Bezpłatny fragment - Zmiany klimatu i ich wpływ na wybrane sektory w Polsce

©Autorzy

Konsultacje językowe: Marta Kijańska-Bednarz

Redakcja techniczna: Iwona Pińskwar i Małgorzata Szwed

Projekt okładki: Adam Choryński

Podziękowania

Projekt CHASE-PL (Ocena konsekwencji zmian klimatu dla wybranych sektorów w Polsce) realizowany w ramach programu Polsko-Norweska Współpraca Badawcza, prowadzonego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR), finansowany był w ramach Norweskiego Mechanizmu Finansowego 2009—2014 (Norway Grants), kontrakt nr POL-NOR/200799/90/2014. Naukowcy współpracujący z projektem CHASE-PL przyczynili się do powstania każdego z rozdziałów tej książki.

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej — Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB) dostarczył dane meteorologiczne i hydrologiczne stosowane w projekcie CHASE-PL, które zostały przetworzone w ramach projektu.

Autorzy książki skorzystali z raportów Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC), a także z wyników Projektu Porównania Sprzężonych Modeli (CMIP5) i Europejskiej Skoordynowanej Inicjatywy Skalowania w dół (EURO-CORDEX) w ramach Światowego Programu Badań nad Klimatem (WCRP).

Mikołaj Piniewski korzystał z wsparcia Fundacji Aleksandra von Humboldta i Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego RP. Jerzy Kozyra i Anna Nieróbca korzystali z wsparcia programu wieloletniego IUNG-PIB 2016—2020; Zadanie 7.1: Opracowanie i doskonalenie metod oceny oraz prognozowania (modelowania) skutków środowiskowych i produkcyjno-ekonomicznych WPR i zmian klimatu. Andrzej Ceglarz był beneficjentem wsparcia ze strony Fundacji Niemieckiej Gospodarki (Stiftung der Deutschen Wirtschaft). Ilona M. Otto korzystała z finansowania z programu EarthDoc Earth League.

Redaktorzy tej książki pragną wyrazić swoją wdzięczność głównym autorom rozdziałów, rekrutującym się z grona naukowców CHASE-PL oraz naukowcom spoza projektu, którzy zostali zaproszeni i zgodzili się wnieść wkład do rozdziałów książki. Polscy naukowcy uczestniczący w projekcie CHASE-PL dokonali tłumaczenia angielskich rozdziałów na polski, dzięki czemu książka mogła być szybko i niedrogo opublikowana w dwóch wersjach językowych. Podziękowania kierujemy także do Pani Marty Kijańskiej-Bednarz za redakcję językową.

Lista autorów

Rasmus E. Benestad, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; rasmusb@met.no

Andrzej Ceglarz, Poczdamski Instytut Badań nad Konsekwencjami Klimatu, Poczdam, Niemcy; andrzej.ceglarz@pik-potsdam.de

Adam Choryński, Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego Polskiej Akademii Nauk, Poznań, Polska; adam.chorynski@isrl.poznan.pl

Andreas Dobler, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; andreas.dobler@met.no

Eirik Johan Førland, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; eirikjf@met.no

Dariusz Graczyk, Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego Polskiej Akademii Nauk, Poznań, Polska; darekgraczyk@wp.pl

Jan Erik Haugen, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; janeh@met.no

Øystein Hov, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; oystein.hov@met.no

Ignacy Kardel, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska; I.Kardel@levis.sggw.pl

Jerzy Kozyra, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa — Państwowy Instytut Badawczy (IUNG-PIB) — Puławy, Polska; kozyr@iung.pulawy.pl

Valentina Krysanova, Poczdamski Instytut Badań nad Konsekwencjami Klimatu, Poczdam, Niemcy; krysanova@pik-potsdam.de

Zbigniew W. Kundzewicz, Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego Polskiej Akademii Nauk, Poznań, Polska i Poczdamski Instytut Badań nad Konsekwencjami Klimatu, Poczdam, Niemcy; kundzewicz@yahoo.com

Paweł Marcinkowski, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska; P.Marcinkowski@levis.sggw.pl

Abdelkader Mezghani, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; abdelkaderm@met.no

Anna Nieróbca, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa — Państwowy Instytut Badawczy (IUNG-PIB), Puławy, Polska; szewc@iung.pulawy.pl

Joanna O’Keefe, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska; j.okeeffe@levis.sggw.pl

Tomasz Okruszko, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska; T.Okruszko@levis.sggw.pl

Ilona Otto, Poczdamski Instytut Badań nad Konsekwencjami Klimatu, Poczdam, Niemcy; Ilona.Otto@pik-potsdam.de

Kajsa M. Parding, Norweski Instytut Meteorologiczny (METNorway), Oslo, Norwegia; kajsamp@met.no

Mikołaj Piniewski, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska i Poczdamski Instytut Badań nad Konsekwencjami Klimatu, Poczdam, Niemcy; M.Piniewski@levis.sggw.pl

Iwona Pińskwar, Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego Polskiej Akademii Nauk, Poznań, Polska; iwonp1@wp.pl

Mateusz Szcześniak, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska; M.Szczesniak@levis.sggw.pl

Małgorzata Szwed, Instytut Środowiska Rolniczego i Leśnego Polskiej Akademii Nauk, Poznań, Polska; mszwed@man.poznan.pl

Marta Utratna, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW), Warszawa, Polska; M.Utratna@levis.sggw.pl

1 Wstęp

Zbigniew W. Kundzewicz, Øystein Hov i Tomasz Okruszko

Obszar tematyczny zmian klimatu oraz ich konsekwencji, uznany za bardzo ważny w Norwegii i wielu krajach Unii Europejskiej, w Polsce na ogół nie ma porównywalnego statusu w publicznym dyskursie. Polacy są świadomi zmian klimatu, ale kwestia ta nie jest powszechnie uznawana za priorytet. Obserwowane skutki zmian klimatycznych w kraju nie są dramatyczne, a ich interpretacja jest złożona, istotnych jest bowiem wiele czynników. Połączenie dużej naturalnej zmienności zjawisk hydro-meteorologicznych oraz dużej niepewności w projekcjach na przyszłość, utrudnia publiczną dyskusję. Często zadawane pytanie dotyczy „wiary” lub „niewiary” w zmiany klimatu. W związku z tym zagadnienie zmian klimatu nie jest traktowane tak poważnie, jak na to zasługuje. Jeszcze silniej kwestionowana jest polityka łagodzenia zmian klimatu. Publiczne postrzeganie tej kwestii wynika z dobrze ugruntowanej mądrości, że „Polska siedzi na węglu”. Historycznie biorąc, emisja dwutlenku węgla w Polsce była zawsze wysoka, a emisja na jednostkę PKB jest nadal znacznie wyższa niż w większości krajów UE i w Norwegii. Nie ulega wątpliwości, że stopniowo Polska musi „odwęglić” sektor energetyczny. Jednak wprowadzenie wysokiego podatku węglowego i ryzyko tzw. „wycieku emisji” (tzn. przeniesienia produkcji i emisji do krajów na wschód od Polski, co oznaczałoby utratę miejsc pracy w Polsce na rzecz krajów, które nie uczestniczą w takich działaniach fiskalnych) są powodem poważnych obaw w naszym kraju. W skrócie, „niewygodna prawda” w sensie Gore’a (Gore, 2006) jest szczególnie niewygodna w Polsce. Obydwa kraje, Polska i Norwegia, są potentatami w produkcji paliw kopalnych. W obydwu istnieje dość silna grupa sceptyków. Jednak decydenci i media w obu przypadkach przyjmują różne postawy wobec zmian klimatu i polityki klimatycznej.

Niniejsza książka, poświęcona zmianom klimatu i ich konsekwencjom w wybranych sektorach w Polsce, zawiera przegląd wyników projektu CHASE-PL („Ocena wpływu zmian klimatu na wybrane sektory w Polsce”), realizowanego w latach 2014—2017 w ramach Polsko-Norweskiej Współpracy Badawczej. Projekt CHASE-PL został dobrze dostosowany do ogólnych celów Programu, który, z założenia, ma przyczynić się do zmniejszenia nierówności gospodarczych i społecznych oraz wzmocnienia dwustronnych stosunków między Norwegią i Polską poprzez wkład finansowy w priorytetowych dziedzinach, jak np. badania naukowe. Projekt CHASE-PL miał na celu zapewnienie istotnego intelektualnego wsparcia dla przeciwdziałania zmianom klimatycznym i ich niekorzystnym wpływom, przyczyniając się tym samym do trwałego rozwoju gospodarczego i ochrony środowiska. Oprócz obecnej książki, opublikowanej w języku angielskim i polskim, wyniki projektu zostały również przedstawione w artykułach naukowych w pierwszorzędnych czasopismach z listy ISI.

