Fala upałów

Fala upałów jest definiowana jako przedłużający się okres nadmiernie gorącej pogody, stanowiący znaczące odchylenie od typowego klimatu regionu w danej porze roku. Charakteryzuje się przede wszystkim nienormalnie wysokimi maksymalnymi temperaturami w ciągu dnia i, co najważniejsze, często towarzyszą im podwyższone minimalne temperatury w nocy. Utrzymujące się ciepło, nawet w nocy, jest kluczowym czynnikiem wzmacniającym jego skutki.

Konkretne definicje fal upałów różnią się znacznie w zależności od położenia geograficznego, lokalnego klimatu i zamierzonego celu definicji (na przykład w przypadku ostrzeżeń dotyczących zdrowia publicznego w porównaniu z zapisami meteorologicznymi). Jednak wspólny próg meteorologiczny wymaga, aby temperatury pozostawały znacznie powyżej lokalnej średniej sezonowej przez co najmniej 2 do 5 kolejnych dni. To, co stanowi "znacznie powyżej średniej", można określić ilościowo:

• Przekroczenie określonego percentyla temperatur historycznych (np. 90. lub 95. percentyla).
• Przekroczenie określonych progów temperatury bezwzględnej, które są istotne lokalnie.

Fale upałów są najczęściej związane ze stacjonarnymi układami wysokiego ciśnienia w atmosferze, czasami określanymi jako "kopuły ciepła". Układy te powodują opadanie powietrza. Podczas opadania powietrze jest sprężane i ogrzewa się. 

Dodatkowo, układy wysokiego ciśnienia aktywnie hamują powstawanie chmur i opadów. opadyco prowadzi do nieprzerwanego i intensywnego promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni, które dodatkowo ogrzewa ziemię i powietrze nad nią. Stagnacyjny charakter układu wysokiego ciśnienia ogranicza również poziomą cyrkulację powietrza, zapobiegając przedostawaniu się chłodniejszych mas powietrza do regionu i skutecznie zatrzymując ciepło przy powierzchni przez dłuższy czas.

Na obszarach miejskich sytuacja ta jest często potęgowana przez miejska wyspa ciepła efekt miejskiej wyspy ciepła. Środowiska zabudowane, takie jak asfalt i beton, pochłaniają i zatrzymują ciepło skuteczniej niż otaczające je naturalne krajobrazy. Skutkuje to wyższymi temperaturami lokalnymi, szczególnie zauważalnymi w nocy, co dodatkowo zwiększa zagrożenie dla zdrowia i zwiększa zapotrzebowanie na chłodzenie.

Jak objawiają się fale upałów

Doświadczenie i wpływ fali upałów nie są jednolite, ale różnią się znacznie w zależności od konkretnych warunków meteorologicznych i lokalnego środowiska:

Intensywność w ciągu dnia

Najbardziej widocznym tego przejawem jest doświadczanie wyjątkowo wysokich maksymalnych temperatur w ciągu dnia. Temperatury te mogą znacznie przekraczać typowe letnie maksima, czasami osiągając 40°C (104°F) lub nawet więcej w wielu regionach umiarkowanych i subtropikalnych. 

Intensywność bezpośredniego promieniowania słonecznego również odgrywa ważną rolę, zwłaszcza przy czystym niebie charakterystycznym dla układów wysokiego ciśnienia.

Ciepło w nocy

Krytycznym i często niedocenianym aspektem niebezpiecznej fali upałów są podwyższone temperatury minimalne. Gdy temperatury w nocy pozostają wysokie, zarówno ludzkie ciało, jak i wiele ekosystemów jest pozbawionych odpowiedniej ulgi. 

Zmniejsza to zdolność organizmu do ochłodzenia się i regeneracji po stresie cieplnym w ciągu dnia, znacznie zwiększając ryzyko chorób związanych z upałem i śmiertelności, szczególnie podczas długotrwałych zdarzeń. Szczególnie stresujące mogą być tropikalne noce, podczas których temperatura nie spada poniżej 20°C (68°F).

