Na ekstremno vreme naša infrastruktura ni pripravljena

Kaj nam pripovedujejo klimatologi, meteorologi in drugi strokovnjaki, ko opozarjajo, da so čedalje pogostejša neurja, debelejša toča, suše, vročinski valovi, polarni mraz posledica segrevanja ozračja in da mora biti naš cilj brezogljična družba, sicer se nam slabo piše? Pri dr. Žigi Zaplotniku s katedre za meteorologijo na ljubljanski fakulteti za matematiko in fiziko smo iskali znanstvene vzročno-posledične razlage dogajanja v atmosferi.

Podnebne spremembe so se dogajale skozi celotno Zemljino zgodovino in res je, bila je že tudi toplejša, kot je danes, vendar pa takrat sesalci niso bili prevladujoča kopenska vrsta, je na začetku poudaril Žiga Zaplotnik. Osnovni mehanizem, ki določa klimo Zemlje, je seveda količina energije, ki jo prejme od Sonca.

Iz fizike vemo, da vsako telo, ki energijo prejme in se pri tem segreje, energijo tudi oddaja: »Če bi bila Zemlja v toplotnem ravnovesju, bi izsevala enako količino energije, kot jo prejme, vendar pa nikoli v zgodovini ni povsem v ravnovesnem stanju. Zdaj izseva približno 0,92 vata na kvadratni meter manj energije, kot je prejme, in zato se segreva. Razlog je, da smo spremenili sestavo ozračja, izjemno tankega pretežno plinastega sloja, ki obdaja naš planet. Koncentracija toplogrednega plina, to je ogljikovega dioksida, se je od leta 1750 povečala za približno 40 odstotkov.

Toplogredni plini selektivno absorbirajo dolgovalovno sevanje, kar pomeni, da preprečujejo, da bi Zemlja nemoteno izsevala toploto v vesolje. Ti plini namreč del absorbirane energije izsevajo nazaj proti površju in ga zato ogrejejo bolj, kot bi se v primeru ozračja brez toplogrednih plinov.« Čim več je torej v ozračju toplogrednih plinov, tem več toplote izsevajo nazaj na Zemljo.

Toplogredni plini v osnovi omogočajo življenje na Zemlji, kot ga poznamo. Brez njih bi bila povprečna svetovna temperatura približno minus 17 stopinj, tako pa je približno 15 stopinj Celzija. Zgodovina natančnih meritev, ki so tudi globalno dovolj pokrite, se je začela leta 1850 in ta jasno in neizpodbitno kaže ogrevanje, je zatrdil sogovornik.

Neenakomerno segrevanje ozračja nad kopnim in oceani

Od predindustrijske dobe (trenutno definirana kot obdobje med letoma 1850 in 1900) do današnjega časa se je povprečna svetovna temperatura dvignila za približno 1,1 stopinje Celzija. V zadnjih sedmih letih smo dosegli že od 1,1 do 1,4 stopinje Celzija višje temperature v primerjavi s predindustrijsko dobo. Poleg tega je ogrevanje danes več desetkrat hitrejše kot kadarkoli v geološki zgodovini, za katero so nam na voljo natančni in časovno dovolj razločljivi paleoklimatski podatki, torej najmanj v zadnjem milijonu let. To pomeni težave za vse življenje na Zemlji, še bolj pa za naše družbene ali ekonomske sisteme, ki se morajo temu prilagoditi.

Na vprašanje, kako z znanstvenega vidika pojasniti vremensko dogajanje zaradi dviga temperature, je Zaplotnik najprej opozoril, da je 1,1 stopinje Celzija samo globalno povprečen dvig. Kopenski deli so se od predindustrijske dobe ogreli veliko bolj kot oceanski, in sicer že za 1,8 stopinje, pri čemer se je severna, bolj kopenska polobla segrela nekoliko bolj kot južna. Podatki za Slovenijo, ki so na voljo za zadnjih 70 let, kažejo dvig temperatur za približno 2,3 stopinje Celzija v primerjavi s predindustrijsko dobo, torej v povprečju celinske severne poloble. Oceanska območja so se v tem času segrela za manj kot stopinjo.

»Ocean ima veliko toplotno kapaciteto in je hkrati neskončen vir vlage. Pomeni, da se toplota porablja za izhlapevanje vode. To pa pojasni samo del razlike v ogrevanju med kopnim in nad oceanom. Zaradi močnejšega izhlapevanja je v zraku nad oceani več vodne pare, zato tam temperatura z višino pada počasneje. Lahko si poenostavljeno predstavljamo dve točki nekje na šestih kilometrih višine. Točka K naj bo nad kopnim, točka O pa nad oceanom, horizontalna razdalja med njima naj bo nekaj sto kilometrov. V povprečju med tema točkama na taki višini ni pomembnih razlik v temperaturi zraka.

