www.nun.sk

     Atmosférické oscilácie a globálna klíma (Part I)

Klíma alebo podnebie sa najčastejšie definuje ako priemerný stav počasia, v rámci ktorého je možné očakávať určitý rozsah štatistických charakteristík teploty, tlaku a vlhkosti vzduchu, zrážok, vetra, oblačnosti a ďalších meteorologických prvkov. Cieľom takého priemerovania hodnôt je, nielen získať ucelený obraz o dlhodobých klimatických pomeroch a podmienkach na danom mieste alebo v určitom regióne, ale aj popísať dlhodobé zmeny klímy, či už cyklického alebo necyklického charakteru. Aby sme však z časových radov odfiltrovali vplyv krátkodobých, nízkofrekvenčných zmien podmienených synoptickými príčinami (medzidenné zmeny v „počasí“), je vždy nevyhnutné počítať priemery za dostatočne dlhé a podľa odporúčaní WMO[1] teda minimálne 30-ročné obdobie. V závislosti od účelu klimatologickej analýzy je však možné použiť priemery a iné štatistické charakteristiky aj za kratšie obdobia (napr. 11 rokov, atď.).

Charakter a dlhodobé zmeny globálnej a regionálnej klímy ovplyvňuje celý rad faktorov. Niektoré majú svoj pôvod na Zemi (biosféra, vulkanizmus, pohyby kontinentov, atď.), iné majú výlučne extraterestriálnu povahu (zmeny orbitálnych parametrov Zeme, slnečná aktivita, dopady asteroidov alebo komét, atď.). Ich synergickým spolupôsobením dochádza ku genéze konkrétnych klimatických podmienok na určitom mieste. Treba si však uvedomiť, že jednotlivé klimatotvorné faktory podliehajú rôznym dlhodobým alebo krátkodobým zmenám (napr. pohyb kontinentov vedie k zmenám zastúpenia pevnín a oceánov), ktoré sa navyše vzájomné kombinujú so zmenami ostatných faktorov prebiehajúcich zväčša v iných časových škálach. Vzniká tak veľmi zložitý priebeh zmien klímy, v rámci ktorého je možné identifikovať buď viac-menej pravidelne sa opakujúce cykly, resp. kolísania (na úrovni rokov, desaťročí či storočí) alebo dlhodobé progresívne, zväčša neperiodické zmeny odrážajúce zásadné zmeny charakteru celého klimatického systému Zeme na úrovni stoviek tisícov až miliónov rokov. Pod pojem premenlivosť alebo variabilita klímy však možno zahrnúť aj iné krátkodobé kolísania klimatických podmienok, ktoré spravidla nemajú periodický charakter (napríklad ochladenia spôsobené veľkými erupciami sopiek). 

V klimatologickej terminológie sa navyše zaužíval ešte jeden pojem, používaný pre fenomény, ktoré majú tendenciu významne kolísať okolo určitej priemernej hodnoty, pričom sa viac či menej pravidelne pohybujú od jedného extrému k druhému. Ide o oscilácie, ktoré môžu mať buď cyklickú povahu a v takom prípade je možné ich príchod relatívne ľahko predpovedať, alebo naopak necyklickú. Väčšina oscilácií vzniká ako prejav interne podmienenej premenlivosti klimatické systému Zeme, avšak sú aj také, ktorých načasovanie súvisí so zmenou extraterestrických činiteľov (napr. 11-ročným cyklom slnečnej aktivity). Jednotlivé oscilácie sa prejavujú v rôznych časových škálach a v prípade cyklického charakteru môžu nadobúdať konkrétne fázy svojho vývoja v určitých periódach. Uplatnením tohto kritéria môžeme oscilácie rozdeliť do niekoľkých kategórií. Najkratšie oscilácie možno identifikovať už v rámci jediného roka, kedy oscilácia dokáže prejsť z jednej fázy do druhej v rámci napríklad jednej sezóny (napr. Madden-Julian oscilácia (MJO[2]) s periodicitou 60-90 dní) – ide o príklad tzv. medzisezónnych oscilácií. Ďalšie, ako napríklad Kvázi dvojročná oscilácia (QBO[3]) sa objavujú s periodicitou približne 2 rokov, zatiaľ čo asi najznámejšia kvázi-cyklická oscilácia, známa pod označením El-Nińo-Južná oscilácia (ENSO[4]), funguje s periodicitou 3 až 5 rokov. Takéto kolísania označujeme pojmom medziročné oscilácie. O úroveň vyššie sú tzv. interdekádne oscilácia s periodicitou presahujúcou minimálne jedno desaťročie (napr. Pacifická dekádna oscilácia – PDO[5]). Najvyššie stoja multidekádne a dlhodobejšie oscilácie, ktoré je možné identifikovať na úrovni niekoľkých desaťročí až storočí, prípadne tisícročí. Tie najdlhšie trvajúce sú už spravidla podmienené zmenami orbitálnych parametrov Zeme, ktoré sa menia cyklicky každých 20 až 100 tisíc rokov. 

