Concerned Climatologist: Klimatická enigma zvaná El Niño

streda 18. marca 2015

Klimatická enigma zvaná El Niño

El Niño a globálne otepľovanie. Existuje prepojenie?

Z meteorologického hľadiska ide o najvýznamnejší atmosféricko-oceánsky fenomén, ktorý dokáže v čase svojho výskytu a vrcholenia meniť charakter počasia nad rozsiahlymi oblasťami sveta, pričom jeho vplyv sa ani zďaleka neobmedzuje len na regióny v okolí Tichého oceánu, v ktorom El Niño (Obr. 1) má svoj pôvod. Dnes už vieme, že vďaka tzv. diaľkovým atmosférickým prepojeniam a väzbám (tzv. „teleconnections“) dokáže El Niño ovplyvňovať počasie aj v tak vzdialených oblastiach, akými sú Európa či Arktída. Okrem toho, že s existenciou tohto fenoménu sa spája výskyt extrémnych poveternostných či klimatických anomálií na oboch stranách Pacifiku, od sucha v Austrálii a Indonézii až po intenzívne dažde v Peru, Bolívii či severnom Čile, El Niño má na svedomí aj dlhodobejšie následky. Roky s výskytom El Niña vždy totiž patrili k tým teplejším, prípadne rekordne teplým.

Ako je možné, že tento fenomén dokáže tak zásadne ovplyvňovať globálnu teplotu vzduchu? Klimatológov však zaujímajú aj ďalšie otázky, súvisiace najmä so zmenami výskytu a intenzity El Niña a jeho vzťahom s globálnou klimatickou zmenou. Súčasný výskum v tejto oblasti naznačuje, že aj napriek veľkým neistotám spojenými s predpoveďami budúceho vývoja, El Niño môže v podmienkach teplejšej klímy dosiahnuť nielen vyšších intenzít (vrátane extrémnejších prejavov a dôsledkov sprievodných javov), ale dokonca nadobudnúť status trvalého fenoménu.

Obr. 1: Meteorologické a klimatické prejavy a dôsledky najvýraznejšej oceánsko-atmosférickej oscilácie na Zemi, ENSO - mapka ukazuje rozloženie odchýlky teploty povrchu oceánov v dvoch extrémnych fázach ENSO (hore: stav El Niño; dole: stav La Niña; Zdroj)

Od pobrežia Peru a Ekvádoru je to naprieč šírym Pacifikom k indonézskemu súostroviu viac ako 17 tisíc kilometrov. Na vzdialenosti odpovedajúcej takmer polovici zemského obvodu nájdete iba oceán a atmosféru, ktoré tu medzi sebou od nepamäti vedú vzájomný "klimatický" dialóg. Ponad túto rozsiahlu oceánsku oblasť vanú od východu smerom na západ vytrvalé vetry (pasáty), ktoré ženú obrovské masy teplej vody k pobrežiu Ázie a Austrálie. Ide o jeden z najstabilnejších systémov vzdušného a morského prúdenia na Zemi, od ktorého závisí ekonomická prosperita na oboch protiľahlých brehoch Tichého oceánu. Peruánci majú svoje sardinky, lovené z chladných vôd neďaleko juhoamerického pobrežia, Indonézania zasa ryžové polia, bohato zavlažované pravidelnými dažďami, ktoré majú svoj pôvod nad teplými vodami západného Pacifiku.

Problémy sa však objavia v okamihu, keď stabilné východné vetry zoslabnú alebo sa dokonca otočia (Obr. 1 a 2). Vtedy namiesto toho, aby privádzali teplú morskú vodu k pobrežiu Ázie, ženú ju späť na východ. Týmto však príbeh nekončí. Spolu s obrovskými masami vody s teplotou až 30 stupňov Celzia sa presúvajú na východ aj husté kopovité oblaky, ktoré prinášajú výdatné dažde. Tie potom v púštnych oblastiach peruánskeho pobrežia spôsobujú rozsiahle a ničivé povodne s obrovskými socio-ekonomickými škodami. Teplá voda s nižším obsahom kyslíka a živín navyše vytláča z pobrežných vôd jeden z mála zdrojov miestnej obživy – sardinky.

