Marek Kučera, Július Šubovič, Meteoinfo.sk / 06.10.2017 02:30

V klimatológii existujú pozitívne a negatívne spätné väzby, ktoré buď degradujú a rozrušujú celý systém (pozitívna), alebo ho uvádzajú do pôvodného stavu prostredníctvom autoregulačných mechanizmov (negatívna). Tieto väzby, tzv. "feedbacks" sa v drvivej väčšine prípadov vo výskume skúmajú prostredníctvom takzvaných telekonekcií - teda vzájomne súvisiacich a prepojených vzťahov medzi 2 a viacerých premennými, ktorých kauzálny a nekauzálny vzťah v odborných prácach vyjadrujeme pomocou tzv. korelačného koeficientu. Korelačný koeficient je číslo od -1 do 1 a čím je bližšie k 1 alebo -1, tým je vzťah silnejší, naopak, pri nulovej korelácii sledované parametre spolu nesúvisia. Jedna z takýchto telekonekcií sa len v posledných rokoch podarila preukázať práve medzi októbrovým indexom Sibírskej snehovej pokrývky a zimnými podmienkami v miernych šírkach severnej pologule (reprezentovaných AO- fázou) - koeficient korelácie až 0,85 ukázal, že až 85% zím, ktoré nasledovali po rokoch s nadpriemernou sibírskou snehovou pokrývkou, je spojených so zimným rozpadom polárneho vortexu, negatívnou fázou Arktickej (a Severoaltantickej) oscilácie, a teda aj rovnakým počtom zím, ktoré sa vyznačovali silnými vpádmi arktického vzduchu naprieč celým miernym pásmom, vrátane Slovenska.

 

 

 

Prekvapivý háčik je v tom, že sibírskej pokrývky paradoxne pribúda - vďaka masám vlhkosti unikajúcej z roztopenej Arktídy

 

 

 

Širokej verejnosti je určite známy príbeh rekordne sa topiacej Arktídy, ktorá sa prehrieva niekoľkokrát rýchlejšie ako mierne či tropické šírky /http://climatemap.blogspot.cz/2013/03/klimaticka-zmena-v-arktide-prebieha.html/ - kým tropické oblasti globálne oteplenie príliš netrápi a v posledných desaťročiach sa oteplilo len o +0,5°C, v Arktíde sú oblasti, kde sa v porovnaní spred 100 rokmi oteplilo o neuveriteľných +10°C. Tieto zmeny prebiehajú vďaka pozitívnym spätným väzbám nad polárnou oblasťou - ide najmä o tzv. "albedo effect" či unikanie metánu z podmorských šelfov a topiaceho sa permafrostu (vysvetlené v linku vyššie). Hlavnú úlohu hrá práve albedo efekt, ktorý spôsobuje, že roztopené oblasti Severného ľadového oceánu pohlcujú výrazne viac slnečného žiarenia ako v minulosti (tmavé more má značne nižšie albedo ako biely ľad a sneh). Nad Arktídou sa tak akumuluje množstvo tepla - no našťastie, existujú aj autoregulačné, tzv. negatívne spätné väzby (albedo efekt je väzba pozitívna (nepriaznivá) - vedie k degradácii systému a zosilňovaniu vstupu), ktoré sa snažia klimatický systém uviesť do rovnováhy. Kým v severnom Atlantiku je takouto väzbou vyjadrenou v atmosfére aj povrchových vodách oceána (SST)  napr. "diera v globálnom otepľovaní" (global warming hole) /http://www.casopisgeografia.sk/index.php/Geografia/article/view/13/, na Sibíri sa začína vynárať ďalšia takáto priaznivá väzba, bojujúca proti globálnemu otepľovaniu. Ide o nárast rozlohy snehovej pokrývky na Sibíri (a severnej pologuli) v jesennom a zimnom období, ktorý následne zlepšuje zimné podmienky naprieč celým miernym pásmom.

