Val de căldură

Un val de căldură este definit ca o perioadă prelungită de vreme excesiv de caldă, reprezentând o abatere semnificativă de la climatul tipic al unei regiuni pentru acea perioadă a anului. Acesta se caracterizează în primul rând prin temperaturi maxime anormal de ridicate în timpul zilei și, în mod critic, este adesea însoțit de temperaturi minime ridicate în timpul nopții. Această căldură susținută, chiar și în timpul nopții, este un factor esențial în amplificarea efectelor sale.

Definițiile specifice ale valurilor de căldură variază considerabil în funcție de localizarea geografică, clima locală și scopul urmărit de definiție (de exemplu, pentru avertizările de sănătate publică sau pentru înregistrările meteorologice). Cu toate acestea, un prag meteorologic comun presupune ca temperaturile să rămână semnificativ peste media sezonieră locală pentru o durată de cel puțin 2 până la 5 zile consecutive. Ceea ce constituie "semnificativ peste medie" poate fi cuantificat prin:

• Depășirea unei anumite percentile a temperaturilor istorice (cum ar fi percentila 90 sau 95).
• Depășirea pragurilor absolute specifice de temperatură care sunt relevante la nivel local.

Valurile de căldură sunt cel mai adesea asociate cu sisteme de înaltă presiune în atmosferă, denumite uneori "domuri de căldură". Aceste sisteme induc coborârea aerului. Pe măsură ce acest aer coboară, este comprimat și se încălzește. 

În plus, sistemele de înaltă presiune suprimă în mod activ formarea norilor și a precipitațiilor, ceea ce face ca radiațiile solare intense și neîntrerupte să ajungă la suprafață, încălzind și mai mult solul și aerul de deasupra acestuia. Natura stagnantă a sistemului de înaltă presiune limitează, de asemenea, circulația orizontală a aerului, împiedicând intrarea maselor de aer mai rece în regiune și reținând efectiv căldura în apropierea suprafeței pentru o perioadă prelungită.

În zonele urbane, această situație este adesea intensificată de insula de căldură urbană urbană. Mediile construite, cum ar fi asfaltul și betonul, absorb și rețin căldura mai eficient decât peisajele naturale înconjurătoare. Acest lucru duce la temperaturi locale mai ridicate, mai ales în timpul nopții, ceea ce crește și mai mult riscurile pentru sănătate și crește cererea de răcire.

Cum se manifestă valurile de căldură

Experiența și impactul unui val de căldură nu sunt uniforme, ci variază semnificativ în funcție de condițiile meteorologice specifice și de mediul local:

Intensitatea în timpul zilei

Cea mai evidentă manifestare este experiența unor temperaturi maxime excepțional de ridicate în timpul zilei. Aceste temperaturi pot depăși cu mult maximele tipice de vară, ajungând uneori la 40°C (104°F) sau chiar mai mult în multe regiuni temperate și subtropicale. 

Intensitatea radiației solare directe joacă, de asemenea, un rol major, în special în cazul cerului senin caracteristic sistemelor de înaltă presiune.

Căldura nocturnă

Un aspect esențial, și adesea subestimat, al unui val de căldură periculos este reprezentat de temperaturile minime ridicate. Atunci când temperaturile nocturne rămân ridicate, atât corpul uman, cât și multe ecosisteme sunt private de o ușurare adecvată. 

Acest lucru reduce capacitatea organismului de a se răci și de a se reface după stresul termic din timpul zilei, crescând substanțial riscul de boli legate de căldură și de mortalitate, în special în timpul evenimentelor prelungite. Nopțile tropicale, în care temperatura nu scade sub 20°C (68°F), pot fi deosebit de stresante.

Umiditate

Nivelul de umiditate atmosferică influențează profund modul în care este percepută căldura și impactul său general:

• În climatele umede: Valurile de căldură sunt adesea caracterizate de puncte de rouă. Umiditatea ridicată împiedică capacitatea organismului de a se răci prin transpirație și evaporare, ceea ce face ca condițiile să se simtă semnificativ mai fierbinți și mai opresive decât sugerează doar temperatura aerului. Acest efect este adesea cuantificat folosind indicele de căldură sau temperatura "resimțită".
• În regiunile uscate: În timp ce umiditatea este scăzută, valurile de căldură sunt dominate de soare intens și temperaturi ale aerului foarte ridicate. Umiditatea scăzută poate duce la evaporarea rapidă de pe suprafețe și corpuri, dar intensitatea căldurii poate fi totuși extrem de periculoasă, iar riscul de deshidratare este ridicat. De asemenea, căldura uscată crește semnificativ riscul de incendii de vegetație.

