Čistejší vzduch a otepľovanie Zeme – prekvapivé klimatické prepojenie
Dokument, „Reconciling Earth’s growing energy imbalance with ocean warming“ od Richarda P. Allana a Christophera J. Merchanta, publikovaný v Environmental Research Letters v roku 2025, sa zaoberá rastúcou nerovnováhou energie Zeme a jej prepojením s otepľovaním oceánov v období rokov 1985 až 2024. Autori kombinujú satelitné pozorovania energetickej bilancie Zeme a teploty povrchu oceánov s atmosférickou reanalýzou ERA5 s cieľom zlepšiť fyzikálne pochopenie zmien v čistej energetickej nerovnováhe Zeme a následného otepľovania povrchu oceánov.
Hlavné zistenia a závery štúdie:
- Rastúca energetická nerovnováha Zeme: Štúdia zistila, že čistá energetická nerovnováha Zeme (N) sa zdvojnásobila z 0,6 ± 0,2 Wm⁻² v rokoch 2001 – 2014 na 1,2 ± 0,2 Wm⁻² v rokoch 2015 – 2023. Tento nárast je primárne vysvetlený zvýšením absorbovaného slnečného žiarenia súvisiaceho s radiačnými účinkami oblakov nad oceánmi.
- Rozdiely medzi pozorovaniami a reanalýzou: Pozorované zvýšenie absorbovaného slnečného žiarenia nie je plne zachytené reanalýzou ERA5. Rozdiely medzi satelitnými pozorovaniami CERES a ERA5 naznačujú, že hlavnou príčinou rozchádzania sa v čistej radiačnej bilancii je pokrytie a jas oblakov nad oceánmi. ERA5 podceňuje zníženie odrazeného slnečného žiarenia morskými oblakmi, najmä v oblastiach stratokumulov pri pobreží Kalifornie a Namíbie, ako aj v dôsledku úbytku antarktického morského ľadu v Weddellovom a Rossovom mori.
- Vplyv aerosólov: Zatiaľ čo ERA5 dokáže presne reprezentovať zmeny v absorbovanom slnečnom žiarení pri jasnej oblohe nad väčšinou oceánov, neplatí to pre východnú Čínu, kde pravdepodobne došlo k väčšiemu zníženiu emisií aerosólov, ako sa predpokladalo v ERA5. Štúdia naznačuje, že interakcie aerosólov s oblakmi nad oceánmi zohrávajú významnú úlohu v zvyšovaní absorbovaného slnečného žiarenia. Zníženie globálnych emisií aerosólov od roku 2000 je považované za dôležitý faktor rastu energetickej nerovnováhy Zeme.
- Prepojenie s otepľovaním oceánov: Štúdia identifikovala nárast ročného otepľovania takmer globálneho oceánu o 0,1 °C za rok na každé 1 Wm⁻² zvýšenia energetickej nerovnováhy Zeme v medziročnom časovom horizonte (2000 – 2023). Toto zistenie je v súlade s jednoduchým energetickým rozpočtom miešanej vrstvy oceánu za predpokladu, že nedochádza k súčasnej zmene tepelného toku pod miešanou vrstvou.
- Rýchle otepľovanie v rokoch 2022 – 2023: Mimoriadne rýchle oteplenie povrchu oceánov o 0,27 °C z roku 2022 na rok 2023 je fyzikálne konzistentné s veľkou energetickou nerovnováhou 1,85 ± 0,2 Wm⁻² z obdobia august 2022 až júl 2023, ale len za predpokladu, že (1) sa otepľuje redukovaná hĺbka miešanej vrstvy (približne 50 m) alebo (2) dochádza k zvratu v smere tepelného toku pod miešanou vrstvou v súvislosti s prechodom od podmienok La Niña k podmienkam El Niño. Druhé vysvetlenie sa javí pravdepodobnejšie vzhľadom na prechod k El Niñu, ktorý je spojený s výstupom teplej vody z podpovrchových vrstiev východného Pacifiku.
- Jednoduchý model energetickej bilancie: Štúdia využíva jednoduchý rámec energetickej bilancie na ilustráciu prepojenia medzi energetickou nerovnováhou Zeme a otepľovaním oceánov. Tento model naznačuje, že krátkodobé (medziročné) zvýšenie energetickej nerovnováhy o 1 Wm⁻² vedie k dodatočnému otepleniu povrchu oceánu o približne 0,1 °C za rok, pričom na dlhších časových škálach sa vplyv rozdeľuje aj na hlbšie vrstvy oceánu.
