Klimatická změna zesílila ničivé povodně ve Valencii v roce 2024
Na konci října 2024 zasáhla španělský region Valencie jedna z nejničivějších přívalových povodní v moderní historii. Během pouhých 16 hodin zde spadlo až 771,8 mm srážek a v průběhu jedné hodiny napršelo rekordních 184,6 mm srážek, což je nejvyšší hodinový úhrn, jaký byl kdy ve Španělsku zaznamenán. Katastrofa si vyžádala přibližně 230 obětí a způsobila miliardové škody. Nová studie publikovaná v časopise Nature Communications ukazuje, že významnou roli při zesílení této extrémní události sehrála antropogenní změna klimatu.
Obr. 1 Rozložení geopotenciální výšky v tlakové hladině 500 hPa (přibližně 5,5 km) a přízemního tlakového pole (černé izobary) nad jihozápadní Evropou a severní Afrikou 29. 10. 2024 ve 12 UTC, zdroj: ERA5, zpracování ArcGIS Pro
Významnou roli při vzniku extrémních srážek ve Valencii sehrála specifická synoptická situace spojená s tzv. odříznutou výškovou tlakovou níží (cut-off low). Tento typ tlakové níže vzniká ve vyšších vrstvách troposféry, obvykle v tlakové hladině kolem 500 hPa, když se část brázdy nízkého tlaku oddělí od hlavního západního proudění v mírných šířkách. Vývoj cut-off low obvykle začíná zesílením vlnění tryskového proudění. Vzniklé vlny tryskového proudění pak označujeme jako Rossbyho vlny. Rossbyho vlny se mohou postupně prohlubovat, čímž se jejich osa protahuje směrem k nižším zeměpisným šířkám. V určité fázi se může stát, že se dolní část této vlny oddělí od hlavního proudění a vytvoří samostatnou oblast nízkého tlaku vzduchu ve vyšších hladinách atmosféry (resp. oblast s nižšími hodnotami geopotenciální výšky). Tak vzniká uzavřená cyklonální cirkulace, tedy právě cut-off low.
Jakmile se tento systém oddělí od hlavního proudění, ztrácí dynamickou vazbu na západní větry, které běžně určují pohyb synoptických útvarů nad Evropou. Výsledkem je, že se taková tlaková níže pohybuje jen velmi pomalu nebo může nad určitou oblastí setrvat i několik dní. Právě tato nízká rychlost postupu je jedním z hlavních důvodů, proč mohou cut-off low vyvolat extrémní srážkové události. Dalším důležitým faktorem je výrazný teplotní kontrast mezi studeným vzduchem ve vyšších hladinách a teplým, vlhkým vzduchem při zemi. Cut-off low je totiž charakteristická chladnějším vzduchem ve střední troposféře, což nad teplým povrchem moře nebo pevniny vytváří instabilní atmosférické podmínky. V oblasti západního Středomoří je tento efekt často zesílen přísunem vlhkého vzduchu z moře.
Výsledkem je prostředí vhodné pro vznik intenzivní konvekce a bouřkových systémů. Pokud se tyto bouře navíc opakovaně vytvářejí nad stejnou oblastí, což je při pomalém pohybu cut-off low časté, může docházet k extrémním úhrnům srážek během krátké doby. V případě události z října 2024 se právě taková málo pohyblivá výšková tlaková níže nacházela nad Pyrenejským poloostrovem. Na Obr. 1 je patrná jako oblast nízkého geopotenciálu (modré odstíny) v tlakové hladině 500 hPa. Její pomalý postup umožnil, aby se nad regionem dlouhodobě udržovalo prostředí s vysokou vlhkostí a výraznou instabilitou, což vedlo k mimořádně intenzivním a vytrvalým srážkám.