Niniejsza publikacja składa się z pięciu części, które z kolei składają się z szesnastu rozdziałów. Część pierwsza, tworząca tło, zawiera trzy rozdziały. Po obecnym wprowadzeniu pojawiają się rozdziały — drugi i trzeci — poświęcone zmianom klimatycznym w wielkiej skali, jak również konsekwencjom zmian klimatu i adaptacji do nich (odpowiednio Kundzewicz, 2017a i 2017b).

Przed analizą konsekwencji zmian klimatu i związanych z nimi zagrożeń (w części czwartej), skorzystano z osiągnięć nauki o klimacie, która pozwala wykryć zmiany klimatu (część druga) oraz generować projekcje dotyczące klimatu na przyszłość (część trzecia).

Część druga książki, poświęcona obserwacjom zmian klimatu w Polsce, składa się z trzech rozdziałów. W rozdziałach odpowiednio — czwartym, piątym i szóstym, Graczyk i in. (2017a) przedstawili zaobserwowane zmiany temperatury, Pińskwar i in. (2017) — zmiany opadu, a Szwed i in. (2017) — zmiany pokrywy śnieżnej.

Początek formularza

Dół formularza

W niniejszej publikacji przedstawiono analizę wpływu wielkoskalowych zmian klimatu w dorzeczach dwóch wielkich rzek — Wisły i Odry (pokrywających 88 % terytorium Polski), w których rozważano wpływ na zasoby wodne, biota i agrosystemy. Jest to duże i pionierskie zadanie, ponieważ dotychczas w Polsce nie prowadzono modelowania całych dorzeczy Wisły i Odry. Cel osiągnięto w następujących etapach: wielopunktowa kalibracja i weryfikacja modelu hydrologicznego SWAT, identyfikacja potrzeb wodnych ekosystemów rzecznych i nadbrzeżnych, oraz określenie wpływu zmian klimatycznych na ekosystemy i produkcję rolną. W odniesieniu do projekcji dla ekosystemów rzecznych i terenów podmokłych, przeprowadzono ocenę konsekwencji zmian klimatu za pomocą wskaźników. Ponadto, dla dwóch zlewni nizinnych średniej wielkości (w dorzeczach Wisły i Odry) — Górnej Narwi i Baryczy, dokonano kalibracji modelu mezoskalowego, który wykorzystano do oceny jakości wód.

Część czwarta składa się z pięciu rozdziałów, w których poruszane są kwestie wpływu zmian klimatycznych na wybrane sektory w Polsce. W rozdziale dziewiątym, Piniewski i in. (2017a) omówili wpływ zmian klimatycznych na zasoby wodne. Wpływ na ilość wody określono dla dorzeczy Wisły i Odry, a wpływ na jakość wody — dla dorzeczy Baryczy i Górnej Narwi. Natomiast w rozdziale dziesiątym, Okruszko i in. (2017) przedstawili projekcje wpływu zmian klimatu na środowisko wodne i tereny podmokłe w Polsce. Dwa kolejne rozdziały poświęcone są wpływowi zmian klimatu na polski sektor rolny. W rozdziale 11, Kundzewicz i Kozyra (2017) omówili ogólnie konsekwencje zmian klimatu dla polskiego rolnictwa, a w rozdziale 12, Piniewski i in. (2017b) przedstawili modelowe prognozy wpływu zmian klimatu na uprawy wiosenne do horyzontu czasowego roku 2050. Te cztery rozdziały ujawniają znaczną zmianę przyszłych warunków abiotycznych, które mogą przekształcić funkcjonowanie ekosystemów i agrosystemów na terytorium Polski. W ostatnim (13) rozdziale czwartej części, Graczyk i in. (2017b) zbadali wpływ fal upałów na ludzką śmiertelność w dużych polskich miastach.

Analiza zmian klimatu i ich konsekwencji byłaby niekompletna bez uwzględnienia niepewności, które są wszechobecne — zarówno w obserwacjach, interpretacji, jak i prognozach. Trzy związane z tym zagadnienia to: identyfikacja źródeł niepewności, kwantyfikacja elementów niepewności i opracowanie ram redukcji niepewności. Przedstawieniem niepewności oraz percepcji zajęto się w ostatniej, piątej części niniejszej książki. W rozdziale 14, Kundzewicz i in. (2017c) rozważali niepewność dotyczącą zmian klimatu i polityki łagodzenia tychże zmian. Następnie, w rozdziale 15, Kundzewicz i in. (2017a) omówili percepcję zmian klimatycznych i ich konsekwencji w Polsce i Norwegii. Na koniec, Kundzewicz i in. (2017b) przedstawili wyzwania związane z rozwojem krajowych serwisów klimatycznych w Polsce i w Norwegii.

Książka, a także sam projekt CHASE-PL, łączą mocne strony obu krajów uczestniczących w projekcie. Skorzystano z norweskich doświadczeń dotyczących nauki o klimacie oraz z polskich — w dziedzinie nauki o konsekwencjach klimatu. Norwescy eksperci dostarczyli wspólne fundamenty klimatyczne, tworząc skalowane projekcje, podczas gdy polscy eksperci odegrali rolę lidera w analizie skutków zmian klimatu. Wartościowy wkład wnieśli także współautorzy spoza projektu.

Redaktorzy i autorzy niniejszej pozycji są przekonani, że przedstawiony materiał przyczyni się w znaczący sposób do zwiększenia zrozumienia konsekwencji zmian klimatycznych w wybranych sektorach w Polsce. Książka prezentuje aktualny stan wiedzy w dziedzinie wykrywania zmian w obserwowanych seriach czasowych zmiennych klimatycznych, projekcje zmian klimatu i ich konsekwencji oraz interpretację niepewności.

Projekt CHASE-PL umożliwił opracowanie interaktywnego systemu mapowania sieciowego (climateimpact.sggw.pl), umożliwiającego zainteresowanym wykorzystanie wyników projektu w swoich własnych badaniach dotyczących zmian klimatu, a także redukcję istniejącej luki dotyczącej informacji na temat konsekwencji zmian klimatu wśród decydentów, interesariuszy oraz szerokiego społeczeństwa Polski. Jesteśmy głęboko przekonani, że swobodny i łatwy dostęp do przetworzonych danych historycznych oraz projekcji hydro-klimatycznych umożliwiają krytyczne porównanie różnych podejść do oceny skutków zmiany klimatu. Wnioski wyciągnięte z takich badań mogą pomóc w zwiększeniu świadomości o znaczeniu zmian klimatu i ich konsekwencji oraz w określeniu możliwych strategii adaptacyjnych.

Można zauważyć historyczne, dyscyplinarne „rozłączenie” pomiędzy — z jednej strony — badaczami zintegrowanego cyklu wodnego, dokonującymi oceny i modelowania zasobów wodnych, a z drugiej strony — ekspertami tworzącymi ramy modelowania klimatu. Projekt CHASE-PL i niniejsza książka pozwalają na zbliżenie stanowisk tych dość odległych społeczności.

Literatura

Gore A. (2006) An inconvenient truth: the planetary emergency of global warming and what we can do about it. Rodale, New York, USA. 328 s.

Graczyk D., Pińskwar I., Choryński A., Szwed M. i Kundzewicz Z.W. (2017a) Zmiany temperatury powietrza w Polsce W: Zmiany klimatu i ich wpływ na wybrane sektory w Polsce. Kundzewicz Z.W., Hov Ø. i Okruszko T. (Red.). Rozdział 4, 47—59.

Graczyk D., Pińskwar I., Choryński A., Szwed M. i Kundzewicz Z.W. (2017b) Wpływ fal upałów na zdrowie w największych polskich miastach. W tej książce. Rozdział 13, 199—212.

Kundzewicz Z.W. (2017a) Wielkoskalowa zmiana klimatu (obserwacje, interpretacja, projekcje). W tej książce. Rozdział 2, 14—30.

Kundzewicz Z.W. (2017b) Konsekwencje zmian klimatu i adaptacja do nich. W tej książce. Rozdział 3, 31—45.

Kundzewicz Z.W. i Kozyra J. (2017) Wpływ zmian klimatu na rolnictwo w Polsce. W tej książce. Rozdział 11, 168—181.

Kundzewicz Z.W., Benestad R.E. i Ceglarz A. (2017a) Postrzeganie zmian klimatu i polityki łagodzenia zmian klimatu w Polsce i Norwegii. W tej książce. Rozdział 15, 231—261.

Kundzewicz Z.W., Førland E.J. i Piniewski M. (2017b) Wyzwania dla rozwoju narodowych serwisów klimatycznych — Czy Polska może uczyć się od Norwegii? W tej książce. Rozdział 16, 262—273.

Kundzewicz Z.W., Hov Ø., Piniewski M., Krysanova V., Benestad R.E. i Otto, I.M. (2017c) Niepewność zmian klimatu i ich konsekwencji. W tej książce. Rozdział 14, 214—230.

