Termodynamika mimotropických cyklón je však trochu odlišná od hurikánov. Na rozdiel od „našich" cyklón mierneho pásma, sú v hurikánoch silné vetry poháňané extrémne veľkým horizontálnym tlakovým gradientom. Inak povedané v hurikánoch klesá tlak vzduchu na jednotku horizontálnej vzdialenosti rýchlejšie ako v bežných mimotropických cyklónach. A prečo je to tak? Pri bežnom hurikáne ste si celkom isto všimli prítomnosť tzv. oka, ktoré je výrazným poznávacím znakom jeho centrálnej časti. Oko hurikánu je obklopené veľmi vysokou hradbou (konvektívnej) oblačnosti - tiež sa niekedy nazýva „stena oka". Tento oblačný útvar je výsledkom mimoriadne intenzívnych výstupných pohybov vzduchu, ktoré v bežných cyklónach mierneho pásma nenájdete. A prečo? V miernych šírkach na takéto intenzívne procesy jednoducho chýba dostatočné množstvo energie - procesy spojené s výstupom zahriateho vzduchu v centre mimotropických cyklón prebiehajú o niekoľko rádov pomalšie, preto ani horizontálny tlakový gradient nemôže dosiahnuť extrémne hodnoty, ktoré by „živili" ničivé vetry (okrem toho, cyklóny miernych šírok sú "poháňané hlavne horizontálnym - meridionálny - teplotnym gradientom, zatiaľ čo hurikány vertikálnym).
Preto aj keď centrálny tlak vzduchu je porovnateľný s povedzme s hurikánom 4. kategórie, ako je to v prípade cyklóny Jolle, kvôli nižšej hodnote horizontálneho tlakového gradientu nie je možné očakávať vietor ekvivalentný s hurikánom danej kategórie. Podľa najnovších predpovedí je naopak možné predpokladať rýchlosť vetra „len" na úrovni 1. stupňa hurikánu, teda maximálne do 145-150 km/h. A keď už sme pri extrémne nízkom tlaku vzduchu, možno by nebolo na škodu si pripomenúť, že absolútny rekord v priestore S a SZ Atlantického oceánu predstavuje hodnotu 913 hPa. Zaznamenaný bol 11. januára 1993 neďaleko súostrovia Shetlandy, severovýchodne od Škótska.
Obr. 1: Družicové zábery cyklóny Jolle dňa 26.1.2013 (15:00 UTC, vľavo) a 27.1.2013 (17:00 UTC, vpravo); Zdroj: SHMÚ, NexSat.
V prípade cyklóny Jolle je však celkom zaujímavý aj jej postup a pohyb v priestore severného Atlantiku. A dôvod? Modely pre najbližšie dni predpokladajú len pomalý pohyb celého cyklonálneho systému smerom na východ, resp. severovýchod. Pri takýchto situáciách by sme skôr očakávali trochu iný scenár - razantnejší a rýchlejší postup nad kontinentálnu Európu. Čím je však táto cyklóna blokovaná, že jej pohyb na východ bude pravdepodobne tak pomalý?
Odpoveďou môže byť trochu „neštandardné" chovanie tzv. jet stremu, vzdušného vysokorýchlostného prúdenia nachádzajúceho sa až pri hornom okraji troposféry, v našom prípade teda vo výške okolo 11-12 km nad povrchom. Jet stream, známy tiež z leteckej dopravy, poukazuje na výrazne atmosférické rozhranie medzi polárnymi (ležiace na sever od jet streamu) a tropickými vzduchovými hmotami (ležiace na juh). A práve na týchto rozhraniach sa vytvárajú nám známe poveternostné poruchy typu mimotropických cyklón (s nimi sú nakoniec spojené aj nám známe atmosférické fronty). Vysokorýchlostné prúdenie v jet streame, pohybujúce sa zo západu na východ, však nie je priamočiare. Skôr ako líniu pripomína obrovské vlny, ktoré sa podobne ako prúdenie vzduchu v jete pohybujú zo západu na východ. Slučky alebo vlny jet streamu vybiehajúce ďaleko na severu sú spojené s výbežkami vysokého tlaku vzduchu (v nich sa tropický vzduch dostáva ďaleko na sever), naopak vlny smerujúce na juh sú vždy spojené s brázdami nízkeho tlaku vzduchu, v ktorých postupujú aj samotné cyklóny a frontálne rozhrania. Tieto obrovské vlny sa v meteorologickom žargóne nazývajú tiež Rossbyho vlny a ich horizontálny pohyb smerom na východ je poháňaný predovšetkým teplotným rozdielom medzi miernymi a polárnymi (arktickými šírkami). Čim väčší je tento gradient, tým rýchlejšie sa Rossbyho vlny pohybujú a sú tiež rovnejšie (plochejšie). Táto situácia má výrazný dopad na vzdušné prúdenie v priestore celej severnej pologule - je viac zonálne - čo znamená, že vzduch prúdi viac pozdĺž rovnobežiek. Pre počasie v Európe to znamená jedno - miernejšie teploty (v lete aj v zime), menej výrazne extrémy v počasí.
