). Pokračujúce otepľovanie bude mať veľmi pravdepodobne za následok zväčšovanie plochy územia postihovaného pravidelným a dlhotrvajúcim suchom. Odráža sa to predovšetkým v očakávanom poklese pôdnej vlhkosti vo veľkej časti Európy, Austrálie, oboch Amerík ako aj Afriky. Nárast sucha v mnohých kontinentálnych oblastiach predpokladá aj komplexnejší Palmerov Index sucha (PDSI). Aj keď pri interpretácii budúcich scenárov PDSI - Obr. 5 - treba byť opatrný (keďže index sám najlepšie dokáže hodnotiť sucho v súčasných klimatických podmienkach), berúc do úvahy očakávaný vývoj aj ďalších indikátorov sucha (vlhkosť pôdy, Obr. 4), je potrebné počítať s tým, že sucho bude už v nasledujúcich desaťročiach v mnohých regiónoch, vrátane Slovenska, vážnym problémom. Každopádne, vývoj z posledných rokov je toho do istej miery empirickým dôkazom.   


Obr. 4: Časové rady percentuálneho pokrytia pevnín suchými (červená) a vlhkými (zelená) oblasťami v období 1950-2099 podľa modelov CMIP3 (IPCC 2007 - prerušovaná čiara) a CMIP5 (IPCC 2013 - plná čiara) pre emisné scenáre A1B a RCP4.5 (stredné scenáre); suché a vlhké oblasti sú definované ako dolný, resp. horný 20. percentil rozdelenia hodnôt pôdnej vlhkosti (1950-1979)


Obr. 5: Scenáre Palmerovho indexu (PDSI) kalibrovaného pomocou potenciálnej evapotranspirácie pre dva vybrané časové horizonty (2050-2059 a 2090-2099) podľa výstupov modelov CMIP3 a CMIP5 a scenárov A1B a RCP4.5 - významný nárast sucha je možné ku koncu 21. storočia vydieť hlavne v južnej Európe, južnej Afrike, Amazónii a USA


Video: Modelová simulácia ukazuje v priebehu 140 rokov nárast frekvencie výskytu (ako aj územný rozsah) periód bez zrážok (hnedá; sucho) a periód s extrémne vysokými zrážkami (tmavá modrá; Zdroj: NASA's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio)


Globálne otepľovanie a výraznejšie sucho na pevninách
Aj keď je sucho celkom prirodzeným prejavom premenlivosti klímy v prevažnej časti Európy, výnimkou nie je ani Slovensko (Obr. 5), najnovšie analýzy tohto fenoménu potvrdzujú skutočnosť, že globálne otepľovanie, v celej svojej komplexnosti, výskyt sucha na pevninách ešte viac podporí. Prejaviť by sa to malo najmä častejším a dlhšie trvajúcim nedostatkom vody tak v pôdnom profile ako aj v riekach a prírodných či umelých vodných rezervoároch.

Aby sme však aspoň rámcovo pochopili súvislosť medzi globálnym nárastom teploty vzduchu a častejším výskytom sucha na pevninách, je potrebné pripomenúť si jednoduchý fyzikálny vzťah, podľa ktorého teplejší vzduch dokáže prijať prostredníctvom výparu z povrchu pevnín a oceánov väčšie množstvo vody vo forme vodnej pary. Toto množstvo je však pri danej teplote vzduchu zhora limitované tzv. tlakom nasýtenia vodnej pary (jej maximálny možný obsah pri danej teplote vzduchu), ktorého hodnota rastie v závislosti od zvyšujúcej sa teploty vzduchu exponenciálne (tak napr. pri t = 0 °C dosahuje tlak vodnej pary maximálne 6,1 hPa, pri t = 35 °C je to už 56,2 hPa). Zvyšovaním teploty vzduchu sa tak výrazne zlepšujú možnosti atmosféry prijať stále väčšie množstvo vodnej pary, čo sa prejavuje nárastom tzv. výsušného efektu atmosféry.  Ten pri spočiatku nižšej relatívnej vlhkosti vzduchu vedie v teplejších podmienkach k intenzívnemu výparu a tým rýchlej strate vody z povrchových vrstiev pôdy. Ak nie je táto strata nahradená dostatočným prísunom vody z hlbších vrstiev pôdneho profilu výsledkom je pomerne rýchly pokles využiteľnej vlhkosti pôdy nielen pre výpar, ale napríklad aj pre rastliny. Pri dlhšie trvajúcom období bez zrážok, s minimálnou oblačnosťou a intenzívnou insoláciou sa prejavy sucha ako aj podmienky podporujúce jeho existenciu neustále zvýrazňujú prostredníctvom zvyšujúcej sa teplota vzduchu, klesajúcej vlhkosti pôdy a vzduchu, rastúcej rýchlosti vetra, atď.