Wilgotność

Poziom wilgotności atmosferycznej ma ogromny wpływ na postrzeganie ciepła i jego ogólny wpływ:

• W wilgotnym klimacie: Fale upałów często charakteryzują się wysokimi punktami rosy. Wysoka wilgotność utrudnia zdolność organizmu do chłodzenia się poprzez pocenie się i parowanie, sprawiając, że warunki są znacznie gorętsze i bardziej uciążliwe niż sugeruje to sama temperatura powietrza. Efekt ten jest często mierzony za pomocą indeksu ciepła lub temperatury odczuwalnej.
• W regionach suchych: Podczas gdy wilgotność jest niska, fale upałów są zdominowane przez intensywne słońce i bardzo wysokie temperatury powietrza. Niska wilgotność może prowadzić do szybkiego parowania z powierzchni i ciał, ale sama intensywność upału może być niezwykle niebezpieczna, a ryzyko odwodnienia jest wysokie. Suche upały znacznie zwiększają również ryzyko pożarów.

Jak klasyfikowane są fale upałów

Biorąc pod uwagę różnice regionalne, nie ma jednej, powszechnie uzgodnionej definicji lub systemu klasyfikacji fal upałów. Jednak agencje meteorologiczne i zdrowia publicznego powszechnie klasyfikują lub opisują fale upałów przy użyciu kombinacji następujących kryteriów:

1. Maksymalne temperatury:
   
   • Intensywność jest często definiowana przez to, jak bardzo dzienna temperatura maksymalna przekracza określony percentyl historycznego rozkładu temperatury dla tej konkretnej daty lub okresu (np. przekroczenie 90. lub 95. percentyla w 30-letnim klimatologicznym okresie odniesienia). Ten względny próg pomaga uwzględnić regionalne różnice klimatyczne.
   • Niektóre definicje wykorzystują również bezwzględne progi temperatury (np. przekroczenie 35°C, 40°C lub nawet wyższej temperatury przez określoną liczbę dni), szczególnie w regionach, w których takie temperatury występują stosunkowo rzadko.
   • Wybrany próg często zależy od wrażliwości lokalnej ludności i infrastruktury.
2. Minimalne temperatury:
   
   • Coraz częściej definicje fali upałów, zwłaszcza te skoncentrowane na wynikach w zakresie zdrowia publicznego, obejmują kryteria wysokich minimalnych temperatur w ciągu nocy.
   • Utrzymujące się ciepłe noce są krytycznym czynnikiem nasilającym stres cieplny u wrażliwych populacji, uniemożliwiając fizjologiczną regenerację podczas snu. Często stosuje się wskaźniki takie jak liczba kolejnych nocy powyżej określonego progu temperatury (np. 20°C lub 25°C).
3. Czas trwania:
   
   • Fala upałów zazwyczaj wymaga minimalnej liczby kolejnych dni, w których spełnione są kryteria temperatury. Zwykle waha się ona od 2 do 5 kolejnych dni, ale niektóre definicje mogą wymagać dłuższego minimalnego czasu trwania.
   • Zdarzenia o dłuższym czasie trwania są na ogół bardziej niebezpieczne i mają większy wpływ. Niektóre fale upałów, szczególnie te związane z utrzymującymi się wzorcami blokowania atmosferycznego, mogą trwać tydzień, dwa tygodnie lub nawet dłużej, prowadząc do skumulowanego stresu dla systemów i populacji.
4. Wskaźniki złożone:
   
   • Aby zapewnić bardziej kompleksowy obraz stresu cieplnego, niektóre agencje wykorzystują indeksy łączące wiele czynników takie jak temperatura, wilgotność i czas trwania. Przykłady obejmują:
     
     • Wskaźnik ciepła: Łączy temperaturę powietrza i wilgotność względną w celu oszacowania temperatury odczuwalnej dla ludzkiego ciała.
     • Temperatura mokrego termometru (WBGT): Miara stosowana do oszacowania wpływu temperatury, wilgotności, prędkości wiatru i promieniowania cieplnego na ludzi, często stosowana w medycynie pracy i sporcie.
     • Współczynnik nadmiaru ciepła (EHF): Uwzględnia zarówno intensywność upałów, jak i aklimatyzację populacji do ostatnich temperatur.