Mezghani A., Parding K.M., Dobler A., Benestad R.E., Haugen J.E. i Piniewski M. (2017a) Projekcje zmian temperatury, opadów i pokrywy śnieżnej w Polsce. W tej książce. Rozdział 7, 94—118.

Mezghani A., Parding K.M., Dobler A., Benestad R.E., Haugen J.E. i Kundzewicz Z.W. (2017b) Metodyka projekcji. W tej książce. Rozdział 8, 119—129.

Okruszko T., O’Keeffe J., Utratna M., Marcinkowski P., Szcześniak M., Kardel I., Kundzewicz Z.W. i Piniewski M. (2017) Prognoza wpływu zmian klimatu na środowisko wodne i mokradła w Polsce. W tej książce. Rozdział 10, 148—167.

Piniewski M., Szcześniak M., Kardel I., Marcinkowski P., Okruszko T. i Kundzewicz Z.W. (2017a) Zasoby wodne. W tej książce. Rozdział 9, 131—147.

Piniewski M., Szcześniak M., Marcinkowski P., O’Keeffe J., Okruszko T., Nieróbca A., Kozyra J. i Kundzewicz Z.W. (2017a) Projekcje wpływu zmian klimatu na rośliny jare do roku 2050 w oparciu o symulacje modelu. W tej książce. Rozdział 12, 182—198.

Pińskwar I., Choryński A., Graczyk D., Szwed M. i Kundzewicz Z.W. (2017) Zmiany opadów w Polsce. W tej książce. Rozdział 5, 60—81.

Szwed M., Pińskwar I., Kundzewicz Z.W., Graczyk D. i Mezghani A. (2017 Zmiany pokrywy śnieżnej. W tej książce. Rozdział 6, 82—92.

2 Wielkoskalowa zmiana klimatu (obserwacje, interpretacja, projekcje)

Zbigniew W. Kundzewicz

2.1. Ocieplenie postępuje!

Ocieplenie postępuje! Rok 2016 okazał się najcieplejszy globalnie w historii obserwacji temperatury przy użyciu termometrów (czyli od roku 1880). Wiadomość tę ogłosiły agencje rządowe Stanów Zjednoczonych — Narodowa Administracja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) oraz Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna (NOAA), jak również Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) w styczniu 2017.

Rysunek 2.1 przedstawia estymatę zmiany globalnej temperatury powierzchni, określoną w projekcie GISTEMP prowadzonym w NASA-GISS analizującym temperaturę powierzchni Ziemi. Wykorzystane zostały aktualne dane NOAA GHCN v3 (stacje meteorologiczne), ERSST v4 (obszary oceaniczne), oraz SCAR (stacje antarktyczne), połączone tak, jak opisano w pracy Hansena i in. (2010).

Tabela 2.1 przedstawia z kolei ranking 20 globalnie najcieplejszych lat w historii obserwacji. Rekord średniej rocznej temperatury globalnej został niedawno poprawiony trzykrotnie, w kolejnych latach: 2014, 2015 i 2016. W latach 2015 i 2016 rekord został znacznie przekroczony (jednak przekroczenie było jeszcze wyższe w niezwykle ciepłym roku 1998, kiedy temperatura wzrosła znacznie powyżej trendu, patrz rys. 2.1). Spośród 17 najcieplejszych na świecie lat w historii obserwacji, aż 16 miało miejsce od roku 2001. Innymi słowy, każdy rok XXI wieku należał do 17 najcieplejszych globalnie lat. Jedynym rokiem sprzed 2001 na liście 17 najcieplejszych był 1998 (miejsce 9—12), podczas którego wystąpiła silna faza ciepła ENSO, t.j. El Niño.

Rys. 2.1. Oszacowanie anomalii globalnej zmiany temperatury powierzchni na podstawie analizy temperatury powierzchniowej w GISS NASA (GISTEMP. Przedstawione są wartości średnie roczne i krzywa lowess (lokalnie ważone wygładzenie rozproszonych punktów). Anomalia odnosi się do okresu bazowego: 1951—1980. Źródło: zespół GISTEMP (2017).

Tabela 2.1. Ranking 20 globalnie najcieplejszych lat w historii obserwacji. Anomalie temperatury [w °C] odnoszą się do okresu bazowego 1951—1980. Źródło: NASA (http://climate.nasa.gov/system/internal_resources/details/original/ 647Global_Temperature_Data_File. txt).

W latach 2014—2016 odnotowano silną, ciepłą fazę cyklu ENSO, tj. El Niño, której amplituda osiągnęła bardzo wysoką wartość mierzoną pod koniec 2015 roku za pomocą wskaźnika ONI (Oceaniczny Indeks Niño). Ten silny epizod El Niño miał wpływ na wieloletni trend ocieplenia. Oceaniczny Indeks Niño (ONI) opiera się na średniej temperaturze w regionie Niño 3.4, zob. http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_ monitoring/lanina/enso_evolution-status-fcsts-web. pdf.

Etapy cyklu ENSO — odpowiednio El Niño i La Niña, są zdefiniowane, jeśli próg ONI ≥ 0,5 lub ONI ≤ -0,5 zostanie przekroczony przez co najmniej pięć kolejnych okresów trzymiesięcznych. Średnia miesięczna wartość wskaźnika ONI od listopada 2015 r. do stycznia 2016 r. osiągnęła poziom 2,3 wyrównując tym samym najwyższe poprzednio notowane rekordy (od października do grudnia 1997 r. i od listopada 1997 r. do stycznia 1998 r.). Stadium El Niño trwało od października-grudnia 2014 r. do kwietnia-czerwca 2016 r. Następnie system klimatyczny wkroczył w fazę neutralną ENSO, a potem rozpoczęła się faza zimna — La Niña, od lipca-września 2016 r. do listopada 2016 r. — stycznia 2017 r. (powyżej pięciu miesięcy). Obecnie (luty 2017) oczekuje się przejścia do fazy neutralnej ENSO.

Na rysunku 2.2 przedstawiono oszacowania anomalii globalnej temperatury nad lądem i oceanem wynikające z analizy temperatury powierzchniowej przeprowadzonej w GISS NASA (GISTEMP). Jest oczywiste, że zarówno Ziemia jak i ocean ocieplają się, a anomalie temperatury nad lądem są zazwyczaj wyższe niż w oceanach.

Rys. 2.2. Oszacowania anomalii temperatury globalnej nad lądem i oceanem. Anomalia odnosi się do okresu bazowego 1951—1980. Źródło: zespół GISTEMP (2017).

Na rysunku 2.3 przedstawiono wiele zaobserwowanych charakterystyk zmieniającego się globalnego systemu klimatycznego. Globalnie uśrednione temperatury powierzchni lądowych i oceanicznych pozwalają na wyciągnięcie wniosku, że — według liniowego trendu — nastąpiło ocieplenie o 0,85 [0,65 do 1,06] °C, w okresie od 1880 do 2012 r., dla którego istnieje wiele niezależnych zestawów danych (IPCC, 2013, 2014), por. rys. 3a. Anomalie odnosiły się do okresu kontrolnego 1986—2005.

Jednak oprócz silnego ocieplenia wielodekadowego, globalna średnia temperatura powierzchni wykazuje znaczną zmienność między dekadami i latami, która sprawia, że trendy oparte na krótkich okresach danych są bardzo wrażliwe na wybór roku początku i końca danych. Na przykład, ocieplenie w latach 1998—2012 w wysokości 0,05 [-0,05 do 0,15] °C na dekadę było stosunkowo słabe. Ten odcinek czasu, określany czasem kolokwialnie, choć nieprawidłowo jako „przerwa w ociepleniu”, rozpoczął się w bardzo ciepłym roku 1998, odpowiadającym silnemu El Niño. Dynamika ocieplenia nasiliła się w 2014 r. i w następnych dwóch latach, tj. 2015—2016.

Seria czasowa dekadowych wartości średnich temperatury globalnej (z uwzględnieniem oszacowania niepewności średniej dekadowej) przedstawiona na rys. 2.3a pokazuje, że każda z ostatnich trzech dekad była cieplejsza niż poprzednia. Mapa obserwowanych zmian temperatury powierzchni w latach 1901 do 2012 (rys. 2.3b), odpowiadająca trendom temperatury wyznaczonym przez regresję liniową z jednego zbioru danych (linia pomarańczowa na rys. 2.3a) pokazuje, że prawie cała Planeta doświadczyła ocieplenia powierzchni. Trendy zostały obliczone tam, gdzie dostępność danych pozwoliła na dokonanie mocnego oszacowania, podczas gdy pozostałe obszary pozostały białe. Wskazane są oczka siatki, w których znaleziono istotny trend.