Obr. 5: Liptovská Mara bola v marci 2012 naplnená len z približne 55 % - dlhotrvajúce sucho z roku 2011 sa prejavilo aj na severe Slovenska a v jeho kotlinách (Zdroj)

Prívalové zrážky sucho nezmierňujú
V teplej časti roka sa pevnina vždy rýchlejšie ohrieva ako oceány a moria v rovnakej zemepisnej šírke, preto vzduch nad pevninami je teplejší a má nižšiu relatívnu vlhkosť vzduchu čo spôsobuje silnejší výsušný efekt atmosféry nad pevninami. Globálne otepľovanie tento stav, vzhľadom na dlhodobo výraznejší nárast teploty vzduchu nad pevninami v porovnaní s oceánmi, ešte viac podporuje. Vnútrozemie kontinentov poznamenané prevažne znižovaním zrážok a poklesom vlhkosti v teplom polroku preto čoraz pravidelnejšie trpí suchom, ktoré je často sprevádzané extrémne vysokými teplotami vzduchu (z nedávnej doby sú známe prípklady z Austrálii a USA). Ak predsa len k výskytu zrážok nad pevninami dôjde, býva to najčastejšie počas búrok (napr. aj u nás v máji 2013). Takéto zrážky však majú väčšinou povahu prívalových dažďov, ktoré spadnú na zemský povrch za pomerne krátku dobu (rádovo len za niekoľko minút). Značné množstvo vody, vzhľadom na obmedzenú infiltračnú schopnosť pôdy, tak odteká z územia bez väčšieho úžitku (súvisí to aj so zníženou retenčnou schopnosťou súčasných lesov). Efektívnosť takýchto zrážok dostatočne zmierňovať nedostatok vody v krajine je preto veľmi nízka a niekedy dokonca ani séria búrkových lejakov nedokáže úplne odstrániť narastajúci vlahový deficit. V miernych šírkach však môže byť výskyt sucha v jarnom a letnom období spôsobený čoraz sporadickejším výskytom snehovej pokrývky v chladnej časti roka.   

  
Obr. 6: Suchom vyprahnutá krajina v austrálskom štáte Viktória vo februári 2009 - juhovýchodná Austrálie zaznamenala v tom roku jedno z najsuchších letných období (Zdroj: Wikipedia) - sucho bolo sprevádzané rozsiahlymi požiarmi, ktoré si vyžiadali minimálne 200 ľudských obetí

Sucho z globálnej perspektívy
Aj napriek faktu, že globálne otepľovanie sa zásadnou mierou podieľa na zvyšovaní obsahu vodnej pary v atmosfére, je absolútne vylúčené na základe toho predpokladať, že by to malo priniesť úľavu napríklad oblastiam, ktoré už v súčasnosti zápasia s kritickým nedostatkom vody. Situácia sa v týchto regiónoch pravdepodobne ešte zhorší (aj vzhľadom na rastúcu populáciu obyvateľstva) a navyše k nim zrejme pribudnú aj ďalšie oblasti, ktoré ešte ani v súčasnosti nemožno nazývať suchými. Veľmi dobrým príkladom územia postihnutého dlhodobým suchom je subsaharská oblasť Sahelu, ktorá trpí výrazným nedostatkom zrážok už od 60. rokov minulého storočia a podľa najnovších počítačových simulácií je hlavnou príčinou tohto stavu zvyšujúca sa teplota povrchových vôd Indického oceánu. Zmena cirkulačných pomerov v širšej africko-indooceánskej oblasti tak v konečnom dôsledku viedla až k ďalekosiahlym zmenám priestorovej distribúcie zrážok na africkom kontinente.