Skutki fal upałów

Fale upałów mają rozległe i często poważne konsekwencje w różnych sektorach:

Zdrowie ludzkie

Najbardziej bezpośredni i poważny wpływ ma na ludzkie zdrowie. Narażenie na ekstremalne upały może prowadzić do szeregu chorób związanych z upałem, od łagodniejszych stanów, takich jak wysypka cieplna i skurcze, po poważniejsze i potencjalnie śmiertelne stany, takie jak wyczerpanie cieplne i udar cieplny. 

Stres cieplny może również pogorszyć istniejące wcześniej warunki zdrowotne, w szczególności choroby układu krążenia, układu oddechowego i nerek, prowadząc do zwiększonej liczby hospitalizacji i śmiertelności.

Grupy szczególnie wrażliwe są nieproporcjonalnie dotknięte, w tym

• Osoby starsze
• Niemowlęta i małe dzieci
• Kobiety w ciąży
• Osoby cierpiące na choroby przewlekłe
• Osoby pracujące na zewnątrz i sportowcy
• Populacje o niskich dochodach bez dostępu do odpowiedniego chłodzenia
• Osoby odizolowane społecznie

Jak wcześniej podkreślono, przedłużające się nocne upały są głównym czynnikiem przyczyniającym się do śmiertelności związanej z upałami, ponieważ uniemożliwiają organizmowi regenerację w ciągu nocy.

Rolnictwo

Fale upałów stanowią poważne zagrożenie dla wydajności rolnictwa:

• Uszkodzenia upraw: Stres cieplny może uszkodzić uprawy na różnych etapach rozwoju, zmniejszając plony i wpływając na ich jakość. Może zakłócać kluczowe procesy, takie jak zapylanie, zawiązywanie nasion i rozwój owoców.
• Stres zwierząt gospodarskich: Zwierzęta hodowlane cierpią z powodu ekspozycji na ciepło, co może prowadzić do zmniejszonego przyrostu masy ciała, zmniejszonej produkcji mleka lub jaj, problemów reprodukcyjnych i zwiększonej śmiertelności.
• Czas ma kluczowe znaczenie: upały występujące podczas wrażliwych etapów wzrostu (takich jak kwitnienie lub napełnianie ziarna w przypadku upraw) mogą być szczególnie szkodliwe i prowadzić do znacznych strat ekonomicznych. Upały znacznie zwiększają również zapotrzebowanie na wodę do nawadniania i hodowli zwierząt.

Infrastruktura

Fale upałów znacznie obciążają infrastrukturę krytyczną:

• Sieci energetyczne: Stoją w obliczu ogromnej presji ze względu na gwałtowny wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną do klimatyzacji i chłodzenia, zwiększając ryzyko przerw w dostawie prądu i awarii zasilania.
• Transport: Drogi mogą się wyboczyć i stopić, tory kolejowe mogą się wypaczyć z powodu rozszerzalności cieplnej, co prowadzi do ograniczeń prędkości i opóźnień, a pasy startowe lotnisk mogą ulec uszkodzeniu, wpływając na operacje lotnicze.
• Zaopatrzenie w wodę: Systemy mogą być przeciążone, ponieważ wzrasta zapotrzebowanie na wodę do picia, nawadniania i chłodzenia, zwłaszcza gdy fale upałów zbiegają się z warunkami suszy lub je nasilają.

Pożary i ekosystemy

Wysokie temperatury znacznie zwiększają szybkość parowania, wysuszając wilgotność gleby i roślinność. Tworzy to warunki sprzyjające rozprzestrzenianiu się pożarów i znacznie zwiększa ich ryzyko i intensywność. 

Indeks indeks pogody pożarowej jest często używany do monitorowania i prognozowania ryzyka pożarów w gorących i suchych warunkach, ponieważ integruje takie czynniki, jak temperatura, prędkość wiatru, wilgotność i dostępność paliwa.