Ker pa je K nad kopnim in O nad oceanom, bo zaradi različne vsebnosti vlage v stolpcu ozračja pod tema točkama pomembna razlika v spreminjanju temperature z višino: pod K bo spreminjanje večje kot pod točko O, saj je v stolpcu zraka pod K vodne pare manj. Zato bo manj vlažen stolpec pod K nekoliko toplejši od bolj vlažnega pod O. V toplejši klimi bo v zraku še več vodne pare, vendar bo povečanje skladno s prejšnjim argumentom večje nad oceani kot nad kopnimi predeli. Posledično bo stolpec pod K še bolj topel od stolpca pod O, kot je zdaj.

Četudi nam torej uspe ustaviti rast koncentracij toplogrednih plinov v ozračju, opisani mehanizem zagotavlja, da se bodo kopenski predeli trajno ogreli bolj kot oceanski – to ni le začasen učinek. To je tudi skladno s projekcijami klimatskih modelov, ki so povsem jasne in se že uresničujejo: najbolj se bodo ogreli že tako suhi predeli. Zato ne razumem, zakaj se sploh še pogovarjamo o dvigu temperature zraka za slabe tri stopinje Celzija. Povejmo pošteno: Slovenija je kot del tega sveta na poti, da se ogreje za skoraj pet stopinj v primerjavi s predindustrijsko dobo.«

Še močneje od povprečja na kopenskem delu Zemlje se segrevajo polarni in subpolarni predeli, predvsem zaradi učinka odboja svetlobe (albedo efekt). Čim manj je snega in ledu, tem manjši del sevanja se odbije in več toplote vsrka zemeljsko površje. »S tem učinkom povratne zanke lahko pojasnimo tudi, zakaj so se v teh predelih zime ogrele precej bolj kot poletja. Če je zemlja pokrita s snegom, so nižje nočne temperature, pa tudi dnevne, saj se toplota od njega odbije,« je Zaplotnik opozoril na pomemben učinek albeda in dodal, da zemeljska tla skupaj z ozračjem v svetovnem povprečju odbijejo 30 odstotkov prejetega sevanja.

Kazalniki segrevanja

Še boljši kazalnik globalnega segrevanja kot dvig temperature ozračja je akumulirana toplota v oceanih, ki se pospešeno krepi od leta 1990. Oceani so vsrkali kar 93 odstotkov dodatno ujete toplote od predindustrijskega obdobja. Tudi dvigovanje morske gladine – od začetka 20. stoletja za približno 20 centimetrov – kaže na segrevanje ozračja, in sicer zaradi toplotne ekspanzije (s povečevanjem temperature se tudi voda razteza) in taljenja kopenskega ledu.

»Uresničuje se tudi, kar je že leta 1965 napovedal prvi klimatski model avtorja Syukura Manabeja, za katerega je bil lani soprejemnik Nobelove nagrade za fiziko: medtem ko se plasti ozračja pri tleh (troposfera) segrevajo, se višje plasti (stratosfera) pri naraščajočih koncentracijah toplogrednih plinov ohlajajo,« je povedal sogovornik.

Deloma se je sicer stratosfera do preloma tisočletja ohlajala, kar je manj znana posledica zmanjševanja vsebnosti ozona v njej, ki je bila spet posledica človekovega delovanja, zaradi izpustov snovi, ki so povzročile razpad ozona v stratosferi in s tem ozonsko luknjo. Svet se je leta 1987 z montrealskim sporazumom znal povezati in se zavezal k prenehanju proizvajanja teh snovi. Danes nam, kot kaže, to slabo uspeva, je pa tudi težava večja, saj je fosilna goriva precej težje nadomestiti.

Toplejša klima, močnejši so lahko nalivi

Za ekstremne padavinske pojave je ključna predvsem naraščajoča količina vodne pare v zraku. Ta je že sama po sebi toplogredni plin, in to tisti z največjim učinkom. Če bi ogljikov dioksid sam pri podvojitvi koncentracije toplogrednih plinov v primerjavi s predindustrijsko dobo (z 270 delcev na milijon na 540 delcev na milijon) povzročil dvig svetovne povprečne temperature za eno stopinjo, bi bil prispevek vodne pare k ogrevanju še več kot eno dodatno stopinjo. Govorimo o tako imenovani pozitivni povratni zanki.

Kaj se torej dogaja? Pri višji temperaturi zaradi večje koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju se poveča izhlapevanje iz vodnih površin. Zato naraste količina vodne pare, ki je na voljo za kondenzacijo, in pri faznem prehodu vodne pare v tekočo vodo (vodne kapljice) se sprosti še več toplote. To sproščanje toplote v višinah uravnovešajo vertikalna gibanja.