Obr. 2: Poludníkový profil všeobecnej cirkulácie atmosféry na severnej pologuli - jasne sú zvýraznené polohy subtropického a polárneho jet streamu (Zdroj: Wikipedia)
Pokiaľ ale dôjde k opačnej situácii a teplotný gradient medzi Arktídou a miernymi šírkami nie dostatočne výrazný, Rossbyho vlny sa začínajú naťahovať ako špagety, sú teda výraznejšie a rastie ich amplitúda. Čo je ale zásadnejšie, spomaľujú svoj pohyb na východ. Prúdenie sa stáva viac meridionálnym (vzduch prúdi pozdĺž poludníkov zo severu na juh a naopak), čo vytvára podmienky pre vznik tzv. atmosférického blokovania. A ako sa prejavuje? Tlakové útvary, ktoré poznáme z bežnej predpovede počasia a synoptickej meteorológie, spomaľujú svoj postup smerom nad kontinentálnu Európu, prípadne sa na určitú dobu úplne zastavia nad jedným miestom (v extrémnejších prípadoch postupujú z východu opačným smerom). Aký je v tom ale problém, keď dôjde k zastaveniu Rossbyho vĺn. Nuž je to veľmi jednoduché. Napríklad, prechod každej cyklóny cez konkrétne územie predstavuje do istej miery extrém, či už z pohľadu vetra, zrážok alebo teploty vzduchu. Teraz si predstavte situáciu, že vám taká cyklóna zaparkuje nad strednou Európou na niekoľko dní - dôsledky môžu a väčšinou aj sú veľmi dramatické - prebytok zrážok a povodne, najmä v lete (v zime, pri vhodných teplotných podmienkach, obrovské závaly snehu - kalamita). Pri dlhšie trvajúcom veternom počasí sú s tým spojené napríklad aj rozsiahlejšie škody na majetku. Pokiaľ máte trochu „šťastia" a nad vašim hlavami zaparkuje blokujúca tlaková výš, v lete to znamená dlhšie obdobie veľmi teplého až horúceho počasia, prípadne aj dlhodobejšie sucho (príkladom môže byť aj situácia z Ruska v lete roku 2010).
Nuž a čo čert nechcel, zdá sa, že práve k takýmto situáciám - teda k vzniku atmosférického blokovania - dochádza na severnej pologuli (v Sev. Amerike a v Euroázii) v posledných rokoch pomerne často. Znižujúci sa teplotný rozdiel medzi rýchlejšie sa otepľujúcou Arktídou a miernymi šírkami vytvára podmienky pre deformáciu dráhy jet streamu, čo sa prejavuje väčšími a pomalšie sa pohybujúcimi Rossbyho vlnami. Na zmenu charakteru cirkulácie na severnej pologuli a jej súvis s otepľovaním Arktídy, ale aj rýchlym ústupom polárneho morského zaľadnenia, poukazujú v poslednom období početné štúdie - najnovšie napríklad aj táto:
Obr. 3: Schematické znázornenie rôznych "módov" tvaru Rossbyho vĺn - posledný prípad (úplne vpravo) je spájaný s existenciou malého horizontálneho gradientu teploty medzi Arktídou a miernym zemepisnými širkami severnej pologule (Zdroj: Wikipédia)
Autori sa v nej zamerali na analýzu teplotných a tlakových polí na severnej pologuli v rámci obdobia 1979-2010. Dospeli k záverom, že zníženie teplotného a tlakového gradientu medzi Arktídou a miernymi šírkami naozaj vedie k spomaľovaniu postupu atmosférických vĺn smerom na východ, s čím do veľkej miery súvisí aj extrémne počasie v Európe v posledných rokoch.
Obr. 4. Normalizovaná distribúcia atmosférického blokovania v Arktíde v období 1968 - 1999 a období 2000-2012. V posledných 12 rokoch je možné pozorovať výrazný nárast ich počtu. (Zdroj: Chris Reynolds)
Treba len na okraj pripomenúť, že tento efekt zatiaľ nebol pozorovaný nad južnou pologuľou. Teplotný rozdiel medzi Antarktídou a miernymi šírkami južnej pologule je vďaka teplotnej zotrvačnosti ľadového kontinentu stále pomerne veľký (na ako dlho, to zatiaľ nevieme). Autori vo svojej štúdii upozorňujú na to, že v dôsledku výrazného ohrievania vzduchu nad Arktídou (predovšetkým vďaka silným pozitívnym spätným väzbám zo strany ubúdajúceho ľadu a snehu - tzv. albedo efekt) dochádza k tomu, že vzdialenosť medzi tlakovými hladinami 1000 a 500 hPa sa vo vertikálnom smere v Arktíde zväčšuje. Nárast mocnosti vzduchovej vrstvy medzi nimi má svoj prejav v už spomínanom poklese horizontálneho gradientu teploty, a hlavne tlaku. Silný štatistický vzťah medzi rastom mocnosti tejto vrstvy a zmenou cirkulačných podmienok na severnej pologuli sa preukázal vo všetkých ročných obdobiach s výnimkou jari.