Rekonstrukcja temperatury w skali kontynentalnej wskazuje, z wysoką ufnością, że okresy wielodekadowe podczas średniowiecznej anomalii klimatycznej (w latach 950—1250), w niektórych regionach były tak ciepłe jak pod koniec XX wieku, ale nie występowały zgodnie w różnych regionach (IPCC, 2013).

Rys. 2.3. Wskaźniki ilustrujące obserwowane zmiany globalnego systemu klimatycznego. (a) Obserwowane globalnie uśrednione anomalie temperatury powierzchni lądów i oceanów (w odniesieniu do średniej z okresu 1986—2005, jako średnie roczne i dekadowe) z oszacowaniem średniej dekadowej niepewności dla każdej serii danych (szare cieniowanie). (b) Mapa obserwowanych zmian temperatury powierzchni, w okresie 1901—2012 otrzymana z trendów temperatury wyznaczonych za pomocą regresji liniowej z jednego zbioru danych (pomarańczowa linia w panelu a). Trendy zostały obliczone tam, gdzie dostępność danych umożliwiła uzyskanie silnej estymaty (tj. wyłącznie dla oczek siatki zawierających więcej niż 70 % kompletnych szeregów czasowych i ponad 20 % dostępnych danych w początkowym okresie analizy i ponad 10 % w okresie końcowym). Obszary niespełniające tego kryterium oznaczono kolorem białym. Oczka siatki, dla których trend jest istotny statystycznie na poziomie 10 %, oznaczono znakiem +. (c) Zasięg lodu morskiego w Arktyce (średnia od lipca do września) i Antarktyce (luty). (d) Zmiany średniego globalnego poziomu morza względem średniej z lat 1986—2005 dla najdłuższego istniejącego zbioru danych, przy czym wszystkie zbiory danych są wyrównane do tej samej wartości w roku 1993, tzn. w pierwszym roku satelitarnych pomiarów altymetrycznych. Wszystkie szeregi czasowe (kolorowe linie wskazujące różne serie danych) przedstawiają roczne wartości, a ocenę niepewności przedstawiono za pomocą kolorowego cieniowania. (e) Mapa obserwowanych zmian opadów w latach 1951—2010; Trendy obliczono przy użyciu tych samych kryteriów, co w panelu b. Źródło: IPCC (2014a).

Ocieplenie oceanu dominuje jako zasadniczy odbiornik przyrostu energii zgromadzonej w układzie klimatycznym, co stanowi ponad 90 % energii zgromadzonej w latach 1971—2010, w dwóch trzecich w górnym oceanie (0—700 m). W skali globalnej płytsza część (górne 75 m) oceanu ocieplała się w ciągu dekady w okresie od 1971 do 2010 r. o 0,11 [0,09—0,13] °C (IPCC, 2013).

2.2. Inne obserwacje klimatyczne

2.2.1. Kurcząca się kriosfera

Według raportu IPCC (2013), w ciągu ostatnich dziesięcioleci pokrywa lodowa Grenlandii i Antarktyki traci masę, postępuje kurczenie się lodowców, a powierzchnie arktycznego lodu morskiego i wiosennej pokrywy śnieżnej na półkuli północnej w dalszym ciągu zmniejszają się.

Średnia prędkość utraty lodu przez lodowce na całym świecie, z wyłączeniem lodowców na obrzeżach pól lodowych, wzrosła o ponad 21 % między okresami 1971- 2009 i 1993—2009.

Średnie tempo utraty lodu z pokrywy lodowej Grenlandii wzrosło prawie siedmiokrotnie pomiędzy dziesięcioleciami 1992—2001 i 2002—2011, podczas gdy średnia prędkość utraty lodu z pokrywy lodowej w Antarktyce wzrosła niemal pięciokrotnie. Składały się na nią głównie straty na obszarze północnego Półwyspu Antarktycznego i w sektorze Morza Amundsena w zachodniej Antarktyce.

Średnia roczna powierzchnia lodu morskiego w Arktyce zmniejszała się w latach 1979—2012 w tempie 3,5—4,1 % na dekadę i 9,4—13,6 % na dekadę dla letniego minimum (wieloletni lód morski), podczas gdy średnioroczna powierzchnia lodu morskiego w Antarktyce rosła w tempie od 1,2 do 1,8 % na dekadę. Rysunek 2.3c pokazuje temperaturę Arktyki (od lipca do września) i zasięg lodu morskiego w Antarktyce (luty).

Powierzchnia pokrywy śnieżnej na półkuli północnej zmniejszyła się, a temperatura wiecznej zmarzliny wzrosła w większości regionów. Na północy europejskiej części Rosji zaobserwowano znaczne zmniejszenie grubości wiecznej zmarzliny i jej zasięgu.

2.2.2. Poziom morza

Rysunek 2.3d przedstawia średni globalny roczny poziom morza w porównaniu do okresu 1986—2005. Tempo wzrostu poziomu morza (SLR) od połowy XIX wieku określone w raporcie IPCC (2013), było większe od średniego tempa w ciągu ostatnich dwóch tysiącleci. W końcu XIX i na początku XX wieku nastąpiło przejście od stosunkowo powolnego do szybszego tempa wzrostu. W okresie od 1901 do 2010, średni globalny wzrost poziomu morza (SLR) wynosił 0,19 m, co oznacza że średni globalny poziom morza podnosił się w tym czasie średnio o 1,7 mm/rok. Tempo wzrostu poziomu morza przyśpiesza, osiągając 2,0 mm/rok w latach 1971—2010 i 3,2 mm/rok w latach 1993—2010.

W latach 1993—2010, średni globalny wzrost poziomu morza był zasadniczo zgodny z sumą obserwowanych udziałów następujących mechanizmów: rozszerzalności cieplnej wody oceanicznej na skutek jej ogrzania (1,1 mm/rok), zmian w lodowcach (0,76 mm/rok), utraty masy pokrywy lodowej Grenlandii (0,33 mm/rok), utraty masy pokrywy lodowej Antarktyki (0,27 mm/rok), oraz magazynowania wody na lądzie (0,38 mm/rok). Suma tych elementów nieznacznie przekracza 2,8 mm/rok (w porównaniu do podanej wyżej estymaty, wynoszącej 3,2 mm/rok). Jednak nadal istnieje znaczna niepewność.

2.2.3. Opady i ekstrema

Rysunek 2.3e przedstawia mapę obserwowanych zmian opadów na świecie w latach 1951—2010. Na obszarach lądowych położonych w średnich szerokościach geograficznych półkuli północnej średnie sumy opadów wzrosły od 1901 roku. Stopień pewności tego stwierdzenia określono jako średni przed rokiem 1951 i wysoki po roku 1951.

Zaobserwowano zmiany w wielu ekstremalnych zjawiskach pogodowych i klimatycznych. Ekstrema ciepłe (np. liczba gorących dni i tropikalnych nocy, częstotliwość fal upałów) rosną, podczas gdy ekstrema chłodu (np. liczba zimnych dni i nocy) maleją. Częstotliwość lub intensywność wysokich opadów atmosferycznych prawdopodobnie wzrosła w Ameryce Północnej i Europie.

2.2.4. Węgiel i inne cykle biogeochemiczne

Szczególna, 59-letnia seria istniejących obserwacji stężeń dwutlenku węgla w atmosferze, prowadzona w obserwatorium Mauna Loa (Hawaje, USA), wykazuje stały wzrost, modulowany przez pory roku (rys. 2.4).

W ciągu roku, cykl sezonowy odpowiada rozwojowi faz wegetacji w trakcie pór roku. Ciąg obserwacji w Mauna Loa jest najdłuższą na świecie serią czasową wysokiej jakości pomiarów stężenia CO2 w atmosferze. Obserwacje rozpoczęto w marcu 1958 r. Najbardziej aktualna miesięczna wartość stężenia CO2 wyznaczona dla stycznia 2017 r. wyniosła 406,13 ppm, tj. o 3,61 ppm więcej niż w styczniu 2016 r. (402,52 ppm).

Ryc. 2.4. Obserwacje stężeń dwutlenku węgla w atmosferze w obserwatorium Mauna Loa. (a) stężenia w ostatnich latach, od 2013 roku. (b) Kompletna seria danych, od 1958 roku.

Źródło: NOAA. https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

Według oszacowań zawartych w raportach IPCC (2013, 2014, 2014a), stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze: dwutlenku węgla (CO2), metanu (CH4) i tlenku azotu (N2O) wzrosły w znacznym stopniu od 1750 r. W 2011 r. stężenia tych gazów wyniosły odpowiednio 391 ppm (części na milion), 1803 ppb (części na miliard) i 324 ppb, i przekroczyły poziom przedindustrialny o około 40 %, 150 % i 20 %.

