Amerykańska Narodowa Służba Oceaniczna i Meteorologiczna (NOAA) 17 grudnia opublikowała doroczny raport na temat stanu czapy polarnej i klimatu Arktyki. Naukowcy w raporcie stwierdzają, że temperatury w Arktyce rosną ponad dwukrotnie szybciej niż średnia całej planety. Tak zwane wzmocnienie arktyczne napędzane jest przez topnienie lodu w Arktyce, co znacząco zmienia bilans energetyczny zarówno samej Arktyki, jak i obszarów z nią sąsiadujących. Wzrost temperatury na Ziemi wpływa na lądolód Grenlandii, a także na tempo topnienia pokrywy śnieżnej na Syberii, w Kanadzie i na Alasce. Choć trend nie jest co roku spadkowy, to na przestrzeni lat obserwujemy bardzo wyraźne zmiany w klimacie Arktyki i ich oddziaływanie na klimat półkuli północnej, a przynajmniej obszarów leżących do 40-45oN.
Rys. 1 Niedźwiedzie polarne są uzależnione od lodu morskiego, bez którego nie mogłyby istnieć. Z powodu topnienia lodu w Arktyce, są zagrożone wyginięciem. Źródło: Kathy Crane, NOAA
Co stwierdza Arctic Report Card 2014?
Temperatury powietrza
Lato 2014 w Arktyce było chłodne, podobnie zresztą jak w 2013 roku (choć o „chłodnym lecie” można mówić, pamiętając o długofalowym trendzie wzrostu temperatury w Arktyce, co jest wyznacznikiem zmian o charakterze globalnym. Poza wzrostem temperatury obserwuje się od lat szereg innych zjawisk będących następstwem ocieplania się klimatu, jak pożary lasów, czy emisja metanu z wiecznej zmarzliny i hydratów metanu, i wiele innych zjawisk oraz procesów.
Średnia roczna temperatura powietrza przy powierzchni Ziemi
Temperatura w Arktyce w okresie od października 2013 do września 2014 była o 1oC wyższa od średniej z lat 1981-2010. Obserwowany jest wciąż trend wzrostowy temperatur w Arktyce, także w skali roku. Podobnie miejsce ma wzrost temperatur na całej planecie, nawet jeśli w poszczególnych okresach (lato 2014 w Arktyce) temperatury nad Oceanem Arktycznym nie są rekordowe.
Rys. 2 Zestawienie wzrostu średniej temperatury na Ziemi i w Arktyce określonej w obszarach leżących na północ od 60oN. Dane na wykresie pochodzą z zestawu danych CRUTEM4v. Dane dostępne na stronie Climatic Research Unit (University of East Anglia)
Tempo wzrostu temperatury globalnej spadło w ciągu ostatniej dekady, ale wzrost nie został zatrzymany. 2010 rok był najcieplejszy w historii pomiarów, wszystkie rekordowo ciepłe lata miały miejsce w tym, a nie w poprzednim wieku. Ten rok, co bardzo prawdopodobne, będzie najcieplejszym w historii pomiarów. Wszystko przy niskiej, wręcz najniższej od ponad 100 lat aktywności słonecznej.
Temperatury w Arktyce w XXI wieku rosły przez cały czas, co przyczyniło się do otwarcia legendarnych szlaków morskich.
Temperatury w Arktyce i na półkuli północnej, na przestrzeni okresu październik-grudzień w latach 2009-2014 były wyższe niż w ciągu ostatnich 20 lat XX wieku, i w całym okresie, od kiedy rozpoczęto regularne pomiary. Na mapie poniżej doskonale widać, że odchylenie temperatur było najwyższe właśnie tam, gdzie regularnie w coraz większym tempie topił się lód.
Rys. 3 Odchylenia temperatury od średniej ostatnich 20 lat XX wieku w okresie 2009-2014 dla miesięcy październik-styczeń. Dane NOAA/ESRL
Sezonowe temperatury powietrza w okresie październik 2013-wrzesień 2014
Rys. 4 Sezonowe anomalie termiczne przy powierzchni Ziemi w Arktyce i w regionach leżących wokół niej w stosunku do średniej 1981-2010. Lewy górny róg – jesień 2013, górny prawy róg – zima 2014, dolny lewy róg – wiosna 2014 i dolny prawy róg – lato 2014. Odchylenia temperatur były mierzone na poziomie ciśnienia 925 hPa. Dane NOAA/ESRL
Ze wszystkich tych map pokazujących odchylenia sezonowe wynika, że zarówno w Arktyce, jak i na całym przedstawionym na mapach obszarze temperatury były w większości wyższe od średniej. Największe anomalie występowały zimą w samej Arktyce. Wiązało się to nie tylko z samym wzmocnieniem arktycznym, czy bezpośrednio z ociepleniem klimatu na Ziemi, ale i działaniem prądu strumieniowego. Z kolei latem 2014 nad Oceanem Arktycznym dodatnie anomalie występowały w niewielkim stopniu, podobnie zresztą miało to miejsce wiosną.