Sucho sa stále intenzívnejšie prejavuje aj v Austrálii (Obr. 6), kde na obyčajne vlhkom východnom pobreží poklesli zrážky v období druhej polovice 20. storočia o približne 15 %. Najčastejšie sa to dáva do súvislosti s výskytom fenoménu El Niño, ale do úvahy prichádza aj výraznejší posun polárnej frontálnej zóny, prinášajúcej zrážky, ďalej na juh. Vlny sucha trápia Austráliu takmer bez prestávky už od roku 2003 a napríklad, pretrvávajúce sucho z roku 2008 a počiatku roku 2009 významne prispelo k rozšíreniu extrémnych požiarov v štáte Viktória zo začiatku februára 2009. Rozsiahle požiare však nie sú jediným dôsledkom sucha. Výraznou mierou sa podieľa aj na poklese hladiny podzemných vôd, čo v mnohých regiónoch sveta spôsobuje problémy so zabezpečením dodávok úžitkovej vody. Bezprostredným dôsledkom sucha sú aj periódy extrémne vysokých teplôt, napríklad v roku 2012.


Obr. 7: V poslednej dekáde sa v oblasti Amozónie vyskytli hneď dve extrémne suché periódy - v roku 2005 a 2010 (hore) - obe udalosti s pravdepodobnostným výskytom raz za storočie (údaje dole z roku 2010 - UCL: Global Drought Monitor)

Napríklad, dlhodobé sucho v juhozápadnej Číne v lete 2006 postavilo pred problém nedostatku pitnej vody až 10 miliónov obyvateľov postihnutého regiónu (posledný výskum poukazuje na zvýšenie frekvencie výskytu dlhotrvajúcich období sucha v severnej a severovýchodnej Číne). V niektorých oblastiach sveta musí obyvateľstvo už dnes vynakladať značné prostriedky na hĺbenie vrtov, často krát dosahujúcich hĺbku až niekoľkých stoviek metrov, ktoré by im zabezpečili prísun dostatočného množstva pitnej vody (napr. v Jemene). Rok od roku trápia rozsiahle požiare a nedostatok vody aj Grécko, ktoré muselo napríklad v auguste 2007 vyhlásiť na celom svojom území výnimočný stav. So stále naliehavejšou situáciou zápasia aj Portugalsko a Španielsko, kde v roku 2006 zhorelo vyše sto tisíc hektárov lesných porastov a krovín. So suchom však začínajú mať stále väčšie problémy aj regióny, ktoré bývajú zvyčajne na atmosférické zrážky mimoriadne bohaté. Príkladom môže byť Indonézia, kde El Niñom vyvolané sucho v rokoch 1996 až 1997 zapríčinilo rozsiahle požiare tropických porastov, a to najmä na ostrove Borneo.

Vrásky na čelách klimatológov a ekológov však čoraz častejšie spôsobuje situácia v Amazónii (Obr. 7 a 8), ktorú postihlo rozsiahle sucho napríklad v rokoch 2005 a 2010. Satelitné merania monitorujúce stav vegetácie síce potvrdili, že pôvodné lesné porasty sa dokázali so suchom celkom dobre vyrovnať, avšak ani v súčasnosti zatiaľ nevedia vedci dostatočne presne odhadnúť, ako budú tropické pralesy v Amazónií reagovať na sucho trvajúce podstatne dlhšie ako to z roku 2005 či 2010. V minulosti sa tu dlhšie obdobia sucha objavovali najmä v dôsledku pôsobenia javu El Niño, no podľa najnovších modelových predpokladov by mali výraznejšie periódy sucha postihovať región takmer každý druhý rok. Narastajúce riziko sucha v Amazónií je zapríčinené nielen odlesňovaním, ale aj zmenou cirkulačných pomerov, resp. distribúcie zrážok podmienenou zvyšujúcou sa teplotou povrchových vrstiev Atlantického oceánu.