Obr. 2 Porovnání modelových simulací mezi současným klimatem a předindustriálním obdobím pro konvektivní dostupnou potenciální energii (CAPE) (a) a potenciální srážkovou vodu (b) během povodní, zdroj: nature.com
Nyní tedy vyvstává otázka, jak antropogenní změna klimatu zhoršila tuto povodňovou situaci. Autoři zmíněné studie použili tzv. atribuční analýzu, což je metoda, která umožňuje odhadnout, jak by konkrétní extrémní událost vypadala v jiném klimatu. V tomto případě porovnávali dvě simulace: jednu odpovídající současným klimatickým podmínkám a druhou představující hypotetický svět bez lidského vlivu na klima, tedy s podmínkami podobnými předindustriálnímu období. K simulacím využili meteorologický model WRF (Weather Research and Forecasting) s vysokým rozlišením jednoho kilometru, který dokáže postihnout procesy probíhající v malém měřítku, např. konvekci. Do modelu zahrnuli také data z klimatických modelů CMIP6, aby odhadli změny teploty a vlhkosti atmosféry způsobené globálním oteplováním. Výsledky ukázaly, že současné klimatické podmínky, přibližně o 1,1 °C teplejší než v předindustriálním období, výrazně zesílily srážky a zhoršily průběh povodní.
Obr. 3 Silné srážkové události zesilují kvůli zvýšenému obsahu vlhkosti, což zvyšuje uvolňování latentního tepla a způsobuje silnější kladné vertikální pohyby. Tyto změny podporují intenzivnější mikrofyzikální procesy, silnější silné srážky (6 h) a zvyšují celkovou plochu srážek, zdroj: nature.com
Základní fyzikální mechanismus je poměrně jednoduchý: teplejší atmosféra dokáže pojmout více vodní páry. Podle známého Clausiova–Clapeyronova vztahu roste maximální množství vodní páry přibližně o 7 % na každý stupeň oteplení. Studie však zjistila, že u extrémních krátkodobých srážek může být zesílení ještě větší. V případě povodní ve Valencii se intenzita srážek zvýšila přibližně o 20 % na jeden stupeň oteplení, tedy výrazně více než by odpovídalo zmíněné teorii. Důvodem jsou další procesy v bouřkových systémech. Teplejší a vlhčí vzduch totiž zvyšuje tzv. konvektivní dostupnou potenciální energii (CAPE), která určuje sílu vzestupných proudů v bouřích. Silnější výstupné proudy následně podporují intenzivnější kondenzaci a uvolňování latentního tepla, což bouře dále zesiluje. Zvýšení množství CAPE a potenciální srážkové vody během povodňové události ukazuje Obr. 2. Modelové simulace dále ukázaly, že klimatická změna neovlivnila jen samotnou intenzitu srážek, ale také jejich rozsah. V současném klimatu byla plocha, kde úhrn srážek přesáhl 180 mm za 24 hodin, asi o 55 % větší než v simulaci s předindustriálním klimatem.
Popsané procesy dobře shrnuje schéma na Obr. 3, které ukazuje, jak antropogenní změna klimatu zesiluje procesy, které vedou k extrémním srážkám. Teplejší klima zvyšuje výpar z mořské hladiny (i díky narůstajícím teplotám vody u hladiny) a množství vodní páry v atmosféře, což posiluje transport vlhkosti směrem k pevnině a potenciálním bouřkovým systémům. Díky většímu množství vlhkosti a energie dochází k silnějším výstupným proudům v oblacích (asi o 12 %) a k výraznějšímu uvolňování latentního tepla (téměř o 30 %). V oblacích se zároveň zvyšuje množství srážkových částic, což podporuje intenzivnější srážkové procesy. Výsledkem je silnější přívalový déšť (asi o 21 %) a výrazně větší oblast zasažená extrémními srážkami (přibližně o 55 %).