Wyższe niż kiedyś temperatury w Arktyce wywarły wpływ na zachowanie się prądu strumieniowego. Na mapce w prawym górnym roku widzimy, że zimą prąd strumieniowy wpychał ciepłe powietrze nad Ocean Arktyczny, a zimne w postaci tzw. wiru polarnego nad Amerykę Północną. Warto zwrócić uwagę, że w styczniu 2014 roku faza AO w Arktyce była ujemna, a NAO na Atlantyku dodatnia, co jest niezwykłe, gdyż obie te oscylacje zwykle idą ze sobą w parze. Wtedy też bowiem miała miejsce wielka skrajność pogodowa między USA a Europą. W okresie zimowym północno-zachodni Atlantyk generował potężne niże baryczne, które sprowadziły do Wielkiej Brytanii obfite deszcze i wichury. Naukowcy podejrzewają też silną korelację miedzy amerykańskim wirem polarnym, atlantyckimi niżami i wichurami w zachodniej Europie, oraz to, że ekstrema te w przyszłości się nasilą, gdy powierzchnia lodu w Arktyce będzie jeszcze mniejsza. Dodatnia AO i niż nad Morzem Karskim tworzący dipol arktycznymi wiosną (marzec-kwiecień) przyczynił się do przedwczesnych strat w lodzie na Morzu Łaptiewów i wzrostu temperatur na Syberii, co skutkowało szybkimi roztopami pokrywy śnieżnej. Latem zaś dipol arktyczny nie występował, co miało wpływ na powolne topnienie lodu w Arktyce. Mapka obok pokazuje średnie ciśnienie na poziomie morza latem 2014 roku. Nad Oceanem Arktycznym nie występowały dłużej niż kilka dni ani silne wyże, ani też głębokie niże o sztormowym charakterze.
Arktyczny lód
Pokrywa lodowa Arktyki odgrywa ważną rolę w systemie klimatycznym, przynajmniej jeśli chodzi o półkulę północną, a szczególnie rejony północnej części Europy, Syberii i Kanady. Biała powierzchnia lodu odbija promieniowanie słoneczne, dzięki czemu od 10 tysięcy lat mamy taki, a nie inny klimat. Choć dobre dane z ostatniego roku można odebrać jako optymistyczne wiadomości, to niestety obecna sytuacja jest zdarzeniem chwilowym, a obecny stan zmian klimatu Ziemi oznacza, że w ciągu kilku następnych lat dojdzie do kolejnego drastycznego topnienia lodu i padnie kolejny rekord.
Zasięg lodu w Arktyce
Istnieją trzy główne zmienne opisujące rozmiary czapy polarnej. To zasięg, wiek i grubość lodu. Istnieje także objętość lodu opisywana w szczególności w comiesięcznych raportach PIOMAS.
Poniższa mapa NSIDC (Narodowe Centrum Danych Lodu i Śniegu) przedstawia zasięg lodu w 2014 roku.
Rys. 5 Zasięg arktycznego lodu morskiego w czasie marcowego maksimum i wrześniowego minimum 2014 roku. Fioletowa linia oznacza granicę lodu ze średniej lat 1981-2010. Dane NSIDC
Na podstawie danych NSIDC możemy stwierdzić, że w 2014 roku wrześniowe minimum wyniosło 5,02 mln km2, a miało to miejsce 17 września. Zasięg lodu tego dnia był 0,08 mln km2 mniejszy niż w poprzednim roku. Różnica w stosunku do rekordowego 2012 roku jest spora i wynosi 1,61 mln km2. Mimo tak dużego przyrostu względem 2012, to w 2014 roku zasięg lodu był o 1,12 mln km2 mniejszy od średniej 1981-2010, to 23% mniej niż właśnie ta średnia. Nie powinno więc nas dziwić to, że wciąż mamy i będziemy mieć do czynienia z anomaliami pogodowymi, czy ekstremami, takimi jak uciążliwe wichury i wysokie temperatury w pierwszych dniach astronomicznej zimy. W marcu 2014 roku maksimum zasięgu czapy polarnej wyniosło 14,76 mln km2, to jest 5% mniej od średniej 1981-2010. W przypadku marca, to w ciągu ostatnich 5 lat nie ma takiego rozrzutu wartości zasięgu jak w przypadku września.
Rys. 6 Zmiany zasięgu arktycznego lodu (odchylenie od średniej 1981-2010) na przestrzeni lat 1979-2014. Czarna linia oznacza zmiany dla maksimum marcowego, czerwona to zmiany wrześniowego minimum. Czarna i czerwona krzywa, to linie trendu, które rzecz jasna oznaczają spadek, jaki nastąpił na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci. W przypadku marca jest to 2,6%, zaś września 13,3%.
Te spadki procentowe przedstawione na wykresie mogą wydawać się niewielkie na przestrzeni ostatnich 30 lat, nawet te dla wrześniowego minimum. Należy jednak wziąć pod uwagę to, że dopiero w XXI wieku nastąpiło drastyczne, zauważalne pod każdym kątem topnienie lodu. Początkowo w latach 80-tych i 90-tych tempo utraty lodu było niewielkie. Dopiero w ostatnich 10-12 latach widzimy reakcję klimatu i lodu Arktycznego na ocieplający się klimat naszej planety.