Dzięki badaniom rdzeni lodowych wiemy, że obecnie stężenia CO2, CH4 i N2O znacznie przekraczają najwyższe stężenia, jakie wystąpiły ciągu ostatnich 800 000 lat. Średnie tempo wzrostu stężeń atmosferycznych w ciągu ostatnich stuleci jest bezprecedensowe w ciągu ostatnich 22 000 lat.

Wzrost stężenia CO2 w atmosferze prowadzi do zakwaszenia oceanu, które jest określane ilościowo przez spadek pH wód powierzchniowych w oceanach o 0,1 od początku ery przemysłowej, co odpowiada wzrostowi stężenia jonów wodorowych o 26 %.

2.3. Czynniki zmian klimatu

Procesy naturalne oraz mające charakter antropogeniczny stanowią elementy, które zmieniają bilans energetyczny Ziemi, czyli są siłami napędowymi zmian klimatu. IPCC (2013) stwierdza, że cała naturalna zmiana wymuszenia radiacyjnego (RF), pochodząca z promieniowania słonecznego i stratosferycznych pyłów wulkanicznych, tylko w niewielkiej części przyczynia się do całkowitej zmiany wymuszenia radiacyjnego netto, za wyjątkiem krótkich okresów po wielkich erupcjach wulkanów.

Wartość RF określa ilościowo zmiany strumieni energii, wynikające ze zmian czynników klimatycznych. Dodatnie wartości RF oznaczają ocieplenie, podczas gdy ujemne — ochłodzenie. Najdokładniejszą wartością obliczoną dla antropogenicznego RF za rok 2011, w porównaniu z rokiem 1750 jest 2,29 W·m−2. Wartość RF rosła silniej po 1970 roku, w porównaniu z poprzednimi dekadami. Wartość RF odpowiadająca zmianom atmosferycznych stężeń mieszanych gazów cieplarnianych (CO2, CH4, N2O, i freony) wynosi 2,83 W·m−2, natomiast emisje samych CO2 i CH4 wyjaśniają wzrost RF, odpowiednio, o 1,68 W·m−2 i 0,97 W·m−2 (IPCC, 2013).

Efekt pyłów występujących w atmosferze, który uwzględnia zmiany w chmurach wywołane obecnością pyłów, jest ujemny –0,9 W·m−2. Jest to wynik netto ujemnego wymuszenia radiacyjnego pochodzącego od prawie wszystkich pyłów i dodatniego wpływu absorpcji promieniowania słonecznego przez czarny węgiel. Pyły i ich interakcje z chmurami mają znaczny wpływ na średnie globalne wymuszenie radiacyjne, a niedostatki wiedzy o tych zjawiskach są źródłem znacznych niepewności w całościowych obliczeniach RF.

2.4. Rozumienie systemu klimatycznego

Rozumienie ostatnich zmian w systemie klimatycznym kształtowane jest przez połączenie obserwacji, badań procesów i symulacji modelowych. Z biegiem czasu dysponujemy bardziej szczegółowymi i dłuższymi seriami obserwacji oraz udoskonalonymi modelami klimatycznymi. Stanowisko dotyczące interpretacji zmian klimatu znacząco ewoluowało na przestrzeni ostatnich 25 lat, kiedy to wydano pięć kolejnych raportów IPCC (1990—2013). Ostatni, piąty raport (IPCC, 2013), zawiera najmocniejsze ze wszystkich stwierdzenie odnośnie interpretacji zmian klimatu: „jest bardzo prawdopodobne, że więcej niż połowa obserwowanego wzrostu średniej globalnej temperatury powierzchni w latach 1951—2010 jest skutkiem antropogenicznego wzrostu stężenia gazów cieplarnianych i innych działań antropogenicznych łącznie”. Określenie „bardzo prawdopodobne” zostało zdefiniowane jako odpowiadające prawdopodobieństwu na poziomie co najmniej 95 %.

2.4.1. Poprawa modeli klimatycznych

Wpływ człowieka na system klimatyczny jest oczywisty. Jest to widoczne choćby poprzez wzrastające stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze, dodatnie wymuszenie radiacyjne i obserwowane ocieplenie.

Modele klimatyczne uległy udoskonaleniu i obecnie są w stanie odtworzyć obserwacje w skali globalnej i kontynentalnej dotyczące przebiegu temperatury powierzchni w ciągu wielu dziesięcioleci, włączając w to bardziej gwałtowne ocieplenie od połowy XX wieku oraz ochłodzenie następujące po wielkich erupcjach wulkanicznych.

Długookresowe symulacje uzyskane za pomocą modeli pokazują trend w globalnej średniej temperaturze powierzchni Ziemi od roku 1951 do 2012, który jest zasadniczo zgodny z obserwowanym, nawet jeśli pojawiają się różnice pomiędzy symulowanymi a obserwowanymi trendami dla pewnych okresów (np. 1998 do 2012).

Obserwowane zmniejszenie tempa ocieplania się powierzchni Ziemi w okresie 1998—2012 w porównaniu do okresu 1951—2012 wynika ze zmniejszonego trendu wymuszenia radiacyjnego i udziału chłodzenia będącego skutkiem naturalnej wewnętrznej zmienności, która zawiera w sobie potencjalną redystrybucję ciepła wewnątrz oceanów.

2.4.2. Ujęcie ilościowe reakcji systemu klimatycznego

Wiedzę co do rozmiarów globalnego ocieplenia w reakcji na sumę wymuszeń dostarczają badania obserwacyjne i modelowe zmian temperatur, klimatycznych sprzężeń zwrotnych oraz zmian w bilansie energetycznym Ziemi. Sprzężenia zwrotne netto połączonych efektów zmian w parowaniu wody oraz różnic pomiędzy ociepleniem atmosferycznym i powierzchniowym są dodatnie, co wzmacnia zmiany klimatu. Radiacyjne sprzężenie zwrotne netto odpowiadające różnym typom chmur jest prawdopodobnie dodatnie, z niepewnością co do wpływu ocieplenia na chmury niskie.

Gazy cieplarniane prawdopodobnie przyczyniły się do globalnego ocieplenia w okresie 1951—2010 o 0,5—1,3°C, a inne wymuszenia antropogeniczne, w tym efekt chłodzący aerozoli jest prawdopodobnie w zakresie od −0,6°C do 0,1°C. Udział naturalnych wymuszeń prawdopodobnie zawiera się w zakresie −0,1°C do 0,1°C, a pochodzący z naturalnej wewnętrznej zmienności prawdopodobnie również zawiera się w zakresie −0,1°C do 0,1°C. Łączny udział powyższych szacunków jest zgodny z obserwowanym ociepleniem w tym okresie, w przybliżeniu 0,6—0,7°C.

Wpływ człowieka wywołał nie tylko ocieplenie atmosfery oraz oceanów, ale również zmiany globalnych cyklów wodnych, zmniejszenie się ilości śniegu i lodu, globalny wzrost poziomu morza i zmian niektórych ekstremów klimatycznych.

Jest bardzo prawdopodobne (IPCC, 2013), że wymuszenia antropogeniczne mają znaczący udział w ogrzaniu górnej warstwy oceanu (0–700 m) i oddziałują na globalny cykl wodny (obserwowane wzrosty wilgotności w atmosferze, zmiany w globalnych schematach opadów nad lądem, intensyfikacja wysokich opadów nad lądem oraz zmiany w powierzchniowym i podpowierzchniowym zasoleniu oceanów).

2.4.3. Metodyka wydobywania danych

Interpretacja zmian temperatury globalnej jest ważna dla zrozumienia sytemu klimatycznego oraz dla sporządzenia projekcji na przyszłość. W ciągu ostatnich dziesięcioleci podjęto potężne wysiłki mające na celu poprawienie dokładności odtwarzania przeszłych temperatur globalnych przez modele klimatyczne, jednak takie próby wciąż nie pozwalają na dokładne odtworzenie zaobserwowanego ciągu temperatur. Niewątpliwie, istnieje potrzeba dalszego rozwoju modeli klimatycznych. Sensowne jest jednak wykorzystywanie innych metod, np. tzw. podejść opartych na danych (wydobywania danych), pozwalających na uzyskanie rezultatów praktycznie nadających się do wykorzystania w sposób znacznie prostszy i szybszy niż modele klimatyczne (Stanisławska i in., 2013). Abstrahując od wcześniejszej wiedzy na temat beznadziejnie skomplikowanej fizyki procesów i bez zakładania struktury modelu, który zamyka w sobie całą dostępną wiedzę, Stanisławska i in. (2013) byli w stanie odtworzyć przeszłą temperaturę globalną, poprzez automatyczną identyfikację ewolucyjnych modeli obliczeniowych (podejście wydobywania danych). Wykorzystano istniejące ciągi czasowe temperatury globalnej i czynników klimatycznych dla 60 lat, przy czym okres 1950—1999 służył do identyfikacji modelu, a okres 2000—2009 do jego weryfikacji. Stanisławska i in. (2013) wykazali, że obserwacje globalnej temperatury w przeszłości mogą być odtworzone przez obliczenia ewolucyjne z dość dobrą dokładnością.