Obr. 8: Zmeny priemerného mesačného deficitu vody [v mm] a teplotné odchýlky v septembri [°C] v roku 2005 (a, b) a 2010 (c, d) v oblasti Amzónie (Zdroj: Toomey, 2011)


Sucho na Slovensku
Dlhšie trvajúce periódy sucha sa nevyhýbajú ani strednej Európe. Na mimoriadne extrémne sucho z roku 1947 si zrejme spomenie už len málokto, a to aj napriek tomu, aké katastrofálne následky mohlo mať, nebyť potravinovej pomoci Sovietskeho zväzu. O suchu z roku 2003 taktiež nemožno hovoriť inak ako o výnimočnom. Hlavnou príčinou jeho vzniku bol markantný nedostatok atmosférických zrážok v období od februára do augusta 2003. V niektorých oblastiach Podunajskej nížiny nenapršalo počas týchto siedmych mesiacov ani 50 % dlhodobého priemeru zrážok, čo v kombinácii s nadnormálne teplým počasím spôsobilo na mnohých miestach najhoršie sucho v doterajšej histórii pozorovania. Ročné úhrny zrážok nedosiahli v najjužnejších regiónoch Slovenska ani 300 mm, čo sú už hodnoty, ktoré sú v prírodných podmienkach Slovenska mimoriadne zriedkavé. Nebyť značných zásob vody akumulovaných v snehovej pokrývke počas zimy 2005/2006, sucho v lete 2006 by sa u nás pravdepodobne prejavilo veľmi podobne ako v roku 2003.

Pri predpoklade klesajúceho množstva zrážok (o 10 %) a rastúcej teploty vzduchu (o 2 až 4 °C) vo vegetačnom období musíme v budúcnosti (do roku 2100) počítať, a to najmä v južných oblastiach Slovenska, s častejším a dlhšie trvajúcim výskytom sucha. V poľnohospodárskych oblastiach sa tak zvýšia požiadavky na zavlažovanie (pri náraste teploty vzduchu o 1 °C rastú požiadavky na vlahu až o 15 %) a vo väčšine horských regiónov vzrastie riziko výskytu lesných požiarov. 

Situácia na Slovensku by však v porovnaní s niektorými regiónmi sveta nemala byť až tak mimoriadne dramatická, aj keď vážna bude určite. S ďalekosiahlejšími dopadmi sucha sa budú musieť popasovať také oblasti ako Stredomorie, juhozápad USA, severná a južná Afrika a samozrejme Austrália.
 


Literatúra
Brázdil, R., M. Trnka, P. Dobrovolný, K. Chromá, P. Hlavinka, Z. Žalud. 2009. Variability of droughts in the Czech Republic, 1881–2006. Theoretical and Applied Climatology 97:3-4, 297
Briffa, K. R., G. van der Schrier, P. D. Jones. 2009. Wet and dry summers in Europe since 1750: evidence of increasing drought. International Journal of Climatology 29:13, 1894-1905
Dai, A., 2013: Increasing drought under global warming in observations and models. Nature Climate Change. 3: 52-58. doi:10.1038/nclimate1633
Dai, A., 2012. The influence of the Inter-decadal Pacific Oscillation on US precipitation during 1923–2010. Clim. Dynam. 

