Karstuma vilnis

Karstuma vilnis ir ilgstošs pārmērīgi karstu laikapstākļu periods, kas ievērojami atšķiras no tipiskā reģiona klimata attiecīgajā gadalaikā. To galvenokārt raksturo neparasti augstas maksimālās diennakts temperatūras, un, kas ir ļoti svarīgi, to bieži pavada paaugstinātas minimālās nakts temperatūras. Šis ilgstošais karstums pat naktī ir izšķirošs faktors, kas pastiprina tā ietekmi.

Konkrētas karstuma viļņu definīcijas ievērojami atšķiras atkarībā no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, vietējā klimata un definīcijas mērķa (piemēram, sabiedrības veselības brīdinājumiem vai meteoroloģiskiem datiem). Tomēr parasti meteoroloģiskais slieksnis nosaka, ka temperatūrai vismaz 2 līdz 5 dienas pēc kārtas ievērojami jāpārsniedz vietējais sezonas vidējais rādītājs. To, kas ir "ievērojami virs vidējā līmeņa", var noteikt kvantitatīvi:

• pārsniedzot noteiktu vēsturisko temperatūru procentili (piemēram, 90. vai 95. procentili).
• pārsniegtas konkrētas absolūtās temperatūras robežvērtības, kas ir vietēji būtiskas.

Karstuma viļņi parasti ir saistīti ar stacionāriem augsta spiediena sistēmām atmosfērā, kuras dažkārt dēvē par "siltuma kupoliem". Šīs sistēmas izraisa gaisa grimšanu. Šim gaisam nolaižoties, tas tiek saspiests un sasilst. 

Turklāt augsta spiediena sistēmas aktīvi kavē mākoņu veidošanos un nokrišņi, kā rezultātā saules starojums nepārtraukti un intensīvi sasniedz zemes virsmu, kas vēl vairāk uzkarsē zemi un gaisu virs tās. Augsta spiediena sistēmas stagnācija ierobežo arī horizontālo gaisa cirkulāciju, neļaujot reģionā ieplūst vēsākām gaisa masām un efektīvi uz ilgāku laiku iesaldējot siltumu pie virsmas.

Pilsētu teritorijās šo situāciju bieži vien vēl vairāk pasliktina pilsētas siltuma sala efekts. Apbūvēta vide, piemēram, asfalts un betons, absorbē un saglabā siltumu efektīvāk nekā apkārtējās dabiskās ainavas. Tas rada augstāku vietējo temperatūru, kas īpaši jūtama naktī, kas vēl vairāk palielina veselības apdraudējumu un palielina dzesēšanas pieprasījumu.

Kā izpaužas karstuma viļņi

Karstuma viļņu pieredze un ietekme nav viendabīga, bet ievērojami atšķiras atkarībā no konkrētiem meteoroloģiskajiem apstākļiem un vietējās vides:

Dienas intensitāte

Visredzamākā izpausme ir ārkārtīgi augsta maksimālā temperatūra dienas laikā. Daudzos mērenā un subtropiskā klimata reģionos šīs temperatūras var ievērojami pārsniegt vasarai raksturīgo maksimālo temperatūru, dažkārt sasniedzot 40 °C vai pat vairāk. 

Liela nozīme ir arī tiešā saules starojuma intensitātei, jo īpaši augsta spiediena sistēmām raksturīgajās skaidrās debesīs.

Nakts siltums

Būtisks un bieži vien nepietiekami novērtēts bīstama karstuma viļņa aspekts ir paaugstināta minimālā temperatūra. Ja nakts temperatūra saglabājas augsta, gan cilvēka organismam, gan daudzām ekosistēmām ir liegta pietiekama aizsardzība. 

Tas samazina organisma spēju atdzist un atgūties no dienas karstuma stresa, ievērojami palielinot ar karstumu saistītu slimību un mirstības risku, īpaši ilgstošu pasākumu laikā. Tropu naktis, kad temperatūra nav zemāka par 20 °C, var būt īpaši stresainas.