Višja ko je temperatura, več je vodne pare in več se je lahko kondenzira, več toplote se sprosti in še močnejša so lahko vertikalna gibanja. Če se v oblakih v nekem kratkem času kondenzira več vodne pare, se je lahko v tem času tudi več izloči. To je glavni dinamični argument, ki pojasni, zakaj imamo v toplejši klimi lahko močnejše nalive, seveda pa ni tako preprosto, pomembni so tudi drugi učinki.

Močnejša vertikalna gibanja v kumulonimbusnih oblakih, ki so lahko točonosni, pomenijo večje hitrosti vzgornjikov, ki lahko dosežejo celo hitrost 150 kilometrov na uro, prinašajo tudi možnost večje toče. Čim hitrejše je to gibanje navzgor, tem večja zrna toče lahko lebdijo v oblaku in debelejša je toča, ki pade na zemljo. V zadnjem desetletju v Sloveniji poznamo dva primera padanja zelo debele, uničujoče toče s premerom deset centimetrov in celo več.

»Študije so pokazale, da se povečujeta tako intenzivnost kot pogostost ekstremnih vremenskih pojavov, kar je v skladu z napovedmi klimatskih modelov, ki kažejo, da bo v prihodnosti več padavin padlo v obliki kratkih, a močnih padavinskih dogodkov, manj pa z umirjenim dežjem, ki je za rastje najbolj ugoden. Naša infrastruktura za te padavinske dogodke, ki se bodo pojavljali vse pogosteje, ni pripravljena,« je opozoril Zaplotnik in dodal, da načrtovanje infrastrukture ni več smiselno glede na povratne dobe, ocenjene v pretekli klimi. Te se namreč zdaj skrajšujejo.

Po njegovih besedah je za Slovenijo, poleg segrevanja morja s povečanimi količinami vodne pare, ki pojasnjujejo tudi močnejše tropske ciklone, pomembna ugotovitev, ki jo lahko potegnemo iz študije padavinskih dogodkov s padavinskih postaj za celo srednjo Evropo. Pokazalo se je, da se z vsako stopinjo toplejšim ozračjem padavinski dogodki ne okrepijo le za približno sedem odstotkov, ampak zaradi zgoraj opisanih dejavnikov pri višjih temperaturah tudi za več kot 15 odstotkov.

Sušna pomlad, vroče poletje

Zaplotnik, ki se raziskovalno trenutno ukvarja s splošnim kroženjem ozračja na velikih skalah, je poudaril še vlogo izhlapevanja na kopnem. Raziskovalci, ki so proučevali razloge za vročinski val v Franciji pred skoraj dvajsetimi leti in nekaj let kasneje še v Rusiji, so našli povezave s sušnimi razmerami v spomladanskih in zgodnjepoletnih mesecih. V nasprotju z morjem so kopenska tla omejen vir vlage. Če je ta izčrpan že pozno spomladi, se poleti toplota ne porablja več za izhlapevanje, zato so temperature pri tleh bolj ekstremno visoke.

»Količina vode v tleh je pomemben dejavnik sezonskega napovedovanja temperatur. Vlažnost tal pozno spomladi ali na začetku jeseni določa, kako ekstremne temperature bomo lahko dosegali med vročinskimi valovi,« je pojasnil Zaplotnik in polarne temperature, s katerimi se srečujemo tudi pri nas, letošnjo zimo pa so sredi decembra s severa Skandinavije poročali o rekordnih skoraj minus 45 stopinjah Celzija, komentiral z besedami, da meteorološke postaje na Zemlji v zadnjih letih zabeležijo mnogokrat več maksimalnih ekstremov kot minimalnih, razmerje pa nam pove, v katero smer se gibljemo.

Na nekatere spremembe vremena bodo v prihodnje lahko vplivali tudi tako imenovani Rossbyjevi valovi. Za opazovalca na Zemlji se širijo od zahoda proti vzhodu in so odgovorni za prenos toplote med subtropskimi in subpolarnimi predeli. Kadar je neko območje na prednji strani doline tega vala, nadenj priteka topel zrak iznad subtropskih predelov, ko je na zadnji strani, pa nadenj priteka s severnimi in severozahodnimi vetrovi hladen zrak iznad subpolarnih predelov.

Nekatere študije, tudi tiste, pri katerih je sodeloval Zaplotnik, kažejo, da se lastnosti tega valujočega zahodnika spreminjajo, in sicer, da se mu zmanjšuje časovna spremenljivost, kar je skladno z drugimi študijami, ki so pokazale, da postajajo Rossbyjevi valovi nekoliko bolj stacionarni relativno na nas na Zemlji. A kot poudarja, je za zdaj še preveč neznank, da bi lahko to razumeli kot neposredno posledico podnebnih sprememb, gre samo za eno od možnih razlag, za hipotezo. Vendar, če to drži, bi pomenilo, da bi določen tip vremena nad nekim območjem vztrajal dalj časa, kot je v preteklosti, posledično pa bi bili na obeh straneh valov možni ekstremni vremenski scenariji.