Poprzez usunięcie atmosferycznego stężenia CO2 z zestawów danych, Stanisławska i in. (2013) uzyskali znacząco gorsze rezultaty. Rysunek 2.5 ilustruje wyniki testu modelu dla danych pozbawionych CO2. Po usunięciu tej zmiennej z zestawu danych, model ciągle może całkiem dobrze dopasowywać się do okresu, dla którego prowadzona jest identyfikacja, jednak nie działa dobrze dla okresu weryfikacji. Mamy do czynienia ze zjawiskiem nadmiernego dopasowania, otrzymując informację o tym, która zmienna jest naprawdę istotna. W przypadku braku obecności CO2 w danych, modele po prostu nie potrafią odtworzyć temperatury globalnej pierwszej dekady XX wieku.

Rys. 2.5. Efekt usunięcia stężenia atmosferycznego CO2 z baz danych. Interpretacja osi: x — lata, y — wartości anomalii temperatur (wykres czarny — wartości obserwowane, wykres czerwony — wartości symulowane bez użycia stężeń CO2).

2.5. Projekcje dla przyszłości

2.5.1. Scenariusze

W niniejszej pracy użyty został nowy zestaw przyszłych scenariuszy, tzw. Reprezentatywne Scenariusze Stężeń Dwutlenku Węgla (RCP), por. Moss i in. (2010); Meinshausen i in. (2011). RCP są identyfikowane poprzez przybliżone całkowite wymuszenie promieniowania w roku 2100 w stosunku do roku 1750: 2,6 W·m-2 dla RCP2.6, 4,5 W·m-2 dla RCP4.5, 6,0 W· m-2 dla RCP6.0 i 8,5 W·m-2 dla RCP8.5. Cztery scenariusze RCP obejmują: jeden scenariusz mitygacji, prowadzący do bardzo niskiego poziomu wymuszenia (RCP2.6), dwa scenariusze stabilizacji (RCP4.5 i RCP6), a także jeden scenariusz zakładający bardzo wysokie poziomy emisji gazów cieplarnianych (RCP8.5). Scenariusze RCP reprezentują więc cały zakres polityk klimatycznych, w porównaniu do scenariuszy używanych wcześniej, nie uwzględniających polityki klimatycznej. Także w dalszych rozdziałach tej książki używane są scenariusze RCP (RCP4.5 i/ lub RCP8.5).

Nowe scenariusze wykorzystane zostały w nowych symulacjach przeprowadzonych z użyciem modeli klimatycznych w projekcie CMIP5 (Projekt Porównania Sprzężonych Modeli, Faza 5) w ramach Światowego Programu Badań nad Klimatem (WCRP). Dla wszystkich RCP, stężenia CO2 w atmosferze w 2100 roku będą wyższe od obecnych, wskutek dalszego wzrostu łącznych emisji gazów cieplarnianych do atmosfery w XXI wieku.

2.5.2. Projekcje klimatyczne

Modele symulują zmiany klimatu w oparciu o zestaw scenariuszy wymuszeń antropogenicznych, wskazując, że dalsze emisje gazów cieplarnianych będą powodować dalsze ocieplenie i zmiany we wszystkich składnikach systemu klimatycznego. W celu ograniczenia zmian klimatu wymagane będzie znaczne i trwałe zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych.

Średnia globalna zmiana temperatury w okresie 2016—2035 w porównaniu z okresem 1986—2005 prawdopodobnie będzie w granicach 0,3—0,7°C, przy założeniu, że nie nastąpią większe erupcje wulkaniczne, ani też zmiany wielkości całkowitego promieniowania słonecznego. Z kolei dla okresu 2081—2100 przewiduje się, że, zależnie od przyjętego scenariusza RCP, prawdopodobne zmiany będą oscylować w granicach 0,3—1,7°C (przy scenariuszu RCP2.6), 1,1—2,6°C (RCP4.5), 1,4—3,1°C (RCP6.0) oraz 2,6—4,8°C (RCP8.5). Region arktyczny będzie ocieplał się szybciej niż globalna średnia, a ocieplenie nad lądem będzie silniejsze niż nad oceanem (IPCC, 2013).

Rysunek 2.6a przedstawia średnie wartości projekcji zmiany średniej temperatury uzyskane za pomocą wielu modeli, dla okresu 2081—2100 wg scenariusza RCP2.6 (po lewej) i RCP8.5 (po prawej stronie).

Przewiduje się, że globalna zmiana temperatury powierzchni Ziemi pod koniec XXI wieku, w porównaniu do średniej z okresu 1850—1900 prawdopodobnie przekroczy 1,5°C przy scenariuszach RCP4.5, RCP6.0 i RCP8.5, tj. dla wszystkich scenariuszy RCP z wyjątkiem RCP2.6. Ocieplenie prawdopodobnie będzie wyższe niż 2°C dla RCP6.0 i RCP8.5, ale prawdopodobnie nie przekroczy 2°C dla RCP2.6. Wzrost temperatury nie powinien przekroczyć 4°C dla RCP2.6, RCP4.5 i RCP6.0 (IPCC, 2013). Ocieplenie będzie nadal wykazywać dużą zmienność, zarówno w poszczególnych latach jak i dziesięcioleciach, i nie będzie regionalnie jednolite.

Rys. 2.6. Średnie wartości dostępnych projekcji w oparciu o wyniki projektu CMIP5 (Projekt Porównania Sprzężonych Modeli, Faza 5), z wykorzystaniem wielu modeli, dla okresu 2081—2100 wg scenariusza RCP2.6 (po lewej) i RCP8.5 (po prawej stronie): (a) zmiany średniej rocznej temperatury powierzchni, (b) zmiany średniego rocznego opadu, w procentach, oraz (c) zmiany średniego poziomu morza. Zmiany pokazano w odniesieniu do okresu 1986—2005. Liczba modeli CMIP5 używanych do obliczania średniej wartości jest podana w prawym górnym rogu przy każdej mapie. Na mapkach (a) i (b) zakropkowano obszary, na których przewidywana jest duża zmiana w porównaniu z naturalną zmiennością (tj. większa niż dwa odchylenia standardowe zmienności wewnętrznej w ciągach 20-letnich średnich) i gdzie równocześnie 90 % modeli zgadza się co do kierunku zmian. Linie ukośne na mapkach (a) i (b) pokazują regiony, dla których przewidywana zmiana jest mniejsza niż jedno odchylenie standardowe od naturalnej zmienności w 20-letnich średnich. Źródło: IPCC (2014a).

W XXI wieku ocean będzie się nadal ocieplać. Ciepło będzie przenikać z powierzchni do głębszych warstw oceanu i przez to wpływać na cyrkulację oceaniczną. Najlepsze estymaty ocieplenia górnej 100-metrowej warstwy oceanu wynoszą od około 0,6°C (wg RCP2.6) do 2,0°C (wg RCP8.5).

W ciągu XXI wieku, wraz ze wzrostem średniej globalnej temperatury, pokrywa lodowa w Arktyce będzie się kurczyć i stawać się coraz cieńsza, a wiosenna pokrywa śnieżna na Półkuli Północnej będzie maleć. Również globalna objętość lodowców będzie się zmniejszać.

Średni globalny poziom morza będzie nadal rosnąć, przy czym szybkość wzrostu poziomu morza (SLR) będzie coraz wyższa ze względu na rosnące ocieplenie oceanu i coraz większą utratę masy lodowców i lądolodów. Średnia globalna wartość SLR dla lat 2081—2100 w porównaniu z okresem 1986—2005 prawdopodobnie wzrośnie o 0,26—0,55 m przy założeniu, że zrealizuje się scenariusz RCP2.6, o 0,32—0,63 m przy RCP4.5, o 0,33- 0,63 m przy RCP6.0 i o 0,45—0,82 m przy RCP8.5 (IPCC, 2013). Projekcje zmian rocznego poziomu morza (średnie dla wielu modeli) w okresie 2081—2100 na podstawie scenariuszy RCP2.6 (po lewej) i RCP8.5 (po prawej stronie) ilustruje rys. 2.6c.

Zmiany w globalnym obiegu wody nie będą jednolite. Rysunek 2.6b przedstawia średnie — na podstawie wielu modeli — projekcje zmian średniego rocznego opadu, w procentach, dla okresu 2081—2100, wg scenariuszy RCP2.6 (po lewej) i RCP8.5 (po prawej stronie). Przewiduje się, że różnice w wielkości opadów pomiędzy obszarami wilgotnymi i suchymi oraz pomiędzy wilgotnymi i suchymi porami roku będą wzrastać — obszary lub sezony suche będą stawać się jeszcze bardziej suche, a wilgotne — jeszcze bardziej wilgotne. Przewiduje się, że ekstremalne zjawiska opadowe staną się jeszcze bardziej intensywne i będą występować częściej.