Dai, A. 2011. Characteristics and trends in various forms of the Palmer Drought Severity Index (PDSI) during 1900–2008. J. Geophys. Res. 116, D12115
Dai, A. G., Qian, T. T., Trenberth, K. E. & Milliman, J. D. 2009. Changes in continental freshwater discharge from 1948 to 2004. J. Clim. 22, 27732792
Dai, A., Lamb, P. J., Trenberth, K. E., Hulme, M., Jones, P. D. & Xie, P. 2004. The recent Sahel drought is real. Int. J. Climatol. 24, 132313331
Faško, P., Pecho, J., Mikulová, K., Nejedlík, P., 2009. Trends of selected characteristics of precipitation in The Northern Carpathians in the light of water supply for agriculture. In: Eitzinger, J., Kubu, G. (ed.), (2009): Impact of Climate Change and Adaptation in Agriculture. Extended Abstracts of the International Symposium, University of Natural Ressources and Applied Life Sciences (BOKU),Vienna, June 22-23 2009. BOKU-Met Report 17, pp. 106-109, ISSN 1994-4179 (Print), ISSN 1994-4187 (Online) – http://www.boku.ac.at/met/report  
Faško, P., Lapin, M., Pecho, J., 2008. 20-year extraordinary climatic period in Slovakia. Meteorologický časopis, 11, č. 3, s. 99 – 105, obr. 14
IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. (Cambridge Univ. Press, 2007)
Minetti, J. L., W. M. Vargas, A. G. Poblete, L. R. Zerda, L. R. Acuña. 2010. Regional droughts in southern South America. Theoretical and Applied Climatology
Pecho, J., Faško, P., Drinka, R., Kajab, P., Šťastný, P., 2008: Obdobia s nedostatkom atmosférických zrážok na Slovensku. Národný klimatický program. NKP 12/8. Dôsledky klimatickej zmeny a adaptačné opatrenia. Bratislava, MŽP/SHMÚ. S. 31 – 47, obr. 20, tab. 2. ISBN 978-80-88907-63-3 
Pecho, J., Faško, P., Melo, M., 2008: Precipitation deficit periods in the Danubian lowland in Slovakia. In: Brilly, M., Šraj, M. (eds.), 2008: In: XXIVth Conference of the Danubian Countries on the Hydrological Forecasting and Hydrological Bases for Water Management, Bled, Slovenia, 2-4 June 2008, 15 s. ISBN 978-961-91090-2-1 (CD) Conference abstracts, p.65.ISBN 978-961-91090-3-8
Sergio M. Vicente-Serrano, Santiago Beguería, Jorge Lorenzo-Lacruz, Jesús Julio Camarero, Juan I. López-Moreno, Cesar Azorin-Molina, Jesús Revuelto, Enrique Morán-Tejeda, Arturo Sanchez-Lorenzo. 2012. Performance of Drought Indices for Ecological, Agricultural, and Hydrological Applications. Earth Interactions 16:10, 1-27 
Sergio M. Vicente-Serrano, Santiago Beguería, Juan I. López-Moreno. 2010. A Multiscalar Drought Index Sensitive to Global Warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index. Journal of Climate 23:7, 1696-1718
Trnka, M., J. Kyselý, M. Možný, M Dubrovský. 2009. Changes in Central-European soil-moisture availability and circulation patterns in 1881-2005. International Journal of Climatology 29:5, 655-672 
Wang, G., Eltahir, E. A. B., Foley, J. A., Pollard, D. & Levis, S. 2004. Decadal variability of rainfall in the Sahel: results from the coupled GENESIS-IBIS atmosphere-biosphere model. Clim. Dynam. 22, 625637 


Zdroje
http://www.wunderground.com/earth-day/2013/increased_risk_of_drought_under_global_warming
http://climatemap.blogspot.sk/2013/03/extremne-klimaticke-anomalie-ako-priamy.html
http://www.ucl.ac.uk/
http://en.wikipedia.org/wiki/Palmer_Drought_Index
http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/prelim/drought/palmer.html
http://environmentalresearchweb.org/cws/article/news/47389
http://www.sciencemag.org/content/331/6017/554.short
http://www.wwfblogs.org/climate/content/drought-amazon-october2010
http://scientistatwork.blogs.nytimes.com/2010/11/12/drought-in-the-amazon-up-close-and-personal/
http://www.nature.com/nclimate/journal/v3/n1/full/nclimate1633.html
http://spravy.pravda.sk/regiony/clanok/211538-liptovskej-mare-chyba-polovica-vody/
http://spravy.pravda.sk/domace/clanok/247712-vaecsie-sucho-bolo-len-pred-65-rokmi/
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.49710142802/abstract
http://www.bom.gov.au/climate/drought/drought.shtml
http://en.wikipedia.org/wiki/Drought_in_Australia
http://www.carbonbrief.org/blog/2013/01/heatwaves,-droughts-and-wildfires-in-australia-what%E2%80%99s-the-link-to-climate-change
http://www.skepticalscience.com/Amazon-Drought-Heat-Stress-Linked-To-Mass-Tree-Die-Off-In-2005-and-2010.html
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011GL049041/abstract
http://www.milanlapin.estranky.sk/clanky/informacie-poskytnute-tasr-a-inym-masmediam.html
http://www.nasa.gov/topics/earth/features/wetter-wet.html 
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/joc.3701/abstract

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

Je príčinou klimatickej zmeny a globálneho otepľovania vysušovanie krajiny? V súvislosti s príčinami globálneho otepľovania a klimatick...