Obr. 5: Poloha planetárnych jet streamov (najlepšie je vidieť polárny a subtropický jet na severnej pologuli) v poli rýchlosti vetra na hladine 300 hPa dňa 14. marca 2006 (Zdroj: PsyberSpace)
Obr. 6: Polárny jet stream na severnej pologuli zvýraznený v poli vetra - jeho vlnový charakter (Rossbyho vlny) je na tejto animácii zjavný.
V období posledného desaťročia by sa celkom určite dali nájsť početné prípady konkrétnych poveternostných situácií, ktoré súvisia práve s týmto „neštandardným" chovaním polárneho (prípadne arktického) jet streamu. Na sneh bohaté zimy v USA z rokov 2009-10 a 2010-11, či vlny horúčav na americkom kontinente v posledných dvoch rokoch, ktoré boli okrem iného spojené aj s katastrofálnym suchom na juhu a juhozápade USA. Podobný charakter počasia prevládal v rovnakom období aj nad Európou. Dôkazom sú veľmi chladné zimy na Britských ostrovoch v rokoch 2009-10 a 2010-11, mimoriadne vážne povodne na Slovensku a v strednej Európe v máji 2010, prípadne dlhodobé sucho na Slovensku v rokoch 2011-12, alebo tiež extrémna vlna horúčav v Rusku v lete 2010. Rozbory tlakových a teplotných polí tiež poukazujú na to, že netypická dráha hurikánu Sandy z októbra 2012 bola taktiež do určitej miery spôsobená blokujúcou tlakovou výšou, ktorá sa v tom čase nachádzala juhozápadne od Grónska a znemožňovala tak postup hurikánu ďalej na severovýchod. Takýchto príkladov by sa dalo nájsť oveľa viac.
Bolo by zrejme naivné si myslieť, že globálne otepľovanie je len o náraste teploty a častejších „príjemných" letných horúčavách u nás na Slovensku. Žiaľ, dôsledky klimatickej zmeny sú, ako vidíme, oveľa komplexnejšie a nemusia nutne súvisieť len s letným počasím (búrky, extrémne zrážky, tornáda, horúčavy, etc.). Pre mnohých laikov sa to zdá možno paradoxné, ale aj extrémnejšie počasie v Európe v zime (snehové kalamity, silné víchrice, neobvykle dlhé obdobia silných mrazov) majú svoju príčinu v meniacich sa podmienkach prúdenia vzduchu nad rozsiahlymi časťami planéty a tie sú do veľkej miery podmienené hlavne zmenami teploty oceánov a pevnín.
Na úplný záver by sa patrilo napísať niečo o dlhodobých trendoch intenzívnych mimotropických cyklón v atlanticko-európskom priestore. Prevažná časť výsledkov v tejto oblasti výskumu naznačuje, žecyklóny v chladnej časti roka sú od druhej polovice 20. storočia nielen častejšie, ale aj intenzívnejšie. Ich dráhy sa však posúvajú severnejšie, smerom k pólu. Podobné konzistentné závery prichádzajú aj z oblasti severného Pacifiku. Viac informácií o tejto problematike môžete nájsť napríklad aj na blogu meteorológa Jeffa Mastersa.
Autor: Jozef Pecho, Ústav fyziky atmosféry, AV ČR.
Zdroje:
Bengtsson L, Hodges KI, Roeckner E (2006): Storm tracks and climate change. J Clim 19:35183543.
Francis, J. A., and S. J. Vavrus (2012), Evidence linking Arctic amplification to extreme weather in mid-latitudes, Geophys. Res. Lett., 39, L06801.
Fyfe, J.C., (2003): Extratropical southern hemisphere cyclones: Harbingers of climate change? J. Clim., 16, 28022805.
Geng, Q.Z., and M. Sugi, (2003): Possible change of extratropical cyclone activity due to enhanced greenhouse gases and sulfate aerosols - Study with a high-resolution AGCM. J. Clim., 16, 22622274.
Lambert, S.J., (1995): The effect of enhanced greenhouse warming on winter cyclone frequencies and strengths, J Climate 8:1447-1452
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=1441
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2336
http://www.globalchange.gov/publications/reports/scientific-assessments/us-impacts/full-report/national-climate-change#key8
http://climatesight.org/2012/12/19/climate-change-and-the-jet-stream/
http://www.climatescience.gov/Library/sap/sap3-3/final-report/sap3-3-final-Chapter3.pdf
http://www.opc.ncep.noaa.gov/
http://www.climatecentral.org/blogs/monster-storm-lashing-outer-reaches-of-alaska-15470
http://www.climatecentral.org/blogs/ferocious-storm-set-to-explode-in-north-atlantic-15519
http://neven1.typepad.com/blog/2013/01/arctic-snow-cover-shows-steep-decline.html
http://arctic-news.blogspot.com.au/2013/01/accelerated-arctic-warming.html
