Valurile marine de căldură — Încă un avertisment climatic?
Apele din jurul Marii Britanii și Irlandei au fost recent afectate de un val de căldură marină de categoria 4 (extremă), în condițiile în care în Oceanul Atlantic de Nord continuă să se înregistreze o căldură extraordinară. În lunile următoare vom avea o imagine mai clară a impactului acestor valuri asupra ecosistemelor. Între timp, înțelegem cât de frecvent este acest fenomen.
În Marea Neagră durata medie a valurilor de căldură marine a fost între 13 și 19 zile. Pentru intervalul de timp analizat (1895-2022) a fost observată o creștere a frecvenței de apariție a valurilor de căldură marine între 0.75 și 2.25 cazuri pe 10 ani în special în regiunea de est a Mării Negre. Așadar nu numai că aceste valuri de căldură există și în Marea Neagră dar a crescut atât numărul cât și durata lor începând cu 1985.
Ce sunt valurile marine de căldură?
Suntem deja obișnuiți cu valurile de căldură din atmosferă - perioade cu temperaturi ridicate (comparativ cu valorile normale de temperatură dintr-o anumită regiune și dintr-un anumit moment al anului) care se extind pe câteva zile (în general, mai mult de trei zile consecutive).
Conform ultimului raport IPCC, la nivel global frecvența de apariție, durata și intensitatea valurilor de căldură a crescut comparativ cu perioada preindustrială. Proiecțiile climatice arată că această modificare a caracteristicilor valurilor de căldură va continua odată cu creșterea temperaturii medii globale.
Există însă și valurile de căldură care se produc în mări sau oceane, numite valuri de căldură marine. În cazul unui val de căldură marin temperatura la suprafața oceanului sau a mării este mare — comparativ cu climatologia pentru o anumită regiune și pentru o anumită perioadă din timpul anului —pentru o perioadă lungă de timp (cel puțin 5 zile consecutive).
Exemple recente de valuri de căldură marine sunt:
(1) Valul de căldură din Marea Mediterană din mai–august 2003 în timpul căruia temperatura la suprafața mării a fost cu 2–3°C mai mare decât în verile anterioare - acest eveniment a fost unul record și cu un impact mare asupra ecosistemelor;
(2) Valul de căldură din nord-vestul Statelor Unite din 2012 în timpul căruia temperatura suprafeței Oceanului Atlantic a fost 2.5°C mai mare decât media multianuală (a fost evenimentul cu ce mai lungă durată pentru această regiune);
(3) Valul de căldură din 2010/2011 din partea de vest a Australiei în timpul căruia temperatura suprafeței oceanului a fost cu 3o°C mai mare decât media lunară multianuală (un al eveniment record), ca urmare a acestui val de căldură unele specii de pești au migrat către sud.
La fel ca valurile de căldură din atmosferă cele marine au impact foarte mare asupra ecosistemelor. Spre exemplu, crește mortalitatea mamiferelor, “albirea” coralilor, modificarea habitatelor în timp și spațiu cu impact asupra industriei piscicole, dezvoltarea algelor. Aceste valuri de căldură pot avea impact și asupra formării ciclonilor tropicali și asupra stratificării, acidificării și deoxigenării oceanelor.
Cauzele apariției valurilor de căldură marine
Valurile de căldură marine sunt produce de mai mulți factori care variază în funcție de eveniment și regiune.
Astfel, valurile de căldură marine sunt generate de curenții oceanici care duc la apariția unor regiunii cu temperaturi ale suprafeței oceanelor mai ridicate comparativ cu regiunile învecinate.
Schimbul de căldură dintre atmosferă și ocean (atmosfera încălzește suprafața oceanului) contribuie de asemenea la apariția valurilor de căldură.
Vântul are și el un efect asupra valurilor de căldură: pot intensifica sau reduce un val de căldură marin. Procesele care au loc în atmosferă la scară mare și pe perioade relativ mari de timp, cum este de exemplul El Niño (clipul din dreapta) pot modifica probabilitatea de apariție a valurilor de căldură marine pentru anumite regiuni.