 

Prepojenie Arktída - sibírska snehová pokrývka - Sibírska výš - rozpad polárneho vortexu - AO - fáza - častejšie vpády studeného vzduchu do miernych šírok nie je len telekonekciou medzi 2 premennými klimatického systému, ale jedná sa o celý rad, v tomto prípade negatívnych spätných väzieb, ktoré pôsobia vďaka zosilnenému globálnemu otepľovaniu ako celý súbor autoregulačných mechanizmov Zeme, ktoré našu planétu bránia pred progresom globálneho otepľovania. Začnime teda tam, kde sme skončili - pri rekordne teplej Arktíde. Keďže albedo efekt spôsobuje koncentráciu tepla a absorbciu slnečného žiarenia v celej polárnej oblasti, z roztopeného oceánu najmä po maxime úbytku zaľadnenia v septembri a októbri uniká z tejto oblasti do priľahlých kontinentov enormné množstvo vlhkosti, oveľa viac ako kedysi. Ide o vlhký a ešte stále dostatočne chladný vzduch na to, aby zrážky padali vo forme sneženia. Napriek výraznému arktickému otepleniu tak na jeseň a v zime paradoxne pribúda nielen na Sibíri, ale aj vo všetkých kontinentoch severnej pologule rozloha snehovej pokrývky, čo následne vedie k ďalším zmenám, ktoré majú nečakane priaznivý efekt na vpády chladného vzduchu v zimnom období do miernych šírok.

 

 

 

 

Medzi októbrovou rozlohou zasnežených území na Sibíri a vpádmi studeného vzduchu do miernych šírok popísaných AO- fázou je zhoda až 85% - parameter sa tak po prekvapivých zisteniach vedcov stal jedným z najsledovanejších pri klimatických predpovediach na najbližšiu zimu

 

 

 

Oslabený teplotný a tlakový gradient medzi severnými a južnými šírkami jednak vplýva na výraznejšie meandrovanie jet-streamu, no jednak sa častejšie rozpadá polárny vortex a dochádza k stratosférickému otepleniu a atmosférickému blokovaniu. Navyše, už čínski autori začiatkom tohto desaťročia preukázali, že s nárastom snehovej pokrývky rastie aj mohutnosť zimnej Sibírskej výše, ktorá pochopiteľne, podobne ako čoraz častejšia Grónska výš, naťahuje svoje chápadlá počas zápornej fázy Arktickej oscilácie (u nás najmä pri výskyte stredomorských cyklón) až do našich šírok. 

 

Aj keď viacero zím po roku 2000 ešte kazila v Európe fáza NAO+, v posledných rokoch sa začína čoraz častejšie prejavovať vplyv vyššie uvedených mechanizmov, aby počas zimy došlo k výraznému stratosférickému otepleniu (prepadu AO (NAO) indexu z výrazných kladných do výrazných záporných hodnôt), dokonca k prevládajúcej zápornej fáze AO- počas celej zimy. Na zmeny prebiehajúce na Sibíri a na zasnežených kontinentoch zatiaľ začína výrazne reagovať najmä hemisférický vzor AO (Arktická oscilácia), platný pre celú hemisféru, postupne sa však chytá aj jeho euroatlantický ekvivalnt, ktorého zrejme brzdia niektoré pozitívne väzby v severnom Atlantiku. Najnovšie výskumy preukazujú, že medzi októbrovým SAI (Snow Advance Index) a zápornou fázou Arktickej oscilácie (AO-) v zime existuje vysoká miera tesnosti až okolo 0.85 - môžeme tak tvrdiť, že po októbroch s nadpriemernou snehovou pokrývkou (najmä na Sibíri) dochádza až v 85% prípadoch počas nasledujúcej zimy k výrazným vpádom studeného vzduchu do miernych šírok. S nimi spojený rozpad polárneho vortexu je potom veľmi dobre vyjadrený, tak ako to skôr zistili čínski vedci, zosilnením Sibírskej a Grónskej tlakovej výše severne od dráh cyklón, prepadajúcich sa až na juh miernych a do subtropických šírok. Pre meteorológov a klimatológov sa tak tento zistený parameter, s prekvapivo vysokou mierou tesnosti, zistený v posledných rokoch, stal jedným z najspoľahlivejších podkladov pre meteorologické a klimatologické vyhliadky (predpovede) na najbližšiu zimu. Vývoj snehovej pokrývky budeme počas jesene sledovať aj na našom webe a včas prinesieme informácie o aktuálnom stave, vrátane komplexnej vyhliadky na zimu 2017/18. 

 

 

 

Obr.: Miera tesnosti na základe zisteného korelačného koeficientu (keď je KK pozitívny, jeden parameter stúpa a zároveň druhý s ním, keď je KK záporný, jeden klesá a druhý rastie)

 

 

 

 

 

 

Obr.: Schéma, znázorňujúca väzby vedúce od októbra do konca zimy k zvýšenej pravdepodobnosti zimných vpádov studeného vzduchu do miernych šírok (k AO- fáze)

 

 

 

 

 

Obr.: Zistený korelačný koeficient medzi októbrovou snehovou pokrývkou na severnej pologuli (Sibíri) a indexom Arktickej oscilácie nasledujúcej zimy (predpoveď AOi na 2 týždne dopredu môžete sledovať na http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao.sprd2.gif)