                  

Obr. 1: Odchýlky povrchovej teploty oceánov (modrá je voda chladnejšia než priemer) v novembri 2007 - podmienky La-Nina

S pojmom atmosférické oscilácie sa úzko viaže aj ďalší termín, a to telekonekcie (teleconnections), alebo inak povedané, vzdialené prepojenia. Vyjadruje tendenciu veľkých cirkulačných systémov Zeme a teda aj oscilačných zmien ovplyvňovať sa navzájom, a to aj na veľké vzdialenosti. Priekopníkom myšlienky, že zmeny v počasí na jednom mieste planéty môžu ovplyvniť vývoj počasia v regióne vzdialenom tisíce kilometrov, bol Gilbert Walker, ktorý objavil aj najvýznamnejší oscilačný fenomén planéty, Južnú osciláciu (SO). Identifikácia vzájomných prepojení medzi osciláciami je možná len na základe dostupnosti kvalitných zdrojových údajov z celého sveta (napr. tlaku vzduchu prepočítaného na hladinu mora), na ktorých sa uplatňujú korelačné metódy, analýza hlavných komponentov, prípadne iné. 

V nasledujúcom texte sa bližšie zameriame na niektoré vybrané oscilácie a ich vplyv na regionálnu a globálnu klímu, ako aj na možné vzdialené prepojenia. Medzi najznámejšie oscilácie patria: 

1.   Južná oscilácia (SO), tiež známa ako El Nińo-Južná oscilácia (ENSO)

2.   Severoatlantická oscilácia (NAO[6])

3.   Pacifická dekádna oscilácia (PDO)/Severopacifická oscilácia (NPO[7])

4.   Madden-Julian oscilácia (MJO)

5.   Kvázi dvojročná oscilácia (QBO)

6.   Pacificko-severoamerická oscilácia (PNA[8])

7.   Arktická oscilácia (AO[9])

8.   Antarktická oscilácia (AAO[10])  

 

Trochu z histórie

Základný koncept atmosférických oscilácií sa zrodil už na konci 19. storočia v súvislosti s výskumom ázijských monzúnov, ktorý začal byť podporovaný po katastrofálnych následkoch veľkého sucha, ktoré zasiahlo Indiu v roku 1877. Pod vedením H. F. Blanforda sa na Indickom meteorologickom ústave rozbehol výskum toho, či je vôbec možné predpovedať začiatok monzúnoveho obdobia. Bol to však až už spomínaný G. Walker, ktorý v 20. rokoch minulého storočia objavil na základe štúdia polí prízemného tlaku vzduchu v indo-pacifickej oblasti (nadviazal tak na predošlé výskumy, ktoré započal H. H. Hildebrandsson ešte v roku 1897). Walker objavil, že v rozsiahlej oblasti medzi Indickým a Tichým oceánov, vrátane západného pobrežia Južnej Ameriky, existuje pravidelné kolísanie tlaku vzduchu na medziročnej úrovni, ktoré sa prejavuje najmä na južnej pologuli (z toho dôvodu nazval tento fenomén Južnou osciláciou – SO). Na základe poznatku, že ak v južnom Pacifiku tlak vzduchu rastie, potom v Indickom oceáne klesá, Walker odvodil jednoduchý index južnej oscilácie (SOI). V neskoršom období boli objavené aj ďalšie regionálne oscilačné systémy, ako napríklad NAO a NPO. Avšak komplexné vysvetlenie toho, že fenomén, vtedy už známy ako El Nińo, je úzko prepojený s SO podal až v polovici 60. rokov Jabob Bjerknes (1966). Bjerknes podal presne vysvetlenie vzájomného ovplyvňovania atmosférickej a oceánskej cirkulácie v Tichom oceáne. Bol to práve Bjerknes, ktorý po prvýkrát uznal prínos výskumu G. Walkera a na jeho počesť nazval celý cirkulačný systém v Indo-pacifickej oblasti Walkerovou cirkuláciou (dnes súhrnne označovaná ako ENSO). 

                           

Obr. 2: Schéma prúdenia vzduchu v roku s normálnymi podmienkami a El-Nino podmienkami

Južná oscilácia (SO) a El Nińo-Južná oscilácia (ENSO)