Distribuția valurilor de căldură marine
Într-un studiu publicat în Nature Communication în 2019, Neil Holbrook și colaboratorii săi au realizat la nivel global caracteristicile valurilor de căldură marine. În studiu au fost utilizate observații satelitare ale temperaturii suprafeței mării între 1982 și 2016. Figura 1 prezintă intensitatea, durats și frecvența de apariție a valurilor marine de căldură. Astfel, în Marea Mediterană au fost observate în medie între 2–3 valurile de căldură marine pe an, având o durată medie de 5–15 zile și o intensitate medie între 1.5–4°C.
Figura 1. Caracteristicile valurilor marine de căldură pentru diferite regiuni (a) pentru intervalul 1982-2015: (b) intensitatea, (c) durata și (d) frecvența de apariție
Valurile marine de căldură și schimbările climatice
Odată cu creșterea temperaturii medii globale, crește și temperatura oceanelor și a mărilor. Astfel crește și probabilitatea de apariție formare a valurilor de căldură marine. Ecosistemele marine se pot adapta în anumite limite criterii temperaturii, însă nu se pot adapta în cazul fenomenelor extreme cum sunt valurile de căldură marine.
Un studiu publicat în revista Nature Communications în 2018 a arătat că între 1925 și 2016 frecvența de apariție a valurilor de căldură marine la nivel global a crescut cu 34% iar durata lor cu 17%. Această creștere poate fi atribuită unei creșteri a temperaturii medii a oceanelor. Astfel, în viitor ne putem aștepta la creștere a numărului de zile cu valurile marine de căldură dacă încălzirea globală va continua.
Valul marin de căldură din regiunea Marii Britanii din iunie 2023
Figura 2. Anomalia temperaturii suprafeței mării comparativ cu media pe termen lung (1981-2016) pentru 18 iunie 2023. Copyright: ESA (Data: NOAA)
După cum am văzut mai sus, valurile de căldură marine nu sunt evenimente neobișnuite în Marea Mediterană. Astfel de evenimente sunt extrem de rare în regiunea de nord a Atlanticului. În Figura 2 este prezentată anomalia temperaturii la suprafața mării pentru 18 iunie 2023 față de media pe termen lung 1981–2016.
Observăm că pentru regiunea de nord a Atlanticului, în particular în regiunea Marii Britanii, anomalia temperaturii la suprafața mării de aproximativ 5°C pentru această perioadă, iar regiunile nordice ale Europei anomaliile ajung la 8°C. În afară de faptul că este extrem de rar, acest eveniment este foarte intens și neobișnuit pentru această perioadă a anului.
Pe măsură ce evoluează valurile marine de căldură pot fi clasificate în funcție de intensitate (anomalia temperaturii suprafeței mării) în Categoria 1 eveniment moderat, Categoria 2 eveniment intens, Categoria 3 eveniment severe, Categoria 4 eveniment extrem și Categoria 5 dincolo de extrem.
Astfel, valul marin de căldură din regiunea Marea Britanii este unul de categoria 4 (Figura 3). Având în vedere extinderea acestui val de căldură, din sudul Islandei până pe coasta de vest a Africii, este posibil să asistăm la cel mai extrem val de căldură marin din istoria modernă pentru regiunea de nord a Atlanticului.
Figura 3 (animație). Valurile de căldură marine între 20 mai și 19 iunie 2023. Sursa datelor
Înainte de apariția acestui val de căldură marin au fost înregistrate valori mari (appropriate de valorile record) pentru lunile aprilie și mai la nivel global pentru temperatura suprafeței mării (>21°C începând din aprilie). În plus, aceste temperaturi ridicate au fost legate și de o scădere a concentrației de praf din Sahara spre partea de nord a Oceanului Atlantic datorită vântului mai puțin intens.