- Dôležitosť kontinuálneho monitorovania: Autori zdôrazňujú kritickú dôležitosť kontinuity globálnych pozorovacích systémov Zeme, vrátane záznamov o radiačnej bilancii, pre udržanie schopnosti monitorovať a presne predpovedať krátkodobé zmeny klímy.
Celkovo táto štúdia poskytuje nové poznatky o príčinách rastúcej energetickej nerovnováhy Zeme, pričom zdôrazňuje kľúčovú úlohu oblačnosti nad oceánmi a potenciálny vplyv znižujúcich sa emisií aerosólov. Zároveň objasňuje prepojenie medzi touto nerovnováhou a otepľovaním oceánov, najmä v kontexte rekordného oteplenia v roku 2023, a poukazuje na zložité interakcie medzi povrchovými a hlbinnými vrstvami oceánu pri absorpcii prebytočnej energie Zeme. Wiosna
Glosár kľúčových pojmov
- Energetická nerovnováha Zeme (Net Energy Imbalance – N): Rozdiel medzi slnečným žiarením absorbovaným Zemou a infračerveným žiarením vyžiareným späť do vesmíru. Pozitívna nerovnováha znamená, že sa v klimatickom systéme akumuluje energia, čo vedie k otepľovaniu.
- Radiačná bilancia na hornej hranici atmosféry (Top of Atmosphere Radiation Budget): Súhrn prichádzajúceho a odchádzajúceho žiarenia na vrchole zemskej atmosféry, ktorý určuje energetickú nerovnováhu Zeme.
- CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy System): Súbor satelitných prístrojov NASA na meranie zemskej radiačnej bilancie, vrátane odrazeného slnečného žiarenia a vyžiareného infračerveného žiarenia.
- ERA5: Piata generácia globálnej atmosférickej reanalýzy ECMWF (Európskeho centra pre strednodobé predpovede počasia), ktorá kombinuje rozsiahle pozorovania s modelom atmosféry na vytvorenie komplexného záznamu o stave atmosféry v priebehu času.
- Absorbované krátkovlnné žiarenie (Absorbed Shortwave Radiation – ASR): Množstvo slnečného žiarenia, ktoré Zem absorbuje po odraze časti od povrchu a atmosféry (vrátane oblakov a aerosólov).
- Odchádzajúce dlhovlnné žiarenie (Outgoing Longwave Radiation – OLR): Infračervené žiarenie, ktoré Zem a jej atmosféra vyžarujú do vesmíru.
- Stratokumuly: Vrstevnaté oblaky nízkej výšky, ktoré pokrývajú rozsiahle oblasti oceánov, najmä v subtropických oblastiach pri západných pobrežiach kontinentov. Majú významný vplyv na odraz slnečného žiarenia.
- Antarktický morský ľad: Ľad, ktorý sa tvorí na povrchu Južného oceánu okolo Antarktídy. Jeho rozsah a hrúbka ovplyvňujú zemské albedo a výmenu tepla medzi oceánom a atmosférou.
- Zmiešaná vrstva oceánu (Ocean Mixed Layer): Vrchná vrstva oceánu, kde je voda dobre premiešaná vetrom a povrchovým teplom, čo vedie k relatívne homogénnej teplote a slanosti. Jej hĺbka sa môže meniť v závislosti od sezóny a lokality.
- Tepelný tok (Heat Flux): Prenos tepelnej energie medzi rôznymi zložkami klimatického systému (napr. medzi atmosférou a oceánom, medzi povrchom oceánu a hlbšími vrstvami).
- La Niña a El Niño: Fázy rozsiahlej oscilácie teploty povrchovej vody v rovníkovom Pacifiku (ENSO). La Niña je charakterizovaná chladnejšími ako priemernými teplotami, zatiaľ čo El Niño teplejšími ako priemernými teplotami. Tieto javy majú globálne vplyvy na počasie a klímu.
- Aerosóly: Drobné častice suspendované v atmosfére, ktoré môžu ovplyvňovať klímu priamym odrazom a absorpciou slnečného žiarenia (priamy efekt) a nepriamo ovplyvňovaním tvorby a vlastností oblakov (nepriamy efekt).
- Albedo: Miera odrazivosti povrchu. Vysoké albedo (napr. sneh a ľad) odráža viac slnečného žiarenia, zatiaľ čo nízke albedo (napr. tmavý oceán) ho absorbuje viac.