Mitrums

Atmosfēras mitruma līmenis būtiski ietekmē siltuma uztveri un tā kopējo ietekmi:

• Mitrā klimatā: Karstuma viļņiem bieži raksturīgs augsts rasas punkti. Augsts gaisa mitrums kavē organisma spēju atvēsināties, svīstot un iztvaikojot, tādējādi apstākļi kļūst daudz karstāki un nomācošāki, nekā liecina gaisa temperatūra. Šo efektu bieži mēra, izmantojot karstuma indeksu jeb temperatūru "sajūtama kā".
• Sausos reģionos: Lai gan gaisa mitrums ir zems, karstuma viļņos dominē intensīva saule un ļoti augsta gaisa temperatūra. Zems mitruma līmenis var izraisīt strauju iztvaikošanu no virsmām un ķermeņiem, taču karstuma intensitāte joprojām var būt ļoti bīstama, un dehidratācijas risks ir augsts. Sausais karstums arī ievērojami palielina meža ugunsgrēku risku.

Kā klasificē karstuma viļņus

Ņemot vērā reģionālās atšķirības, nav vienotas, vispārpieņemtas karstuma viļņu definīcijas vai klasifikācijas sistēmas. Tomēr meteoroloģijas un sabiedrības veselības aģentūras parasti klasificē vai apraksta karstuma viļņus, izmantojot šādu kritēriju kombināciju:

1. Maksimālā temperatūra:
   
   • Intensitāti bieži vien nosaka pēc tā, cik lielā mērā dienas maksimālā temperatūra pārsniedz noteiktu vēsturiskā temperatūras sadalījuma procentili konkrētajā datumā vai laikposmā (piemēram, pārsniedzot 90. vai 95. procentili 30 gadu klimatoloģiskajā atsauces periodā). Šī relatīvā robežvērtība palīdz ņemt vērā reģionālās klimata atšķirības.
   • Dažās definīcijās tiek izmantotas arī absolūtās temperatūras robežvērtības (piemēram, 35°C, 40°C vai pat augstāka temperatūra noteiktu dienu skaitu), jo īpaši reģionos, kur šādas temperatūras ir relatīvi retas.
   • Konkrētais izvēlētais slieksnis bieži vien ir atkarīgs no vietējo iedzīvotāju un infrastruktūras neaizsargātības.
2. Minimālā temperatūra:
   
   • Arvien biežāk karstuma viļņu definīcijās, jo īpaši tajās, kas vērstas uz sabiedrības veselību, tiek iekļauti kritēriji attiecībā uz augstām nakts minimālajām temperatūrām.
   • Ilgstoši siltas naktis ir būtisks faktors, kas saasina karstuma stresu neaizsargātām iedzīvotāju grupām, neļaujot fizioloģiski atjaunoties miega laikā. Bieži tiek izmantoti tādi rādītāji kā to nakšu skaits pēc kārtas, kad temperatūra pārsniedz noteiktu robežvērtību (piemēram, 20°C vai 25°C).
3. Ilgums:
   
   • Parasti karstuma vilnim ir nepieciešams minimālais secīgu dienu skaits, kad ir izpildīti temperatūras kritēriji. Parasti tas ir no 2 līdz 5 dienām pēc kārtas, bet dažās definīcijās var būt noteikts ilgāks minimālais ilgums.
   • Ilgstošāki notikumi parasti ir bīstamāki un ietekmīgāki. Daži karstuma viļņi, jo īpaši tie, kas saistīti ar ilgstošu atmosfēras bloķēšanu, var ilgt nedēļu, divas nedēļas vai pat ilgāk, izraisot kumulatīvu stresu sistēmām un iedzīvotājiem.
4. Saliktie rādītāji:
   
   • Lai sniegtu vispusīgāku priekšstatu par karstuma stresu, dažas aģentūras izmanto indeksi, kas apvieno vairākus faktorus. piemēram, temperatūra, mitrums un ilgums. Piemēri:
     
     • Siltuma indekss: Lai novērtētu temperatūru, kas cilvēka ķermenim ir "jūtama", tiek apvienota gaisa temperatūra un relatīvais mitrums.
     • Slapjās lodītes temperatūra (WBGT): Tas ir rādītājs, ko izmanto, lai novērtētu temperatūras, mitruma, vēja ātruma un siltuma starojuma ietekmi uz cilvēku, un to bieži izmanto arodveselības un sporta jomā.
     • Pārpalikuma siltuma koeficients (EHF): Ņemot vērā gan karstuma intensitāti, gan iedzīvotāju aklimatizāciju nesenajām temperatūrām.