Când praful din Sahara se deplasează peste suprafața oceanului, o parte din radiația de la Soare este reflectată. În lipsa prafului din Sahara, căldura de la soare este absorbită de suprafața întunecată a oceanului. Un altă cauză pentru creșterea temperaturii oceanului sunt măsurile de reducere a poluări atmosferice asociate transportului maritim. Sulful care intră în compoziția combustibililor utilizați în transportul maritim reprezintă este un factor major de poluare a aerului cu efecte efecte adverse asupra sănătății umane. Reducerea conținutului de sulf din acești combustibili înseamnă și o reducere a aerosolilor din atmosferă care au un efect de răcire prin reflectarea radiației solare.
În lunile următoare vom avea o imagine mai clară a impactului acestui val de căldură marin asupra ecosistemelor din regiunea Marii Britanii. Până atunci însă trebuie să analizăm modul în care putem reduce impactul acestor evenimente. În primul rând trebuie să reducem emisiile gazelor cu efect de seră. Apoi trebuie să dezvoltăm capacitatea de monitorizare a valurilor de căldură și să investim în cercetarea acestor evenimente extreme. De exemplu, studii privind limitele termice pentru diferite specii sau dezvoltarea de programe la nivel regional sau global.
Există valuri de căldură marină în Marea Neagră?
Figura 4. (a) Numărul mediu anual de zile care sunt parte a unor valuri de căldură, (b) numărul mediu anual de valuri de căldură, și (c) durata medie a valurilor de căldură pentru Marea Neagră în perioada 1985-2022.
Pentru a putea răspunde la această întrebarea am folosit un set de date ce conține informații zilnice despre temperatura suprafeței mărilor și oceanelor dezvoltat de NOAA și care apare și în Figura 3. Potrivit NASA acest set de date “este unul dintre cele mai bune și mai coerente produse zilnice globale de temperatură a suprafeței mărilor și oceanelor la o rezoluție de 5 km.”
Pentru a analiza valurile de căldură marine din Marea Neagră am folosit un produs dezvoltat pe baza CoralTemp SST în care pentru fiecare zi și în fiecare pixel de 5 km este indicată categoria valului de căldură marin (valori între 1 - moderat și 5 - extrem). Numărul mediu de zile care sunt parte a unui val de căldură marin variază între aproximativ 40 zile pe an partea de vest a Mării Negre și aproximativ 70 zile pe an în reginei de est (Figura 4a). Valurile de căldură marine au fost observate mai frecvent (între 3.25 și 3.75 valuri de căldură pe an) în regiunea coastei de est a Mării Negre (regiunea Rusiei și Georgiei) și la sud de peninsula Crimeea (Figura 4a). În regiunea noastră sunt observate anual între 2.5 și 3 valuri de căldură marine.
În Marea Neagră durata medie a valurilor de căldură marine a fost între 13 și 19 zile, având o durată mai mică în partea de vest (13-15 zile) comparativ cu partea de est (17-19 zile) (Figura 4c). Pentru intervalul de timp analiza (1895-2022) a fost observată o creștere a frecvenței de apariție a valurilor de căldură marine între 0.75 și 2.25 cazuri pe 10 ani în special în regiunea de est a Mării Negre (Figura 5a). De asemenea durata valurilor de căldură marine a crescut începând cu 1985 între 0.5 și 7 zile per 10 ani (Figura 5b). Așadar, nu numai că aceste valuri de căldură există și în Marea Neagră dar a crescut atât numărul cât și durata lor începând cu 1985.
Figura 5. (a) Trendul în numărul de valuri de căldură marine și (b) trendul duratei medii a valurilor de căldură marine pentru Marea Neagră în perioada 1985-2022. Punctele gri reprezintă pixeli în care rezultatele sunt semnificative din punct de vedere statistic
Bogdan Antonescu
Este fizician specializat în fizică atmosferei, interesat de istoria, climatologia, procesele fizice și impactul fenomenelor meteorologice extreme. În prezent conduce proiectul Extreme weather events in the future climate of Romania (ClimExRo) care își propune, printre altele, să aducă cercetările din mediul academic mai aproape de public. Mai multe detalii despre acest proiect puteți găsi pe pagina proiectului.
