Będzie znacznie gorzej. Upały po 40 stopni potrwają tygodniami

Europa przyzwyczaiła się już do tego, że rekordy temperatur padają coraz częściej, ale scenariusze opracowane przez międzynarodowy zespół klimatologów wskazują, że prawdziwe „najgorsze możliwe” fale upałów i susze w obecnych warunkach klimatycznych byłyby znacznie poważniejsze niż wszystko, co znamy z historii pomiarów. Według autorów badania, w niektórych symulacjach intensywność i długość upałów przekracza nawet te wartości, które klimatolodzy uznaliby za ekstremalne w świecie cieplejszym średnio o 3 stopnie Celsjusza względem epoki przedprzemysłowej.

Aby opracować realistyczne, choć bardzo rzadkie scenariusze, badacze z ETH Zurich, Instytutu Pierre’a-Simona Laplace’a, Uniwersytetu Ludwika Maksymiliana w Monachium i innych ośrodków sięgnęli po technikę zwaną Ensemble Boosting. Polega ona na tym, że model klimatyczny – w tym przypadku Community Earth System Model (CESM2) – uruchamia się ponownie w oparciu o te same warunki początkowe, ale z mikroskopijnymi perturbacjami wprowadzonymi do stanu atmosfery.

Te zmiany są tak niewielkie, że nie naruszają spójności fizycznej modelu, ale wystarczają, by po kilku dniach symulacje zaczęły ewoluować w różne strony. W praktyce pozwala to wygenerować tysiące alternatywnych „historii”, szczegółowych przebiegów zmian pogodowych sezonów letnich, które są fizycznie możliwe w obecnym klimacie, choć w rzeczywistości mogą zdarzać się niezwykle rzadko.

Badacze wybrali siedem tzw. zdarzeń macierzystych, obejmujących zarówno lata wyjątkowo gorące i suche jak i bardziej przeciętne. Następnie wygenerowali po tysiąc alternatywnych wersji każdego z nich, symulując przebieg zmian pogody od maja do października.

Wyniki: rekordy do pobicia już dziś

Aby zmierzyć intensywność fal upałów, naukowcy określili dla danego miejsca tzw. próg wysokiej temperatury: był to poziom odpowiadający 95. percentylowi dla danej lokalizacji, czyli temperaturze wyższej niż 95 proc. wszystkich dni w analizowanym okresie. Następnie liczyli, o ile stopni dzienna temperatura maksymalna przekraczała ten próg i sumowali te „nadwyżki” dla całego czasu trwania fali upałów.

Przykład: jeśli próg wynosił 30 stopni, a przez pięć dni temperatury wynosiły 33 stopnie, 35, 31, 34 i 32, to sumowano różnice (3 + 5 + 1 + 4 + 2 = 15 stopni Celsjusza). Im wyższa suma, tym intensywniejsza fala upałów. W badaniu posługiwano się tym wskaźnikiem, aby porównywać historyczne rekordy z tym, co może się wydarzyć w obecnym klimacie.

W najostrzejszych scenariuszach intensywność fal upałów, mierzona skumulowaną liczbą stopni powyżej lokalnego progu 95. percentyla przez cały czas trwania fali, sięgała 80 stopni. Dla porównania fala upałów z sierpnia 2003 r., która zabiła w Europie ponad 70 tys. osób, miała ten wskaźnik na poziomie ok. 10°C. W modelu typowa granica „ekstremalności” dla świata cieplejszego o 3 stopnie wynosiła około 30 stopni.

Autorzy podkreślają, że tak ogromne wartości wynikają nie tylko z wyższych temperatur maksymalnych (które w scenariuszach rosły o 2-3 stopnie w porównaniu z rekordami historycznymi), ale przede wszystkim z bezprecedensowej długości fal upałów. W skrajnych przypadkach trwały one nawet 40 dni. „To zupełnie inny wymiar obciążenia cieplnego dla ludzi, ekosystemów i infrastruktury” – mówi dr Laura Suarez-Gutierrez z ETH Zurich, główna autorka badania.