Provedená studie zdůrazňuje, že podobné extrémní události mohou být ve Středomoří častější nebo intenzivnější v klimatu s vyššími teplotami. Zvlášť ohrožené jsou oblasti s hustou zástavbou a rychlou urbanizací, kde voda nemá kam odtékat. Z toho důvodu je potřeba akcentovat, že kromě snižování emisí skleníkových plynů je nutné investovat také do adaptačních opatření, například do ochrany před povodněmi nebo moderních systémů včasného varování. Katastrofa ve Valencii tak není jen izolovanou událostí, ale varováním, že extrémní hydrometeorologické jevy mohou být v budoucnu ještě ničivější.
Obr. 1 Rozložení geopotenciální výšky v tlakové hladině 500 hPa (přibližně 5,5 km) a přízemního tlakového pole (černé izobary) nad jihozápadní Evropou a severní Afrikou 29. 10. 2024 ve 12 UTC, zdroj: ERA5, zpracování ArcGIS Pro
Významnou roli při vzniku extrémních srážek ve Valencii sehrála specifická synoptická situace spojená s tzv. odříznutou výškovou tlakovou níží (cut-off low). Tento typ tlakové níže vzniká ve vyšších vrstvách troposféry, obvykle v tlakové hladině kolem 500 hPa, když se část brázdy nízkého tlaku oddělí od hlavního západního proudění v mírných šířkách. Vývoj cut-off low obvykle začíná zesílením vlnění tryskového proudění. Vzniklé vlny tryskového proudění pak označujeme jako Rossbyho vlny. Rossbyho vlny se mohou postupně prohlubovat, čímž se jejich osa protahuje směrem k nižším zeměpisným šířkám. V určité fázi se může stát, že se dolní část této vlny oddělí od hlavního proudění a vytvoří samostatnou oblast nízkého tlaku vzduchu ve vyšších hladinách atmosféry (resp. oblast s nižšími hodnotami geopotenciální výšky). Tak vzniká uzavřená cyklonální cirkulace, tedy právě cut-off low.
Jakmile se tento systém oddělí od hlavního proudění, ztrácí dynamickou vazbu na západní větry, které běžně určují pohyb synoptických útvarů nad Evropou. Výsledkem je, že se taková tlaková níže pohybuje jen velmi pomalu nebo může nad určitou oblastí setrvat i několik dní. Právě tato nízká rychlost postupu je jedním z hlavních důvodů, proč mohou cut-off low vyvolat extrémní srážkové události. Dalším důležitým faktorem je výrazný teplotní kontrast mezi studeným vzduchem ve vyšších hladinách a teplým, vlhkým vzduchem při zemi. Cut-off low je totiž charakteristická chladnějším vzduchem ve střední troposféře, což nad teplým povrchem moře nebo pevniny vytváří instabilní atmosférické podmínky. V oblasti západního Středomoří je tento efekt často zesílen přísunem vlhkého vzduchu z moře.
Výsledkem je prostředí vhodné pro vznik intenzivní konvekce a bouřkových systémů. Pokud se tyto bouře navíc opakovaně vytvářejí nad stejnou oblastí, což je při pomalém pohybu cut-off low časté, může docházet k extrémním úhrnům srážek během krátké doby. V případě události z října 2024 se právě taková málo pohyblivá výšková tlaková níže nacházela nad Pyrenejským poloostrovem. Na Obr. 1 je patrná jako oblast nízkého geopotenciálu (modré odstíny) v tlakové hladině 500 hPa. Její pomalý postup umožnil, aby se nad regionem dlouhodobě udržovalo prostředí s vysokou vlhkostí a výraznou instabilitou, což vedlo k mimořádně intenzivním a vytrvalým srážkám.