Obr. 2: Zjednodušená schéma Walkerovej cirkulácie v blízkosti rovníka v podmienkach bez výskytu (hore) a s výskytom El Niña (v strede) a La Niñe (dole; Zdroj)

Video 1: Vysvetlenie toho, čo je El Niño/La Niña a ako oba fenomény vznikajú v priestore Tichého oceánu; ďalšie, podrobnejšie vysvetlenie je možné nájsť napríklad na stránkach NASA (Credit: MetOffice)

Problémov nie je ušetrená ani opačná strana oceánu. V Indonézii a Austrálii chýbajúce dažde spôsobujú sucho, neúrodu a rozsiahle požiare. A aby toho nebolo málo, dôsledky sa s odstupom času prejavujú aj vo vzdialenejších oblastiach Zeme, v Európe či dokonca Arktíde (Obr. 3). Tento neobvyklý atmosféricko-oceánsky fenomén sa objavuje dva až trikrát za desaťročie a zvykne vrcholiť v období okolo Vianoc. Aj preto dostal meno El Niño (malý chlapček alebo jezuliatko).

Objavil sa nakoniec aj tento rok, síce neskôr ako sa predpokladalo, no podľa všetkého môže trvať dlhšie než je pre tento fenomén zvyčajné (Obr. 4). Aj keď minuloročná predpoveď hovorila o veľmi silnom El Niñu, dnes sa zdá, že jeho vplyv na globálne počasie nakoniec nebude tak výrazný. V prípade El Niña sa však s takýmto zjednodušeným tvrdením nemožno celkom uspokojiť, keďže ani zďaleka nejde o fenomén trvajúci jeden či dva mesiace a počasie nakoniec nie je to jediné, čo El Niño dokáže ovplyvniť.

V hre je totiž zásadnejšia skutočnosť, než len to, či niekde v Spojených štátoch alebo Peru bude viac alebo menej pršať. Rekordne teplé oceány, ktoré aj bez priamej pomoci El Niña dopomohli posunúť globálnu teplotu v minulom roku na nové historické maximum, budú mať v roku 2015 pravdepodobne rovnaký, prípadne ešte výraznejší účinok. Inak povedané, je dosť pravdepodobné, že tento rok bude minimálne rovnako teplý ako ten predošlý. A to bude mať svoje dôsledky.

Obr. 3: Časový a priestorový výskyt dôsledkov El Niña na teplotné (hore) a zrážkové (dole) pomery v jednotlivých regiónoch sveta (Zdroj)

Obr. 4: Výhľad predpokladaného vývoja odchýlok teploty oceánu v oblasti centrálneho Pacifiku (oblasti NINO3.4) podľa NOAA modelu CFSv2 (Zdroj)

Prečo prišlo El Niño tento rok neskôr?

Zvláštnosťou tohtoročného El Niña je aj fakt, že prišlo s pomerne výrazným oneskorením a zatiaľ sa prejavuje len v priestore centrálneho Pacifiku. To znamená, že skôr pripomína typ El Niña, ktoré sa v meteorologickom žargóne označuje ako „Modoki“ (tzv. Centrálnopacifické El Niño; Obr. 5). Ak by sa na tomto stave do leta nič nezmenilo a El Niño by neprerástlo do svojho „východopacifického“ módu, nemožno očakávať žiadne zásadnejšie zmeny v charaktere počasia na severnej pologuli. Zvlášť západ a juhozápad Spojeným štátov, ktoré si od príchodu El Niña sľubovali príchod toľko očakávaného dažďa, vyjdú zrejme naprázdno. Ďalším špecifikom El Niña 2015 je aj neobvykle dlhá doba jeho formovania. Tento pomerne pozvoľný vývoj, ktorý miatol všetkých odborníkov na problematiku ENSO už od apríla 2014, bol nakoniec aj najväčšou záhadou minulého roka. El Niño si tak doslova vyslúžilo označenie „klimatická enigma“. Dnes už tak trochu tušíme, čo tento nezvyčajný vývoj spôsobilo. Bola to veľmi pomalá odozva atmosféry na abnormálne vysoké teploty Pacifiku v jeho centrálnej a v menšej miere aj východnej časti. Tie pretrvávajú v tejto oblasti už od septembra 2014, no atmosféra prostredníctvom slabnúcej pasátovej cirkulácie zareagovala až začiatkom tohto roku (ide o takmer 5-mesačné oneskorenie, čo je neobvyklé). Dôvodom oneskorenej reakcie atmosféry bol pravdepodobne fakt, že Pacifik bol v priebehu minulého roka veľmi teplý takmer všade, čo znamená, že ani významné oteplenie v jeho centrálnej a východnej časti, čo budilo dojem, že sa blíži ďalšie El Niño, nakoniec neviedlo k zásadnejšej prestavbe tlakového poľa a teda ani zoslabnutiu východných pasátov. Ak by k tomu došlo, príchod El Niña by bol razantnejší a mohol by viac „konkurovať“ extrémnemu El Niñu z rokov 1997/98.