Približne každých 3 až 5 rokov v období okolo Vianoc dochádza pri západnom pobreží Južnej Ameriky k pozoruhodnému fenoménu. Od severného pobrežia Peru a Ekvádoru smerom na juh začína prúdiť obrovská masa pre túto oblasť neobvykle teplej vody, ktorá tak nahrádza chladnejší Peruánsky (tiež Humboldtov) prúd prichádzajúci pozdĺž pobrežia z juhu. S teplou vodou však prichádzajú aj problémy, ktoré majú takmer vždy pre miestnych obyvateľov katastrofálne následky. Od zrujnovaného rybárskeho priemyslu až po krajinu spustošenú rozsiahlymi povodňami. Miestni obyvatelia dali tomuto fenoménu príznačný názov, El Nińo (v španielčine to znamená „dieťa“ alebo „malý chlapec“), podľa toho, že prichádza vždy na konci roka, v období Vianoc. Za všetko môže výrazne zoslabnutie pasátov, vetrov, ktoré obyčajne prúdia nad tropickým Pacifikom smerom na západ (presnejšie od severovýchod, resp. juhovýchodu na severnej, resp. južnej pologuli) a tlačia tak obrovské masy vody k brehom JV Ázie, Indonézie a Austrálie. Tá sa v tomto priestore hromadí a vytvára tak obrovský bazén veľmi teplej vody, ktoré podmieňuje vysoký výpar, a preto aj výdatne zrážky v oblasti západného Pacifiku. Z doteraz nie celkom objasnených príčin táto vcelku stabilná cirkulácia v priemere každých 5 rokov kolabuje, čo sa prejavuje vo výraznej zmene sily a smeru prúdenia pasátov, ktoré v niektorých častiach Pacifiku dokonca začínajú prúdiť opačným smerom, teda od západu na východ, smerom k pobrežiu Južnej Ameriky. Bazén teplej vody sa tak začína pomaly presúvať najskôr do centrálnych častí tropického Pacifiku a neskôr dosahuje aj vzdialené pobrežie juhoamerického kontinentu. Pásmo výdatných dažďov tak s plnou razanciou udrie na inak suché púštne pobrežia Peru a severného Čile, kde vedie k vzniku extrémnych zrážok a náhlych povodní. Na druhom konci Tichého oceánu, v Austrálii a Indonézii, spôsobuje táto „teplá fáza“ ENSO opačný extrém – mimoriadne sucho, ktoré tvrdo postihuje najmä na biodiverzitu bohaté ekosystémy tropických dažďových pralesov v podobe rozsiahlych lesných požiarov. 

Najvýraznejšie prípady El Nińa sú dokumentované z rokov 1891, 1925, 1953, 1972, 1982, 1986, 1992, 1993, 1997 a naposledy z roku 2009. ENSO však nie je ani zďaleka fenomén ovplyvňujúci len región Tichého oceánu. V dôsledku toho, že v priebehu teplej fázy ENSO sa na rozsiahlych plochách Pacifiku (niekoľko desiatok miliónov km2) zvýši teplota povrchových vrstiev oceánu na obdobie niekoľkých mesiacov aj o viac ako 2 °C, je jav El Nińo zdrojom najväčšej medziročnej premenlivosti globálnej teploty vzduchu. Tá môže v prípade silného El Nińa vyskočiť aj o viac ako 0,3 °C nad dlhodobý priemer (v regióne tropického Pacifiku dosahuje teplotná odchýlka zvyčajne hodnoty od +0,5 do 1,0 °C). Vplyv El Nińa na teplotné pomery môže byť regionálne aj opačný, a to napríklad v miernych šírkach, ktoré sa zvyknú ochladiť o 0,5 °C, prípadne menej. El Nińo je však len jedna z dvoch častí oscilačného systému ENSO. Tou druhou je La Nińa (špan. „dievčatko“), ktorá predstavuje jeho chladnejšiu fázu a vzniká, na rozdiel od El Nińa, v dôsledku zosilnenia pasátovej cirkulácie. Teplotné rozdiely Tichého oceánu sa tam medzi jeho západnou a východnou časťou v porovnaní s normálom ešte viac zvýrazňujú. Zatiaľ posledný jav La Nińa z prelomu rokov 2010/11 nám v plnom rozsahu demonštroval, že dokáže byť podobne extrémny ako jeho náprotivok, El Nińo. Katastrofálne povodne v Austrálii (december 2010/január 2011), mimoriadne silný cyklón Yasi, ako aj výrazne sucho v Amazónii a v JZ časti USA sú len niektoré z dôsledkov jeho účinkovania. Vplyv La Nińa na globálnu teplotu vzduchu je presne opačný ako v prípade El Nińo, ochladzujúci účinok je však zväčša menej výrazný. 

                       

Obr. 3: Vývoj odchýlok globálnej teploty vzduchu v období rokov 1950 až 2011 s vyznačením rokov s výraznejším vplyvom El-Nina a La-Nina podmienok

 

[1] WMO – World Meteorological organization (Svetová meteorologická organizácia)

[2] MJO – Madden-Julian Oscillation (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_mjo_index/mjo_index.html)

[3] QBO – Quasi-Biennial Oscillation (http://ugamp.nerc.ac.uk/hot/ajh/qbo.htm)

[4] ENSO – El-Nińo-South Oscillation (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/lanina/)

[5] PDO – Pacific Decadal Oscillation (http://en.wikipedia.org/wiki/Pacific_decadal_oscillation)

[6] NAO – North Atlantic Oscillation (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/nao.shtml)

[7] NPO – North Pacific Oscillation (http://www.o3d.org/npgo/)

[8] PNA – Pacific North American Oscillation (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/pna.shtml a http://nc-climate.ncsu.edu/climate/patterns/PNA.html)

[9] AO – Arctic Oscillation (http://jisao.washington.edu/ao/ a http://en.wikipedia.org/wiki/Arctic_oscillation

[10] AAO – Antarctic Oscillation (http://www.jisao.washington.edu/aao/ a http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/aao/aao_index.html)