Podwójne uderzenie: fale upałów jedna po drugiej

Jednym z najbardziej niepokojących wniosków jest to, że najbardziej ekstremalne fale upałów w modelu występowały często tuż po innej fali w tym samym sezonie. W rzeczywistych danych z lat 1940-2023 takie sekwencje stanowiły ok. 18 proc. przypadków. W scenariuszach „boostowanych” odsetek ten rósł do ponad 50 proc., a wśród pięciu najintensywniejszych fal – do 100 proc.

Taki układ skraca czas regeneracji organizmów, zwiększa stres cieplny i pogłębia suszę. Po pierwszej fali gleba jest już wysuszona, a lokalne morza i oceany cieplejsze, co może sprzyjać kolejnym epizodom ekstremalnego gorąca.

Analizy pokazały, że w scenariuszach najgorszych fal upałów często współwystępują inne skrajne czynniki. W niektórych przypadkach kluczowa była ekstremalna susza glebowa już wczesnym latem, co powodowało, że niemal cała energia słoneczna ogrzewała powietrze zamiast parować wodę z gruntu. W innych istotną rolę odgrywały wyjątkowo ciepłe wody Morza Śródziemnego i Atlantyku w pobliżu Europy, przy jednoczesnym ochłodzeniu północno-zachodniego Atlantyku, co sprzyjało utrzymywaniu się wyżów barycznych nad kontynentem.

Co ważne, autorzy zaznaczają, że żaden z tych czynników nie jest warunkiem koniecznym. Podobne poziomy suszy czy temperatur powierzchni morza pojawiały się także w mniej ekstremalnych epizodach. Kluczowe jest złożone współdziałanie wielu elementów systemu klimatycznego.

Susza, pożary i ryzyko kaskadowe

Najgorsze scenariusze przewidują również połączenie upału z rekordowym deficytem wilgoci w glebie i wysokim deficytem ciśnienia pary wodnej w powietrzu (VPD), co oznacza ogromny potencjał do szybkiego wysychania roślin i zwiększonego ryzyka pożarów. W niektórych symulacjach wartości te przekraczały wielokrotnie najgorsze przypadki z danych historycznych, a w niektórych epizodach warunki pożarowe były ekstremalne mimo umiarkowanych temperatur maksymalnych.

Tego typu zdarzenia mogą wywoływać tzw. ryzyko kaskadowe: jedna katastrofa nasila skutki drugiej. Przykładem jest ograniczenie produkcji energii w elektrowniach jądrowych i wodnych z powodu niskich stanów rzek i wysokiej temperatury wody, co zbiega się w czasie z rosnącym zapotrzebowaniem na klimatyzację.

Znaczenie dla Polski i Europy Środkowej

Choć badanie koncentrowało się na innym regionie Europy, mechanizmy opisane przez naukowców mogą dotyczyć również Polski. W ostatnich latach mieliśmy fale upałów poprzedzające długotrwałe okresy suszy, a Bałtyk w rekordowych latach notował anomalie temperatury powierzchniowej rzędu 4-5 stopni. W połączeniu z ciepłymi latami i deficytem opadów taki stan może zwiększyć ryzyko długich, następujących po sobie fal gorąca.

Dr Suarez-Gutierrez podkreśla, że „wydarzenia, które dziś wydają się niezwykle mało prawdopodobne, w ocieplającym się klimacie mogą stać się realne”. Dlatego, jej zdaniem, polityka adaptacyjna powinna brać pod uwagę nie tylko medianę prognoz, ale i scenariusze skrajne, które, jeśli się wydarzą, mogą mieć niszczące skutki.

Najważniejszy przekaz płynący z badań jest jasny – obecny klimat, cieplejszy średnio o ok. 1°C od epoki przedprzemysłowej, umożliwia wystąpienie ekstremów znacznie przewyższających wszystko, co znamy z pomiarów. Takie epizody mogą trwać tygodniami, powtarzać się w tym samym sezonie i występować w warunkach sprzyjających suszy, pożarom i przeciążeniom systemów energetycznych.

Dla decydentów oznacza to konieczność projektowania systemów chłodzenia miast, infrastruktury energetycznej i planów ochrony zdrowia publicznego tak, aby wytrzymały nie tylko „najbardziej prawdopodobne”, ale i „najgorsze możliwe” scenariusze.