Ak by súčasné El Niño pretrvalo dlhšie ako rok, čo je podľa súčasných predpokladov možné, mohlo by odštartovať novú etapu ešte rýchlejšieho otepľovania planéty (a to aj v súvislosti s príchodom pozitívnej fázy Pacifickej dekádnej oscilácie "PDO"). Aj keď El Niño globálne otepľovanie priamo nespôsobuje, z fyzikálneho princípu jeho fungovania dokáže ovplyvniť jednu podstatnú vec. A tou je spôsob a rýchlosť, akými oceány uvoľňujú teplo do atmosféry, ktoré sa v nich hromadilo v priebehu predchádzajúcich rokov. Nie je preto žiadnym prekvapením, že roky s výskytom El Niña sú globálne veľmi teplé.

Obr. 5: (hore) Priestorové rozloženie odchýlok teploty povrchu oceánov začiatkom marca 2015 poukazovalo na významný nárast teploty v oblasti centrálneho Pacifiku - červený rámček (Zdroj); (dole) schéma rozdielu medzi "klasickým" a "Modoki" typom El Niña a La Niñe (Zdroj)

Zatiaľ čo vplyv a dôsledky El Niña na počasie a klímu vo svete sú dnes už pomerne dobre preskúmané, to isté neplatí o vplyve meniacej sa globálnej klímy na tento fenomén. Ako často a s akou silou sa El Niño (prípadne aj La Niña) bude objavovať v budúcnosti v podmienkach pokračujúceho otepľovania? Súčasný výskum prináša zatiaľ nejednoznačné výsledky. Jedna skupina odborníkov zastáva názor, že El Niño môže byť v podmienkach teplejšej klímy nielen extrémnejšie, a to hlavne z pohľadu svojich dôsledkov, ale dokonca môže nadobudnúť status trvalého fenoménu. Nie všetci odborníci však s týmito závermi úplne súhlasia.

Odpovedať na otázku, či globálne otepľovanie v budúcnosti zásadne ovplyvní výskyt El Niña, ako aj jeho silu a závažnosť prejavov v konkrétnych regiónoch, je pomerne zložité. Hoci analýzy historických údajov naznačujú, že frekvencia a sila El Niña v priebehu 20. storočia vzrástla približne o 20 %, no súčasne sa zatiaľ nepotvrdila užšia spojitosť medzi výskytom extrémne silného El Niña a obdobiami vyššej globálnej teploty vzduchu. To ale nevylučuje pravdepodobnosť toho, že by v dôsledku rastúcej teploty oceánov a atmosféry nemohlo dôjsť k prekročeniu kritickej prahovej hodnoty, ktorá by znamenala zásadnú zmenu fungovania a režimu El Niña.

Na túto možnosť upozorňuje viacero štúdií, ktoré opierajú svoje výsledky o modelovanie El Niña ako fyzikálneho mechanizmu, ktorým sa tropické oceány veľmi efektívne zbavujú prebytočného tepla a šíria ho do atmosféry. V prípade, že modelové simulácie reálne odrážajú zmeny teploty atmosféry a oceánov, a to aj v podmienkach rastúcej koncentrácie skleníkových plynov, výsledky naznačujú, že prípady extrémne silného El Niña budú v podmienkach teplejšej klímy približne dvojnásobne častejšie ako dnes.

Obr. 6: V oblastiach ako Austrália či Indonézia môže častejšie a intenzívnejšie El Niño znamenať aj častejšie a dlhšie trvajúce obdobia extrémneho sucha (Zdroj)

Mechanizmus prepojenia El Niña a globálneho otepľovania by pravdepodobne spočíval v tom, že rýchlejšie otepľovanie atmosféry a povrchových vôd vo východnom Pacifiku prinesie zvýšený výskyt atmosférickej konvekcie (vzostupného prúdenia vlhkého vzduchu) a teda aj zosilnenie El Niña a zároveň jeho trvalejší charakter.

Dôsledky by boli pritom obrovské. Stačí si uvedomiť, že v rokoch 1997-98 spôsobilo mimoriadne silné El Niño celkové ekonomické škody v hodnote 35 až 45 miliárd dolárov, a čo je ešte dôležitejšie, odhadom až 23 tisíc obetí na ľudských životoch. Treba však poznamenať, že ani závery týchto štúdií nie sú konečné. Niektoré ďalšie štúdie totiž naznačujú, že tak ako sa bude v budúcnosti vyskytovať častejšie a extrémnejšie El Niño, s rovnakou, ak nie vyššou pravdepodobnosťou bude dochádzať aj k opačnému a rovnako závažnému extrému, La Niñe.