Karstuma viļņu ietekme

Karstuma viļņiem ir plašas un bieži vien smagas sekas dažādās nozarēs:

Cilvēku veselība

Tiešākā un nopietnākā ietekme ir uz cilvēku veselību. Ļoti liela karstuma iedarbība var izraisīt dažādas ar karstumu saistītas slimības, sākot ar vieglākām saslimšanām, piemēram, izsitumiem un krampjiem, un beidzot ar smagākām un potenciāli letālām saslimšanām, piemēram, karstuma izsīkumu un karstuma dūrienu. 

Karstuma stress var arī pasliktināt jau esošus veselības stāvokļus, jo īpaši sirds un asinsvadu, elpošanas un nieru slimības, kā rezultātā palielinās hospitalizāciju un mirstība.

Neproporcionāli skartas ir neaizsargātas grupas, tostarp:

• Vecāka gadagājuma cilvēki
• Zīdaiņi un mazi bērni
• Grūtnieces
• Personas ar hroniskām slimībām
• Strādājošie brīvā dabā un sportisti
• Iedzīvotāji ar zemiem ienākumiem, kam nav piekļuves piemērotai dzesēšanai
• Sociāli izolēti cilvēki

Kā jau iepriekš uzsvērts, ilgstošs nakts karstums ir galvenais ar karstumu saistītās mirstības faktors, jo tas neļauj organismam atveseļoties pa nakti.

Lauksaimniecība

Karstuma viļņi būtiski apdraud lauksaimniecības ražīgumu:

• Kaitējums kultūraugiem: Karstuma stress var kaitēt kultūraugiem dažādos attīstības posmos, samazinot ražas un ietekmējot kvalitāti. Tas var traucēt tādus būtiskus procesus kā apputeksnēšana, sēklu veidošanās un augļu attīstība.
• Stress mājlopiem: Siltuma ietekmē mājlopi cieš no karstuma, kas var izraisīt svara pieauguma samazināšanos, piena vai olu produkcijas samazināšanos, reproduktīvās problēmas un paaugstinātu mirstību.
• Laiks ir izšķirošs: karstums, kas iestājas jutīgos augšanas posmos (piemēram, kultūraugu ziedēšanas vai graudu pildīšanās laikā), var būt īpaši kaitīgs un radīt ievērojamus ekonomiskos zaudējumus. Karstums arī ievērojami palielina ūdens pieprasījumu apūdeņošanai un lopkopībai.

Infrastruktūra

Karstuma viļņi ievērojami noslogo kritisko infrastruktūru:

• Elektrotīkli: Pieprasījums pēc elektroenerģijas gaisa kondicionēšanas un dzesēšanas vajadzībām ir ļoti liels, un tas palielina brūnogriezumu un elektrības pārrāvumu risku.
• Transports: Ceļi var izliekties un izkalst, dzelzceļa sliedes var deformēties termiskās izplešanās dēļ, kā rezultātā var rasties ātruma ierobežojumi un kavēšanās, un lidostu skrejceļi var tikt ietekmēti, ietekmējot lidojumu veikšanu.
• Ūdensapgāde: Sistēmas var tikt saspringtas, jo palielinās pieprasījums pēc ūdens dzeršanai, apūdeņošanai un dzesēšanai, jo īpaši tad, ja karstuma viļņi sakrīt ar sausuma apstākļiem vai saasina tos.

Meža ugunsgrēki un ekosistēmas

Augstas temperatūras ievērojami palielina iztvaikošanas ātrumu, izžāvējot augsnes mitrumu un veģetāciju. Tas rada ugunsgrēka apstākļus un ievērojami palielina meža ugunsgrēku risku un intensitāti. 

Portāls ugunsnedrošo laikapstākļu indekss bieži izmanto, lai uzraudzītu un prognozētu ugunsgrēku risku karstā un sausā laikā, jo tas apvieno tādus faktorus kā temperatūra, vēja ātrums, mitrums un degvielas pieejamība.