 

 

 

 

 

 

Obr.: Výrazná miera tesnosti je dokonca zaznamenaná aj v oveľa dlhšom časovom rade (0.58), kedy ešte väzba nepôsobila tak výrazne

 

 

 

 

 

Obr.: Zaznamenaný nárast zasnežených území na jeseň v Eurázii za posledných 50 rokov vyjadrených jednoduchou lineárnou regresiou

 

 

 

 

 

 

Obr.: Aktuálny stav výšky snehovej pokrývky na Sibíri z 5.10. 2017 a stav k 31.10.2016, ktorý zrejme prispel k 35,5-stupňovým mrazom v januári 2017 na Slovensku

 

 

 

 

 

Obr.: Zmena teploty na Zemi v období 1960-2011 s dôrazom na výrazný nárast teploty vo vysokých zemepisných šírkach a arktický zosilňujúci efekt (GISTEMP team, 2016)

 

 

 

 

Obr.: Porozované zmeny odchýlok teploty vzduchu od DP 1951-1980 v posledných 4 desaťročiach, s dôrazom na arktický zosilňujúci efekt (Hansen et al., 2010)

 

 

 

 

 

Obr.: Pozorované sezónne trendy zmien odchýlok teploty vzduchu v rokoch 1951-2009 od DP 1951-1980 (Hansen et al., 2010)

 

 

 

 

 

Obr.: Schematický náčrt albedo efektu v Arktíde - povrch pokrytý snehom a ľadom odrazí do atmosféry a kozmického žiadenia viac lúčov (A) ako povrch s morskou vodou, pôdou a roztopeným (tzv. "tmavým") ľadom (B) (Nicolaus et al., 2012)

 

 

 

 

 

Obr.: Znázornená schéma zvyšovania amplitúdy meandrov dráh cyklón (jet streamu) - hrebene vysokého tlaku od juhu (Ridge) siahajú ďaleko na sever a brázdy nízkeho tlaku (Through) smerujú ďaleko na juh, s nimi aj masy pôvodom tropického a arktického vzduchu. Aj cyklóny (Cyclonic spin) a anticyklóny (Anticyclonic spin) sa v ich zakončeniach udržiavajú nad zasiahnutými regiónmi dlhšie, čo okrem zvýšenia dĺžky vĺn horúčav a vĺn chladu vedie aj k dlhotrvajúcemu suchu alebo povodniam (Skeptical Science, 2013)

 

 

 

 

 

Obr.: Zaznamenaný a očakávaný pokles arktického morského zaľadnenia počas minima v septembri a počas maxima v marci v období 1900 - 2100 podľa série modelov - dôraz na klesajúci trend (Stroeve, 2007)

 

 

 

 

Obr.: Schematický náčrt vývoja blokujúcej situácie vzhľadom na rozvoj Rossbyho vĺn (Global warming science, 2016)

 

  

 

 

 

Obr.: Schematický náčrt kladnej (vľavo) a zápornej (vpravo) fázy AO a NAO - tvar polárneho vortexu a Rossbyho vĺn, mohutnosť subtropickej anticyklonálnej oblasti a hĺbka cyklonálnej oblasti vysokých šírok (Douglas, 2013)  

 

 

 

 

 

Obr.: Korelačné mapy indexu NAO s teplotami a zrážkami v lete (vľavo - hore (a) zrážky, dole (c) teplota) a v zime (vpravo - hore (b) zrážky, dole (d) teploty) (Blade et al., 2012) /dôraz na stredomorské níže a ich vplyv na zrážky a teplotu/

 

 

 

 

 

Obr.: Očakávané zmeny mesačných úhrnov zrážok (vľavo hore), evaporácie (vľavo dole) a rozlohy snehovej pokrývky (vpravo) v arktickej oblasti (70 °- 90 ° s. g. š.) v období 2085- 2095 oproti 2006-2015 (Powse et al., 2015)

 

 

 

 

 

Obr.: Kĺzavé 5-ročné priemery zaznamenanej rozlohy snehovej pokrývky na severnej pologuli (modré a čierna čiara - podľa viacerých zdrojov) a zaznamenaný pokles minima septembrového arktického morského zaľadnenia (červená čiara, Wu et. al 2011)

 

 

 

 

Bibliografia: Literatúru a podklady súvisiace s vyššie uvedenými mechanizmami nájdete v diplomovej práci Kučera (2017), ktorú Vám môžem na požiadanie poslať z emailovej adresy marekkucera556@gmail.com