Zmiany klimatu wpłyną na procesy obiegu węgla, powodując dalsze przyspieszenie wzrostu stężenia CO2 w atmosferze. W rezultacie, dalsze pochłanianie dwutlenku węgla przez ocean światowy zwiększy jego zakwaszenie. Skumulowane emisje CO2 będą w dużej mierze determinować średnie globalne ocieplenie powierzchni Ziemi. Większość przejawów zmian klimatycznych będzie się utrzymywać przez wiele wieków, nawet jeśli antropogeniczne emisje netto CO2 spadną do zera. Mamy bowiem do czynienia ze znaczącym, wielowiekowym wymuszeniem zmian klimatu, spowodowanym przeszłymi i obecnymi emisjami CO2 do atmosfery. Aby osiągnąć cele Porozumienia Paryskiego UNFCCC, potrzebna jest globalna dekarbonizacja i redukcja emisji gazów cieplarnianych, która w drugiej połowie XXI wieku powinna osiągnąć wartości ujemne netto (tzn. wiązanie dwutlenku węgla powinno przewyższać emisje).

2.6. Uwagi końcowe

Ocieplenie systemu klimatycznego Ziemi zaobserwowane w ostatnich dziesięcioleciach jest jednoznaczne i nie ulega wątpliwości. Pierwsza dekada XXI wieku była globalnie cieplejsza niż pierwsza dekada lat 90-tych XX wieku, a ta z kolei cieplejsza od pierwszej dekady lat 80-tych XX wieku. Lata osiemdziesiąte były zaś cieplejsze niż latach siedemdziesiąte. Każdy rok XXI wieku należał do 17 najcieplejszych lat na świecie w historii globalnych obserwacji temperatury. Rekordy globalnej średniej temperatury rocznej zostały ostatnio pobite przez trzy kolejne lata: 2014, 2015 i 2016. Wiele z obserwowanych zmian jest bezprecedensowych w skalach czasowych od dziesięcioleci do tysiącleci. Interpretacja zachodzących zmian klimatu jest oczywista — ponad połowa obserwowanego wzrostu średniej globalnej temperatury powierzchni w okresie od 1951 do 2010 roku była spowodowana czynnikami antropogenicznymi, a zwłaszcza wzrostem antropogenicznych stężeń gazów cieplarnianych w atmosferze ziemskiej. Projekcje na przyszłość wskazują na dalsze, wszechobecne ocieplenie, ale wpływ na jego tempo mogą wywrzeć działania człowieka. Zmiany klimatu nie ograniczają się jedynie do wzrostu temperatury i związanych z tym efektów (kurczenia się kriosfery i wzrostu poziomu morza), ale obejmują wiele innych zmian w systemie klimatycznym.

Literatura

GISTEMP Team (2017) GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP). NASA Goddard Institute for Space Studies. Dataset accessed 20YY-MM-DD at https://data.giss.nasa.gov/gistemp/.

Hansen J., Ruedy R., Sato M. i Lo K. (2010) Global surface temperature change, Rev. Geophys., 48, RG4004.

IPCC (2013) Summary for Policymakers. [W]: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker T.F., Qin D., Plattner G.-K., Tignor M., Allen S.K., Boschung J., Nauels A., Xia Y., Bex V. i Midgley P.M. (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

IPCC (2014) Summary for Policymakers. [W]: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Field C.B., Barros V.R., Mastrandrea M.D. i Mach K.J. (eds.)] Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

IPCC (2014a) Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri i L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.

Kundzewicz Z.W. (2014) Fifth IPCC Assessment Report now out. Papers on Global Change, 21, 9–27.

Meinshausen M., Smith S. J., Calvin K., Daniel J. S., Kainuma M.L.T., Lamarque J-F., Matsumoto K., Montzka S.A., Raper S.C.B., Riahi K., Thomson A., Velders G.J.M. i van Vuuren D.P.P. (2011) The RCP greenhouse gas concentrations and their extension from 1765 to 2300. Climatic Change, 109(1–2), 213–241, DOI: 10.1007/s10584—011-0156-z

Moss R.H., Edmonds J.A., Hibbard K.A., Manning M.R., Rose S.K., van Vuuren D.P., Carter T.R., Emori S., Kainuma M., Kram T., Meehl G.A., Mitchell J.F.B., Nakicenovic N., Riahi K., Smith S.J., Stouffer R.J., Thomson A.M., Weyant J.P. i Wilbanks T.J. (2010) The next generation of scenarios for climate change research and assessment. Nature, 463(7282), 747–756, DOI:10.1038/nature 08823.

Stanisławska K., Kundzewicz Z.W. i Krawiec K. (2013) Hindcasting global temperature by evolutionary computation.Acta Geoph., 61(3), 732—751, DOI: 10.2478/s11600—012-0091-z.

3 Konsekwencje zmian klimatu i adaptacja do nich

Zbigniew W. Kundzewicz
Wprowadzenie

Istnieje coraz więcej świadectw ocieplenia klimatu w skali globalnej, kontynentalnej i subkontynentalnej (krajowej, regionalnej i lokalnej) (IPCC, 2013). Obserwowane ocieplenie spowodowane jest narastającym w atmosferze stężeniem gazów cieplarnianych pochodzenia antropogenicznego. Poza wzrostem temperatury i zmianami jej rozkładu, zmiany klimatyczne dotyczą innych zmiennych w systemie klimatycznym, które wspólnie mają znaczny wpływ na wiele systemów naturalnych i ludzkich. Niniejszy rozdział, czerpiący z Piątego Raportu IPCC (2014), zawiera przegląd najważniejszych zagrożeń, a także omówienie ich wpływu na wybrane sektory.

3.2. Obserwowane zmiany

Wpływ zmian klimatycznych zaobserwowano w wielu systemach, sektorach i regionach. Przykładowo, wzrost temperatury oraz zmiany opadów w znaczący sposób oddziałują na systemy hydrologiczne i zasoby wodne. W odpowiedzi na trwające zmiany klimatyczne wiele gatunków fauny i flory przesunęło swoje geograficzne zakresy zasięgu (np. górna granica lasu w górach), zachowania sezonowe, schematy migracji, liczebność i interakcje gatunków (na przykład w układzie drapieżnik-ofiara). Obserwuje się również wpływ zmian klimatycznych na plony rolnicze. Zmienił się schemat występowania szkodników i chorób, wektorów i gospodarzy. Zmiany klimatu wpłynęły negatywnie na plony pszenicy i kukurydzy w wielu regionach i w skali globalnej. Zanotowano kilka okresów szybkiego wzrostu cen żywności i zbóż po wystąpieniu skrajnych warunków klimatycznych w kluczowych regionach produkcyjnych, a także po masowym wprowadzeniu produkcji biopaliw zastępujących uprawy żywności, co ilustruje wrażliwość rynków żywnościowych na zmiany.

Różnice we wrażliwości i ekspozycji na ekstremalne zjawiska meteorologiczne i hydrologiczne wynikają z czynników poza-klimatycznych, np. nierównomierności procesów rozwojowych, które kształtują zróżnicowanie zagrożeń ze względu na zmiany klimatu. Skutki niedawnych ekstremalnych zjawisk klimatycznych, takich jak fale upałów, susze, powodzie, cyklony i pożary lasu, wykazują znaczną wrażliwość i ekspozycję niektórych ekosystemów oraz wielu systemów ludzkich (dotyczy to wielu aspektów, w tym zdrowia i samopoczucia) na istniejącą zmienność klimatu. Zagrożenia związane z klimatem zdecydowanie pogłębiają inne czynniki stresogenne, powodujące często niekorzystne skutki dla ludzkiego dobrostanu, zwłaszcza dla osób żyjących w ubóstwie.

Mimo rosnącej wiedzy, zakres niepewności dotyczącej przyszłych skutków, wrażliwości, ekspozycji i reakcji wzajemnie powiązanych systemów ludzkich i naturalnych jest ciągle bardzo duży.

