Od 2008 roku meteorolodzy próbowali odpowiedzieć na pytanie, dlaczego podczas burz ekstremalne opady rosną szybciej, niż wynikałoby to z podstawowych praw fizyki. Przez lata przypuszczano, że wzrost ten sięga nawet 14 proc. na każdy stopień Celsjusza – dwa razy więcej niż przewiduje klasyczne równanie Clausiusa-Clapeyrona. Teraz, po niemal dwóch dekadach debat i setkach cytowań, niemieccy badacze z Uniwersytetu w Poczdamie i Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung pokazują, że to, co uważaliśmy za “superwzrost”, było statystyczną iluzją. Ale samo zagrożenie ekstremalnymi opadami – i związanymi z nimi powodziami błyskawicznymi – jest jak najbardziej realne.
Deszcze niespokojne
Każdy deszcz zaczyna się od tego samego fizycznego mechanizmu: nasycona para wodna w atmosferze skrapla się, tworząc drobne krople, które następnie łączą się w coraz większe i ostatecznie spadają na ziemię. Ilość pary wodnej, którą może pomieścić powietrze, zależy od temperatury. Tu z pomocą przychodzi znane fizyczne równanie Clausiusa-Clapeyrona – zgodnie z nim, każde dodatkowe 1oC umożliwia atmosferze utrzymanie około 7 proc. więcej wilgoci. Można to sobie wyobrazić jak gąbkę, która chłonie więcej wody, im cieplejsza się staje – aż do momentu, w którym zostaje gwałtownie ściśnięta i uwalnia całą zawartość w krótkim czasie. Właśnie to porównanie najlepiej oddaje istotę ekstremalnych opadów.
Czytaj też: A to zaskoczenie. Gigantyczne góry skrywają się głęboko pod lodem Antarktydy
Ten model był przez dziesięciolecia uważany za solidną podstawę przewidywania zmian w intensywności opadów w związku z globalnym ociepleniem. Aż do 2008 roku.
17 lat temu Lenderink i van Meijgaard opublikowali przełomowe badanie oparte na wieloletnich danych z Holandii. Z ich analiz wynikało, że podczas burz opady ekstremalne rosną znacznie szybciej niż przewiduje model Clausiusa-Clapeyrona. Wzrost miał wynosić aż 14 proc. na każdy stopień Celsjusza – dwukrotność klasycznego wzorca. Publikacja ta odbiła się szerokim echem i została zacytowana ponad tysiąc razy, ale z czasem zaczęły pojawiać się pytania: czy rzeczywiście mamy tu do czynienia z nową fizyką atmosfery, czy raczej z efektem nie do końca przemyślanej analizy statystycznej?
W kolejnych latach kolejne zespoły badawcze próbowały potwierdzić lub obalić tę hipotezę. Problemem okazało się jednak to, że dane meteorologiczne bardzo rzadko pozwalały jednoznacznie odróżnić opady burzowe od opadów ciągłych. To sprawiało, że “mieszane” próbki statystyczne były podatne na błędy i mogły prowadzić do zawyżonych wyników.
Nowe badania przeprowadzone przez Nicolasa Da Silvę i Jana O. Härtera z Uniwersytetu w Poczdamie oraz Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung w Bremie przynoszą wreszcie wyczekiwaną odpowiedź. Naukowcy zebrali unikalny zbiór danych o wysokiej częstotliwości pomiarów opadów z Niemiec, który połączyli z nowoczesnym systemem detekcji wyładowań atmosferycznych. Dzięki temu byli w stanie precyzyjnie rozdzielić dwa główne typy deszczu: burzowy i warstwowy.
Wyniki opisane w Nature Geoscience analizy są jednoznaczne. Gdy poddano analizie wyłącznie deszcze towarzyszące burzom, ich intensywność rosła zgodnie z równaniem Clausiusa-Clapeyrona – o 7 proc. na każdy stopień Celsjusza. To samo dotyczyło opadów warstwowych. Dopiero gdy dane zostały połączone, powstawał efekt “super-Clausius-Clapeyron”, czyli wzrost rzędu 14 proc. Jak wyjaśniają autorzy, jest to czysto statystyczna iluzja wynikająca z mieszania ze sobą dwóch różnych typów zjawisk pogodowych, które mają różną dynamikę i reakcję na temperaturę. To jakby próbować uśredniać wyniki sprinterów i maratończyków w jednym wykresie – efekt końcowy niewiele mówi o rzeczywistej wydolności któregokolwiek z nich.
Rozwiązanie wieloletniego sporu naukowego to bez wątpienia ogromne osiągnięcie. Jednak Da Silva i Härter podkreślają, że choć “super-Clausius-Clapeyron” to statystyczna anomalia, realne zagrożenie wynikające z występowania mieszanych układów chmurowych – takich, które zawierają zarówno struktury burzowe, jak i warstwowe – pozostaje i nawet narasta.
To właśnie takie układy są dziś głównym źródłem najbardziej gwałtownych, intensywnych opadów, które prowadzą do powodzi błyskawicznych. A te stają się coraz częstsze w miastach, gdzie zabudowa, asfalt i brak naturalnych systemów retencyjnych potęgują skutki nawet krótkotrwałego, ale silnego deszczu. Badacze przestrzegają, że w obliczu przewidywanego wzrostu temperatur w nadchodzących dekadach możemy spodziewać się, że ekstremalne deszcze osiągną poziomy ryzyka dotąd niespotykane – zarówno dla ludzi, jak i dla infrastruktury.