• Ūdens ekosistēmas: ūdens temperatūra paaugstinās, kā rezultātā samazinās izšķīdušā skābekļa līmenis, kas var radīt stresu vai izraisīt zivju un citu ūdensdzīvnieku bojāeju.
• Sauszemes ekosistēmas: Siltuma radītais stress ietekmē augus un dzīvniekus, kas var izraisīt veģetācijas atmiršanu un izmaiņas sugu uzvedībā un izplatībā.

Karstuma viļņi un sausums

Karstuma viļņi un sausums bieži vien ir savstarpēji saistīti, radot bīstamus ekstrēmus notikumus, kas ir daudz spēcīgāki nekā katra no šīm parādībām atsevišķi:

Sausums pastiprina karstuma viļņus

Ja zeme ir sausa sausuma dēļ, iztvaikošanai tiek izmantots mazāk saules enerģijas (latentais siltums) un vairāk enerģijas tiek nodots gaisa sildīšanai (jūtamais siltums). 

Tā kā nav iztvaikošanas dzesēšanas, virsmas temperatūra paaugstinās daudz augstāk nekā mitrā augsnē, tādējādi pastiprinot karstuma viļņa intensitāti.

Karstuma viļņi var pastiprināt sausumu

Turpretī karstuma viļņa laikā augstā temperatūra un paaugstinātā saules radiācija ievērojami palielina iztvaikošanu no zemes virsmām un ūdenstilpēm un palielina augu transpirāciju. 

Tas izraisa straujāku augsnes mitruma un virszemes ūdens resursu izsīkšanu, saasinot esošos sausuma apstākļus vai pat izraisot sausuma iestāšanos.

Atgriezeniskās saiknes un pastiprināta ietekme

Siltuma un sausuma mijiedarbība var radīt pozitīvas atgriezeniskās saites. Karstuma vilnis izžāvē ainavu, kas padara vēl karstāku nākamo karstuma vilni. 

Klimata pārmaiņu apstākļos šis cikls rada aizvien lielākas bažas. Ekstremāla karstuma un ūdens trūkuma kombinācija ir īpaši bīstama lauksaimniecībai, ūdens resursiem un ekosistēmām, kas var izraisīt plašus ražas zudumus, nopietnu ūdens trūkumu un koku mirstības pieaugumu, radot būtiskas ekonomiskas un vides sekas. 

Dažos reģionos ilgstoši un intensīvi karstuma viļņi, jo īpaši tie, kas saistīti ar ilgstošām bloķējošām augsta spiediena sistēmām, var būt galvenais faktors, kas veicina sausuma apstākļu rašanos vai pasliktināšanos, pārspējot sistēmas spēju tikt galā ar paaugstinātu iztvaikošanas pieprasījumu.

Izpratne par karstuma viļņu ietekmi un tās novēršana

Kopumā karstuma vilnis ir daudz vairāk nekā tikai dažas karstas dienas. Tā ir sarežģīta meteoroloģiska parādība, ko galvenokārt izraisa noturīgas augsta spiediena sistēmas, un tai raksturīgi ilgstoši pārmērīgi augstas temperatūras periodi, tostarp būtiski paaugstināts nakts minimums. 

Tās definīcija reģionāli atšķiras, bet parasti to klasificē pēc temperatūras sliekšņa (absolūtā vai relatīvā), ilguma un dažkārt arī pēc saliktiem rādītājiem. Karstuma viļņu ietekme ir ievērojama un tālejoša, tā ietekmē cilvēku veselību, lauksaimniecību, kritisko infrastruktūru un dabas ekosistēmas. 

Turklāt karstuma viļņi ir cieši saistīti ar sausuma periodiem, un bieži vien tie pastiprina viens otra ietekmi, veidojot bīstamu notikumu kopumu. 

Izpratne par karstuma viļņu daudzšķautņaino raksturu un to mijiedarbību ar citiem klimata ekstrēmiem ir būtiska efektīvai prognozēšanai, sabiedrības veselības sagatavotībai, infrastruktūras plānošanai un noturības pret klimata pārmaiņām veidošanai sasilstošā pasaulē.