Cum sunt clasificate valurile de căldură

Având în vedere variațiile regionale, nu există o definiție sau un sistem de clasificare a valurilor de căldură unic, universal acceptat. Cu toate acestea, agențiile meteorologice și de sănătate publică clasifică sau descriu în mod obișnuit valurile de căldură folosind o combinație a următoarelor criterii:

1. Temperaturi maxime:
   
   • Intensitatea este adesea definită prin măsura în care temperatura maximă zilnică depășește o anumită percentila a distribuției istorice a temperaturii pentru data sau perioada respectivă (de exemplu, depășirea percentilei 90 sau 95 pe o perioadă de referință climatologică de 30 de ani). Acest prag relativ ajută la luarea în considerare a diferențelor climatice regionale.
   • Unele definiții utilizează, de asemenea, praguri absolute de temperatură (de exemplu, depășirea a 35°C, 40°C sau chiar mai mult pentru un anumit număr de zile), în special în regiunile în care astfel de temperaturi sunt relativ rare.
   • Pragul specific ales depinde adesea de vulnerabilitatea populației și a infrastructurii locale.
2. Temperaturi minime:
   
   • Din ce în ce mai mult, definițiile valurilor de căldură, în special cele axate pe rezultatele în materie de sănătate publică, includ criterii privind temperaturile minime nocturne ridicate.
   • Nopțile călduroase persistente sunt un factor critic în exacerbarea stresului termic la populațiile vulnerabile, prin împiedicarea recuperării fiziologice în timpul somnului. Sunt adesea utilizați parametri precum numărul de nopți consecutive peste un anumit prag de temperatură (de exemplu, 20°C sau 25°C).
3. Durata:
   
   • Un val de căldură necesită de obicei un număr minim de zile consecutive în care sunt îndeplinite criteriile de temperatură. Acesta variază de obicei între 2 și 5 zile consecutive, dar unele definiții pot necesita o durată minimă mai lungă.
   • Evenimentele de durată mai lungă sunt, în general, mai periculoase și cu un impact mai mare. Unele valuri de căldură, în special cele legate de modele persistente de blocaj atmosferic, pot dura o săptămână, două săptămâni sau chiar mai mult, ducând la un stres cumulativ asupra sistemelor și populațiilor.
4. Indicatori compuși:
   
   • Pentru a oferi o imagine mai cuprinzătoare a stresului termic, unele agenții utilizează indici care combină mai mulți factori cum ar fi temperatura, umiditatea și durata. Exemplele includ:
     
     • Indicele de căldură: Combină temperatura aerului și umiditatea relativă pentru a estima "senzația" de temperatură pentru corpul uman.
     • Temperatura globului la bulbul umed (WBGT): O măsură utilizată pentru a estima efectul temperaturii, umidității, vitezei vântului și căldurii radiante asupra oamenilor, adesea utilizată în domeniul sănătății ocupaționale și al sportului.
     • Factorul de căldură excesivă (EHF): Ia în considerare atât intensitatea căldurii, cât și aclimatizarea populației la temperaturile recente.

Impactul valurilor de căldură

Valurile de căldură au consecințe extinse și adesea grave în diverse sectoare:

Sănătatea umană

Impactul cel mai imediat și mai grav este asupra sănătății umane. Expunerea la căldură extremă poate duce la o serie de boli legate de căldură, de la afecțiuni mai ușoare, cum ar fi erupțiile cutanate și crampele de căldură, la afecțiuni mai grave și potențial fatale, cum ar fi epuizarea și insolația. 

De asemenea, stresul termic poate agrava condițiile de sănătate preexistente, în special bolile cardiovasculare, respiratorii și renale, ducând la creșterea numărului de spitalizări și a mortalității.

Grupurile vulnerabile sunt afectate în mod disproporționat, inclusiv:

• Persoanele în vârstă
• Sugari și copii mici
• Femei gravide
• Persoane cu boli cronice
• Lucrători și sportivi în aer liber
• Populații cu venituri reduse care nu au acces la o răcire adecvată
• Cei care sunt izolați social

După cum s-a subliniat anterior, căldura nocturnă prelungită este un factor major care contribuie la mortalitatea cauzată de căldură, deoarece împiedică organismul să se recupereze peste noapte.

Agricultură

Valurile de căldură reprezintă amenințări semnificative la adresa productivității agricole:

• Daune aduse culturilor: Stresul termic poate afecta culturile în diferite stadii de dezvoltare, reducând randamentul și afectând calitatea. Acesta poate perturba procese esențiale precum polenizarea, depunerea semințelor și dezvoltarea fructelor.
• Stresul animalelor: Animalele suferă din cauza expunerii la căldură, ceea ce poate duce la scăderea creșterii în greutate, scăderea producției de lapte sau de ouă, probleme de reproducere și creșterea mortalității.
• Calendarul este esențial: Căldura care apare în timpul etapelor sensibile de creștere (cum ar fi înflorirea sau umplerea boabelor pentru culturi) poate fi deosebit de dăunătoare și poate duce la pierderi economice substanțiale. De asemenea, căldura crește semnificativ cererea de apă pentru irigații și pentru creșterea animalelor.