Súvisiaci článok: Fyzikálne príčiny „spomalenia“ atmosférického otepľovania.

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika),

Mgr. Alexander Ač, PhD. (Centrum výskumu globálnej zmeny AV ČR, v.v.i., Bělidla 986/4a, 603 00 Brno, Česká republika).

Čo by vás ešte mohlo zaujímať:

El Niño a koralové útesy

Pri hodnotení dôsledkov El Niña nie je možné nespomenúť jeho vplyv na koralové útesy a predovšetkým ich tvorcov – koraly. Koralové útesy možno bez preháňania označiť za tropické lesy oceánov. Žije tu viac ako polovica všetkých morských druhov, takže vlastne ide o akési „oázy života“ v púštnom oceáne. Bez koralových útesov by bola celková produktivita a biologická kapacita oceánov neporovnateľne nižšia. S pribúdajúcimi vedeckým poznatkami sa ukazuje, že koraly sú vo všeobecnosti citlivejšie na zmeny teploty v oceánoch, ako sa zdá na prvý pohľad. Len roku 1998, kedy planéta zažila najsilnejšie novodobé El Niño, stratil svet približne 16 % plochy koralov. Niektoré oblasti, ako napríklad Maledivy stratili až 90 % koralov. Ide o jav známy ako „bielenie“ koralov (angl. „coral bleaching“), a dochádza k nemu, keď je povrchová teplota oceánu príliš vysoká. Keď voda v dostatočne krátkom čase znovu klesne, živočích sa do svojej schránky môže znovu vrátiť a koral získa svoju pôvodnú schránku. Problém nastáva vtedy, keď je teplota vody vysoká príliš dlhú dobu.

Rýchle zmeny, ktoré v nadchádzajúcich desaťročiach v oceánoch očakávame, El Niño v kombinácii s okysľovaním oceánov (teda ich klesajúcim pH, ako dôsledok rastu obsahu CO2 v atmosfére) a ďalšími negatívnymi javmi ako znečisťovanie, môže spôsobiť vyhynutie väčšiny druhov koralov. Už dnes čelia koraly celosvetovému vymieraniu a podľa odhadu odborníkov sme už nenávratne stratili takmer pätinu rozlohy koralov. V priebehu nasledujúcich 20 rokov bude ohrozených až 60 % koralov, a do polovice tohto storočia budú ohrozené prakticky všetky koraly. Aktuálne vedecké poznatky hovoria, že ak sa globálna teplota zvýši o viac ako 1,5 °C oproti obdobiu pred priemyselnou revolúciou (čo je v súčasnosti ešte nižší ako medzinárodne uznávaný, a treba dodať že v súčasnej situácii ťažko dosiahnuteľný, limit oteplenia pod 2 °C), svet by nenávratne stratil viac ako 90 % rozlohy koralových útesov, a to už možno do roku 2050. Zatiaľ nie je úplne pochopený mechanizmus, akým rast teplôt oceánov koraly poškodzuje, je však isté, že pokračovaním ich otepľovania a so stále výraznejšími dopadmi počas El Niña, sú koraly skôr či neskôr odsúdené na zánik. Schopné budú prežiť len tie najprispôsobivejšie druhy. Nie je teda preto príliš prekvapivé, že podľa mnohých popredných morských biológov a expertov na koraly, budúcnosť týchto obyvateľov a konštruktérov oáz v oceánoch nevyzerá ružovo.

El Niño a potravinová bezpečnosť

Keďže fenomén El Niña je spojený s mnohými prejavmi extrémneho počasia, prepojenie na potravinovú bezpečnosť je zrejmá. Uvedomujú si ju aj vlády krajín, ktoré môžu byť postihnuté najviac. Hrozí totiž, že ak by poľnohospodári zostali na dôsledky extrémov nepripravení, rast cien potravín by mohol dosiahnuť úrovne, ktorá by postačovala na spustenie potravinových nepokojov. Poučenie z nedávnej minulosti počas finančnej krízy máme ešte v živej pamäti. Vieme, že spolu s rastom cien potravín na svetových trhoch výrazne narastá aj počet potravinových nepokojov a zvyšuje sa výskyt konfliktov. Túto skutočnosť si začínajú uvedomovať aj politici. Napríklad vláda v Indonézii vydala špeciálne kalendáre pre farmárov, ktoré upozorňujú na včasné siatie úrody, Malajzia spolu s Filipínami spoločne pracujú na zabezpečení dostatočných zdrojov vody, kým v Indii sa snažia hromadiť zásoby potravín. Zdá sa, že niekedy padajú varovania vedcov na úrodnú pôdu.