Obr. 2 Porovnání modelových simulací mezi současným klimatem a předindustriálním obdobím pro konvektivní dostupnou potenciální energii (CAPE) (a) a potenciální srážkovou vodu (b) během povodní, zdroj: nature.com
Nyní tedy vyvstává otázka, jak antropogenní změna klimatu zhoršila tuto povodňovou situaci. Autoři zmíněné studie použili tzv. atribuční analýzu, což je metoda, která umožňuje odhadnout, jak by konkrétní extrémní událost vypadala v jiném klimatu. V tomto případě porovnávali dvě simulace: jednu odpovídající současným klimatickým podmínkám a druhou představující hypotetický svět bez lidského vlivu na klima, tedy s podmínkami podobnými předindustriálnímu období. K simulacím využili meteorologický model WRF (Weather Research and Forecasting) s vysokým rozlišením jednoho kilometru, který dokáže postihnout procesy probíhající v malém měřítku, např. konvekci. Do modelu zahrnuli také data z klimatických modelů CMIP6, aby odhadli změny teploty a vlhkosti atmosféry způsobené globálním oteplováním. Výsledky ukázaly, že současné klimatické podmínky, přibližně o 1,1 °C teplejší než v předindustriálním období, výrazně zesílily srážky a zhoršily průběh povodní.
Obr. 3 Silné srážkové události zesilují kvůli zvýšenému obsahu vlhkosti, což zvyšuje uvolňování latentního tepla a způsobuje silnější kladné vertikální pohyby. Tyto změny podporují intenzivnější mikrofyzikální procesy, silnější silné srážky (6 h) a zvyšují celkovou plochu srážek, zdroj: nature.com
Základní fyzikální mechanismus je poměrně jednoduchý: teplejší atmosféra dokáže pojmout více vodní páry. Podle známého Clausiova–Clapeyronova vztahu roste maximální množství vodní páry přibližně o 7 % na každý stupeň oteplení. Studie však zjistila, že u extrémních krátkodobých srážek může být zesílení ještě větší. V případě povodní ve Valencii se intenzita srážek zvýšila přibližně o 20 % na jeden stupeň oteplení, tedy výrazně více než by odpovídalo zmíněné teorii. Důvodem jsou další procesy v bouřkových systémech. Teplejší a vlhčí vzduch totiž zvyšuje tzv. konvektivní dostupnou potenciální energii (CAPE), která určuje sílu vzestupných proudů v bouřích. Silnější výstupné proudy následně podporují intenzivnější kondenzaci a uvolňování latentního tepla, což bouře dále zesiluje. Zvýšení množství CAPE a potenciální srážkové vody během povodňové události ukazuje Obr. 2. Modelové simulace dále ukázaly, že klimatická změna neovlivnila jen samotnou intenzitu srážek, ale také jejich rozsah. V současném klimatu byla plocha, kde úhrn srážek přesáhl 180 mm za 24 hodin, asi o 55 % větší než v simulaci s předindustriálním klimatem.
Popsané procesy dobře shrnuje schéma na Obr. 3, které ukazuje, jak antropogenní změna klimatu zesiluje procesy, které vedou k extrémním srážkám. Teplejší klima zvyšuje výpar z mořské hladiny (i díky narůstajícím teplotám vody u hladiny) a množství vodní páry v atmosféře, což posiluje transport vlhkosti směrem k pevnině a potenciálním bouřkovým systémům. Díky většímu množství vlhkosti a energie dochází k silnějším výstupným proudům v oblacích (asi o 12 %) a k výraznějšímu uvolňování latentního tepla (téměř o 30 %). V oblacích se zároveň zvyšuje množství srážkových částic, což podporuje intenzivnější srážkové procesy. Výsledkem je silnější přívalový déšť (asi o 21 %) a výrazně větší oblast zasažená extrémními srážkami (přibližně o 55 %).
Provedená studie zdůrazňuje, že podobné extrémní události mohou být ve Středomoří častější nebo intenzivnější v klimatu s vyššími teplotami. Zvlášť ohrožené jsou oblasti s hustou zástavbou a rychlou urbanizací, kde voda nemá kam odtékat. Z toho důvodu je potřeba akcentovat, že kromě snižování emisí skleníkových plynů je nutné investovat také do adaptačních opatření, například do ochrany před povodněmi nebo moderních systémů včasného varování. Katastrofa ve Valencii tak není jen izolovanou událostí, ale varováním, že extrémní hydrometeorologické jevy mohou být v budoucnu ještě ničivější.