Infrastructură

Valurile de căldură pun o presiune semnificativă asupra infrastructurii critice:

• Rețelele electrice: Se confruntă cu o presiune imensă din cauza creșterii cererii de energie electrică pentru aer condiționat și răcire, crescând riscul de pene de curent și pene de curent.
• Transportul: Drumurile se pot deforma și topi, șinele de cale ferată se pot deforma din cauza expansiunii termice, ceea ce duce la restricții de viteză și întârzieri, iar pistele aeroporturilor pot fi afectate, afectând operațiunile de zbor.
• Alimentarea cu apă: Sistemele pot fi solicitate pe măsură ce crește cererea de apă pentru băut, irigații și răcire, în special atunci când valurile de căldură coincid cu sau exacerbează condițiile de secetă.

Incendii de vegetație și ecosisteme

Temperaturile ridicate cresc semnificativ ratele de evaporare, uscând umiditatea solului și vegetația. Acest lucru creează condiții de focar și crește dramatic riscul și intensitatea incendiilor de vegetație. 

Indicele indicele meteorologic al incendiilor este adesea utilizat pentru monitorizarea și prognozarea riscului de incendii de vegetație în condiții de căldură și secetă, deoarece integrează factori precum temperatura, viteza vântului, umiditatea și disponibilitatea combustibilului.

• Ecosistemele acvatice: Sunt vulnerabile pe măsură ce temperatura apei crește, ducând la reducerea nivelului de oxigen dizolvat, care poate stresa sau ucide peștii și alte viețuitoare acvatice.
• Ecosisteme terestre: Experimentează stresul termic asupra plantelor și animalelor, ceea ce poate duce la dispariția vegetației și la schimbări în comportamentul și distribuția speciilor.

Valuri de căldură și secetă

Valurile de căldură și seceta sunt adesea interconectate, creând fenomene extreme compuse periculoase care au un impact mai mare decât oricare dintre aceste fenomene care apar izolat:

Seceta intensifică valurile de căldură

Atunci când solul este uscat din cauza secetei, mai puțină energie solară este utilizată pentru evaporare (căldură latentă), iar mai multă energie este transferată în încălzirea aerului (căldură sensibilă). 

Această lipsă de răcire prin evaporare permite ca temperaturile de la suprafață să crească mult mai mult decât ar face-o pe un sol umed, amplificând intensitatea valului de căldură.

Valurile de căldură pot intensifica seceta

În schimb, temperaturile ridicate și creșterea radiației solare în timpul unui val de căldură cresc semnificativ evaporarea de pe suprafețele terestre și din corpurile de apă și cresc transpirația plantelor. 

Acest lucru duce la o epuizare mai rapidă a umidității solului și a resurselor de apă de suprafață, exacerbând condițiile de secetă existente sau chiar declanșând o secetă.

Bucle de reacție și efecte combinate

Interacțiunea dintre căldură și secetă poate crea bucle de reacție pozitivă. Un val de căldură usucă peisajul, ceea ce face ca valul de căldură următor să fie și mai fierbinte. 

Acest ciclu este o preocupare din ce în ce mai mare în contextul schimbărilor climatice. Combinația de căldură extremă și penurie de apă este deosebit de periculoasă pentru agricultură, resursele de apă și ecosisteme, putând duce la pierderea pe scară largă a recoltelor, la penurii grave de apă și la creșterea mortalității arborilor, cu consecințe economice și de mediu semnificative. 

În unele regiuni, valurile de căldură prelungite și intense - în special cele asociate cu sisteme persistente de înaltă presiune de blocare - pot fi un factor principal în inițierea sau agravarea condițiilor de secetă prin depășirea capacității sistemului de a face față cererii evaporative crescute.

Înțelegerea și abordarea impactului valurilor de căldură

Pe scurt, un val de căldură este mult mai mult decât câteva zile caniculare. Este un fenomen meteorologic complex, determinat în principal de sisteme de înaltă presiune persistente, caracterizat prin perioade prelungite de temperaturi anormal de ridicate, inclusiv minime nocturne foarte ridicate. 

Definiția sa variază în funcție de regiune, dar este clasificată de obicei în funcție de pragurile de temperatură (absolute sau relative), durată și, uneori, indici compuși. Efectele valurilor de căldură sunt semnificative și de mare amploare, afectând sănătatea umană, agricultura, infrastructura critică și ecosistemele naturale. 

În plus, valurile de căldură sunt intrinsec legate de secetă, amplificându-și adesea reciproc efectele în evenimente combinate periculoase. 

Înțelegerea naturii cu multiple fațete a valurilor de căldură și a interacțiunilor acestora cu alte fenomene climatice extreme este esențială pentru o prognoză eficientă, pentru pregătirea în domeniul sănătății publice, pentru planificarea infrastructurii și pentru consolidarea rezilienței la schimbările climatice într-o lume în curs de încălzire.