• Ekosystemy wodne: Są wrażliwe na wzrost temperatury wody, co prowadzi do obniżenia poziomu rozpuszczonego tlenu, który może stresować lub zabijać ryby i inne organizmy wodne.
• Ekosystemy lądowe: Doświadczenie stresu cieplnego na roślinach i zwierzętach, potencjalnie prowadzące do zamierania roślinności oraz zmian w zachowaniu i rozmieszczeniu gatunków.

Fale upałów i susze

Fale upałów i susze są często ze sobą powiązane, tworząc niebezpieczne , złożone ekstremalne zjawiska, które mają większy wpływ niż każde z tych zjawisk występujące osobno:

Susza nasila fale upałów

Gdy ziemia jest sucha z powodu suszy, mniej energii słonecznej jest wykorzystywane do parowania (ciepło utajone), a więcej energii jest przekazywane do ogrzewania powietrza (ciepło jawne). 

Ten brak chłodzenia parą wodną umożliwia wzrost temperatury powierzchni znacznie wyższy niż w przypadku wilgotnej gleby, zwiększając intensywność fali upałów.

Fale upałów mogą nasilać susze

I odwrotnie, wysokie temperatury i zwiększone promieniowanie słoneczne podczas fali upałów znacznie zwiększają parowanie z powierzchni lądowych i zbiorników wodnych oraz zwiększają transpirację roślin. 

Prowadzi to do szybszego wyczerpywania się wilgoci w glebie i zasobów wód powierzchniowych, pogarszając istniejące warunki suszy lub nawet wywołując jej początek.

Pętle sprzężenia zwrotnego i złożone skutki

Interakcja między upałem a suszą może tworzyć pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego. Fala upałów wysusza krajobraz, co sprawia, że kolejna fala upałów jest jeszcze gorętsza. 

Cykl ten stanowi coraz większy problem w związku ze zmianami klimatu. Połączenie ekstremalnych upałów i niedoboru wody jest szczególnie niebezpieczne dla rolnictwa, zasobów wodnych i ekosystemów, potencjalnie prowadząc do powszechnego niepowodzenia upraw, poważnych niedoborów wody i zwiększonej śmiertelności drzew, co ma znaczące konsekwencje gospodarcze i środowiskowe. 

W niektórych regionach długotrwałe i intensywne fale upałów - szczególnie te związane z utrzymującymi się blokującymi systemami wysokiego ciśnienia - mogą być głównym czynnikiem inicjującym lub pogarszającym warunki suszy, ponieważ przytłaczają zdolność systemu do radzenia sobie ze zwiększonym zapotrzebowaniem na parowanie.

Zrozumienie i przeciwdziałanie skutkom fal upałów

Podsumowując, fala upałów to znacznie więcej niż tylko kilka gorących dni. Jest to złożone zjawisko meteorologiczne, napędzane głównie przez utrzymujące się układy wysokiego ciśnienia, charakteryzujące się przedłużającymi się okresami nienormalnie wysokich temperatur, w tym kluczowymi podwyższonymi minimalnymi temperaturami nocnymi. 

Jego definicja różni się w zależności od regionu, ale zazwyczaj jest klasyfikowana według progów temperatury (bezwzględnych lub względnych), czasu trwania, a czasem wskaźników złożonych. Skutki fal upałów są znaczące i dalekosiężne, wpływając na zdrowie ludzi, rolnictwo, infrastrukturę krytyczną i naturalne ekosystemy. 

Co więcej, fale upałów są nierozerwalnie związane z suszami, często wzmacniając wzajemnie swoje skutki w postaci niebezpiecznych zdarzeń złożonych. 

Zrozumienie wieloaspektowego charakteru fal upałów i ich interakcji z innymi ekstremami klimatycznymi jest niezbędne do skutecznego prognozowania, gotowości zdrowia publicznego, planowania infrastruktury i budowania odporności na zmiany klimatu w ocieplającym się świecie.