Sucho v dôsledku El Niña z roku 2007 prispelo k rekordnému rastu ceny ryže v nasledujúcom roku, čo postačilo na spustenie potravinových nepokojov v Egypte, Kamerune, či Haiti. Posledné, slabšie El Niño v rokoch 2009-10 viedlo v Indii k 40-ročnému suchu, znížilo výnosy ryže a znamenalo najvyššie ceny cukru za posledných takmer 30 rokov.

Opatrenia na šetrenie vodou, moderné spôsoby poľnohospodárstva a vysádzanie odrôd ryže odolnejších voči suchu, ako aj zlepšenie praktík rybolovu, to všetko sú mechanizmy, ako sa ľudia v postihnutých oblastiach snažia dôsledky suchšieho počasia minimalizovať. Výhodou oproti situácii v roku 2009 je, že globálne zásoby ryže vzrástli, čo by prípadné dôsledky malo takisto zmierniť. V Malajzii vláda zriadila výbor pre krízové hospodárenie s vodou, podporuje priemysel v používaní podzemnej a recyklovanej vody, ako aj zvýšenie kapacity zásobníkov na vodu.

El Niño, extrémy počasia a vojnové konflikty

V literatúre existuje množstvo vedeckých poznatkov a štúdií, ktoré rozoberajú vzťah medzi fungovaním ľudských spoločností a extrémnym počasím. Z histórie vieme, že v niektorých prípadoch podnebie a počasie dokonca zohrávalo rozhodujúci úlohu pri úspechoch a kolapsoch celých civilizácií. Vedci sa zhodujú v tom, že klimaticky stabilné obdobie Holocénu, teda posledných približne 11 tisíc rokov, je nevyhnutný predpoklad pre existenciu tak zložitej a globálnej civilizácie, v akej žijeme dnes. Čo teda môžeme očakávať do budúcna?

Najprv sa pozrime na historický kontext. Biológ Jared Diamond vo svojej vynikajúcej knihe "Kolaps" ukazuje na mnohých konkrétnych príkladoch z najrozličnejších období a oblastí sveta, že pád aj veľmi vyspelých civilizácií je takmer vždy spojený s dostupnosťou prírodných zdrojov a jedla. Pri nevhodných podmienkach, napríklad dlhotrvajúcemu suchu, sa ľudia buď musia presunúť na vhodnejšie stanovisko, alebo ich populácia poklesne, tak ako sa to stalo v prípade Mayskej kultúry. Existujú aj ďalšie príklady. Analýza zaoberajúca sa históriou vojenských konfliktov za posledných 1500 rokov v Číne ukázala, že počas neobvykle studených období sprevádzaných neúrodami, došlo vždy ku zvýšeniu nepokojov a násilia. V súčasnosti vedci považujú sucho prinajmenšom ako komplikujúci faktor pri konflikte v Dárfure a občianskej vojne v Sýrii, ktorý si dodnes vyžiadal už takmer 200 000 ľudských životov. V roku 2011 bola publikovaná štúdia, podľa ktorej prispelo El Niño ku vzniku až 50 z celkovo 250 konfliktov (teda jednej pätiny) v rokoch 1950 až 2004. Ide o dôsledok horúcich a suchých podmienok v tropických krajinách a následnému prepuknutiu násilia v krajinách od Južného Sudánu až po Indonéziu či Peru.

V rokoch El Niña sa riziko konfliktu v postihnutých krajinách zvyšuje z 3 na 6 %, zatiaľ čo krajiny, kde sa jeho dôsledky neprejavujú, podobnú tendenciu neukazujú. Pritom nie je príliš dôležité, či v krajine je demokracia, chudoba, alebo vysoká populácia. Možno však povedať, že menej rozvinuté krajiny upadnú do chaosu jednoduchšie. Kombinácia súčasného vplyvu na geopolitickú bezpečnosť a vznik konfliktov a predpoklady o náraste intenzity El Niña teda naznačuje zrejmý trend: budúcnosť bude menej bezpečná a viac neistá.

Zdroje

Effects of El Niño on world weather

http://www.knmi.nl/research/global_climate/enso/effects/

The Walker Circulation: ENSO's atmospheric buddy

http://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/walker-circulation-ensos-atmospheric-buddy

ENSO impacts

http://www.metoffice.gov.uk/research/climate/seasonal-to-decadal/gpc-outlooks/el-nino-la-nina/ENSO-impacts

EN... SO?

http://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/en-so