W 2014 roku w trakcie wiosenno-letnich roztopów czapa polarna zmniejszyła się o 9,48 mln km2. To najmniejszy spadek od 2006 roku, ale i tak wyższy o 0,5 mln km2 od średniej z lat 1981-2010. W trakcie wiosennych roztopów lód topił się w normalnym tempie, ale od połowy czerwca tempo to wzrosło. W drugiej połowie czerwca i w lipcu tempo topnienia znacznie przyspieszyło. Potem w sierpniu tempo utraty lodu ponownie zwolniło. Dla przykładu w 2012 roku w sierpniu proces topnienia był rekordowy szybki.
Wiek lodu
Wiek lodu, czyli to, jaki jest udział lodu wieloletniego, a jaki jednorocznego – sezonowego ma duże znaczenie, tak samo jak grubość i objętość lodu. Wieloletni lód, szczególnie ten, który ma 5 i więcej lat, cechuje się dużą grubością. W ciągu ostatnich lat udział tego grubego i odpornego na topnienie lodu wieloletniego znacząco spadł. W tym roku stan grubego lodu istotnie się poprawił.
Rys. 7 Wiek arktycznego lodu w marcu dla lat 1988, 2012, 2013 i 2014. Pomiary na podstawie satelitarnych obserwacji i dryfujących boi pomiarowych. Ciemno-czerwona linia oznacza granicę wieloletniego lodu dla średniej z okresu 1981-2010.
W następstwie powolnego topnienia latem 2013 roku udział lodu wieloletniego wzrósł w stosunku do poprzedniego roku z 8% do 14%. Powierzchnia lodu wieloletniego wzrosła z 22% w marcu 2013 do 31% w marcu 2014. W wyniku powolnych roztopów zanotowany także został wzrost udziału lodu dwuletniego, przy jednoczesnym spadku powierzchni lodu jednorocznego.
Po zimie 2014 roku obserwowany był dryf lodu przez Morze Beauforta i jego szybsze topnienie na przełomie wiosny i lata. W 2013 roku lód na Morzu Beauforta topił się bardzo powoli. Ani w 2013 ani 2014 roku nie otworzyło się Przejście Północno-Zachodnie. Efekt dipola arktycznego i eksportu lodu przez Cieśnina Frama zniknął w drugiej połowie maja, a to miało wpływ m.in. na ilość lodu.
Grubość czapy polarnej
Grubość lodu to kolejny element opisujący stan czapy polarnej w Arktyce. Podobnie jak powierzchnia/zasięg, udział lodu wieloletniego oraz grubość w ciągu ostatnich lat uległa zmniejszeniu. W wyniku powolnych roztopów w 2013 roku średnia grubość lodu według danych satelity Cryosat i pomiarów dryfujących boi wzrosła z 1,97 m w marcu 2013 do 2,35 m w marcu 2014 – czyli o 0,38 m. Ponieważ w 2014 roku topnienie także przebiegało powoli, to należy spodziewać się dalszego wzrostu.
Pokrywający Ocean Arktyczny lód morski częściowo wystaje ponad poziom morza, nie jest całkowicie zanurzony w wodzie. To, jak bardzo wystaje lód ponad poziom wody, idzie w parze z jego grubością czy też objętością. Dlatego wysokość tzw. burty lodu wzrosła o 0,05 m w okresie marzec 2013/14. W marcu 2014 lód wystawał 0,21 m ponad lustro wody. Im bardziej lód jest zanurzony w wodzie i cienki, tym łatwiej się topi.
Rys. 8 Po lewej: wysokość tzw. burty lodu, czyli to jak wysoko wystaje ponad powierzchnię wody lód, w latach 2012-2014 dla marca, po prawej grubość lodu w latach 2012-2014 dla marca. Dane pomiarowe ESA CryoSat-2.
Patrząc na zmiany, jakie zaszły w ciągu ostatnich kilkunastu miesięcy, możemy tracić z oczu to, co stało się w Arktyce na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat. Jednak spojrzenie na trendy długookresowe wyraźnie pokazuje, że zmiany w klimacie Arktyki są radykalne i bezprecedensowe. Obecny klimat dopiero zareagował na zmianę ilości dwutlenku węgla, jaki został wyemitowany 40 lat temu. Wtedy w atmosferze znajdowało się około 330 ppm CO2. To ilość podobna do tej, jaka miała miejsce w czasach interglacjału eemskiego 120 tys. lat temu. Teraz koncentracja dwutlenku węgla jest podobna, (a być może większa) jak w środkowym pliocenie. W tamtych czasach nie było czapy polarnej, nie było grenlandzkiego lądolodu, a poziom oceanów był o 25 m wyższy niż obecnie. Oczywiście poziom oceanów za 40 lat nie wzrośnie o te 25 m. Ale do połowy tego wieku lód w Arktyce nie będzie już pewnie istniał.
Źródło: Arctic Report Card NOAA 2014
Hubert Bułgajewski, Arktyczny Lód – Arctic Report Card NOAA 2014