3.3. Kluczowe zagrożenia

Istnieje kilka kategorii kluczowych zagrożeń obejmujących sektory i regiony (wg IPCC, 2014):

Ryzyko śmierci, kontuzji, złego stanu zdrowia lub zaburzeń żywotności w nisko położonych strefach przybrzeżnych i na małych wyspach, z powodu powodzi sztormowych i ujściowych, wzrostu poziomu morza, a także dla dużych populacji miejskich z powodu powodzi śródlądowych;

Ryzyka systemowe wynikające z ekstremalnych zjawisk pogodowych (np. intensywne opady, powodzie, susze, fale upałów, fale mrozów, silne wiatry) prowadzące do awarii sieci infrastrukturalnych i usług, takich jak zaopatrzenie w wodę i energię elektryczną, jak również opieka zdrowotna i świadczenia ratunkowe;

Ryzyko śmiertelności i zachorowalności podczas fal upałów, szczególnie w odniesieniu do wrażliwych grup mieszkańców miast i osób pracujących na wolnym powietrzu;

Ryzyko braku bezpieczeństwa żywnościowego i załamania systemów żywnościowych związanych z ociepleniem i ekstremami hydrologicznymi, szczególnie dla mniej zamożnych grup społecznych;

Ryzyko pogorszenia stanu środowiska i dochodów na obszarach wiejskich, z powodu niedostatecznego dostępu do wody pitnej i nawadniania oraz ograniczonej produktywności rolniczej, szczególnie w mniej rozwiniętych regionach półsuchych;

Ryzyko utraty ekosystemów morskich, przybrzeżnych, lądowych i śródlądowych, różnorodności biologicznej oraz świadczeń, funkcji i usług ekosystemów, które zapewniają utrzymanie życia.

Wiele kluczowych zagrożeń stanowi trudne wyzwania dla krajów najsłabiej rozwiniętych i podatnych społeczności, ze względu na ich ograniczoną zdolność radzenia sobie z nimi.

3.4. Powody do obaw

Można wyróżnić pięć grup powodów do obaw, które zilustrowano na rys. 3.1, podsumowującym kluczowe zagrożenia w różnych sektorach i regionach, w konsekwencji zmian klimatu (w funkcji ocieplenia) oraz ograniczenia adaptacyjne dla ludzi, gospodarek i ekosystemów, w formie tak zwanego wykresu „płonącego bursztynu” (IPCC, 2014).

Rys. 3.1. Globalna perspektywa zagrożeń związanych z klimatem. Po prawej stronie przedstawiono ryzyko związane z poszczególnymi powodami do obaw, przy wzrastającym poziomie zmian. Kolorowe zacienienie oznacza dodatkowe ryzyko spowodowane zmianami klimatycznymi, gdy pewien poziom temperatury zostanie osiągnięty, a następnie utrzymany lub przekroczony. Niewielkie, niewykrywalne ryzyko (kolor biały) wskazuje, że nie można wykryć żadnych skutków związanych z klimatem. Umiarkowane ryzyko (kolor żółty) wskazuje, że powiązane skutki są zarówno wykrywalne, jak i związane ze zmianami klimatycznymi na co najmniej średnim poziomie, uwzględniające również inne szczegółowe kryteria dotyczące kluczowych kategorii ryzyka. Wysokie ryzyko (kolor czerwony) wskazuje poważne i powszechnie występujące konsekwencje, przy uwzględnieniu również innych szczegółowych kryteriów dotyczących najważniejszych zagrożeń. Kolor fioletowy, przedstawiony w IPCC AR5, wskazuje, że bardzo wysokie ryzyko jest wykazane przez wszystkie szczególne kryteria dotyczące najważniejszych zagrożeń. Dla celów porównawczych, po lewej stronie pokazano przeszłą (zaobserwowaną) i przyszłą (przewidywaną) globalną średnią roczną temperaturę powierzchni Ziemi, jak w IPCC (2013). Źródło: (IPCC, 2014).

Wszystkie temperatury podane są jako zmiana średniej temperatury globalnej w stosunku do przedziału odniesienia 1986—2005 (rozumianego jako „niedawny”).

Rysunek ilustruje, co można uznać za „niebezpieczną ingerencję antropogeniczną” zgodnie z artykułem 2 Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu (UNFCCC). Wykres „płonącego bursztynu” jest zestawiony z prognozami temperatury.

Systemy unikatowe i zagrożone: niektóre systemy niepowtarzalne i zagrożone, w tym ekosystemy i kultury, są już narażone na ryzyko w związku z trwającą zmianą klimatu. Liczba systemów zagrożonych poważnymi konsekwencjami rośnie wraz z dodatkowym ociepleniem. Wiele gatunków i systemów o ograniczonej zdolności adaptacyjnej podlega wysokim zagrożeniom przy dodatkowym ociepleniu o 2°C lub wyższym. Dotyczy to zwłaszcza systemów związanych z lodem morskim Arktyki i rafami koralowymi.

Ekstremalne zjawiska pogodowe: ryzyko związane ze zmianami klimatycznymi spowodowane ekstremalnymi zdarzeniami, takimi jak fale upałów, ekstremalne opady i powodzie sztormowe jest obecnie umiarkowane, a stanie się wysokim przy dalszym ociepleniu o 1°C i wyżej. Ryzyko związane z pewnymi rodzajami zdarzeń ekstremalnych (np. ekstremalnymi upałami) silnie rośnie w wyższych temperaturach.

Rozkład skutków: Ryzyko jest nierównomiernie rozłożone w przestrzeni i generalnie jest większe dla mniej zamożnych osób i społeczności. Skutki zmian klimatu dla produkcji roślinnej są zróżnicowane regionalne. Opierając się na przewidywanych spadkach plonów regionalnych i dostępności wody można uznać, że ryzyko wystąpienia nierównomiernych przestrzennie skutków zmian klimatu będzie wysokie przy dalszym ociepleniu o 2°C.

Konsekwencje globalne: Ryzyko konsekwencji globalnych, dotyczące zarówno bioróżnorodności Ziemi, jak i globalnej gospodarki, jest umiarkowane dla dodatkowego ocieplenia o około 1—2°C. Przy dodatkowym ociepleniu o ok. 3°C wystąpi wysokie ryzyko znacznej utraty różnorodności biologicznej i związanej z nią utraty niektórych świadczeń ekosystemów. Generalnie, szkody gospodarcze mogą gwałtownie wzrosnąć, gdy ocieplenie wzrośnie o ok. 3°C lub więcej.

Pojedyncze zdarzenia wielkoskalowe: Wraz ze wzrastającym ociepleniem, niektóre systemy fizyczne lub ekosystemy mogą być narażone na ryzyko wystąpienia gwałtownych i nieodwracalnych zmian. Ryzyko takie jest umiarkowane przy dalszym ociepleniu o 0—1°C (np. grożą nieodwracalne zmiany systemu rafy koralowej i ekosystemów arktycznych), jednak zwiększy się nieproporcjonalnie, gdy temperatura wzrośnie o 3°C lub więcej. W przypadku długotrwałego ocieplenia większego od pewnego (obecnie — precyzyjnie nieokreślonego) progu, może nastąpić niemalże całkowita utrata lodu na Grenlandii (w ciągu tysiąclecia lub jeszcze dłuższego okresu), przyczyniając się do wzrostu światowego poziomu oceanu nawet do 7 m.

Wzrastające rozmiary ocieplenia zwiększają prawdopodobieństwo poważnych, wszechobecnych i nieodwracalnych skutków. Ogólne ryzyko konsekwencji zmian klimatu można zredukować poprzez skuteczną globalną politykę przeciwdziałania zmianom klimatycznym, ograniczając ich tempo i wielkość.

3.5. Sektory i systemy

Projekcje na przyszłość pokazują, że ryzyko zmiany klimatu znacznie wzrasta wraz ze wzrostem stężeń gazów cieplarnianych w atmosferze. Przewidywany wpływ na zasoby wodne jest poważny (rys. 3.2). Przewiduje się, że wraz z poziomem ocieplenia wzrośnie odsetek globalnej populacji ludności doświadczającej niedoboru wody, jak i dotkniętej przez niszczącą obfitość wód (wielkie powodzie rzeczne). Dalej, projekcje wskazują, że zmiany klimatu przyczynią się do zmniejszenia odnawialnych zasobów wód powierzchniowych i podziemnych w najbardziej suchych regionach subtropikalnych, zwiększając konkurencję o wodę pomiędzy sektorami. W regionach obecnie suchych, częstotliwość suszy wzrośnie, podczas gdy zasoby wodne w wysokich szerokościach geograficznych będą rosły. Innymi słowy, w suchych regionach będzie coraz bardziej sucho, a w regionach wilgotnych — coraz bardziej wilgotno. Szczególnie niekorzystne projekcje, mówiące o prawdopodobnym ocieplaniu i zmniejszeniu opadów, dotyczą regionu Morza Śródziemnego, znacznej części południowych Stanów Zjednoczonych, Południowej Afryki, Ameryki Południowej i Australii. Oznacza to zmniejszenie natężenia przepływów rzecznych w tych regionach (rys. 3.2). Przeciwnie, na większości obszaru Syberii, na północy Kanady i na Alasce, a także na Półwyspie Indyjskim, projekcje wskazują na wzrost przepływów rzecznych.

Duża część zarówno lądowych, jak i słodkowodnych gatunków flory i fauny, stoi w obliczu zwiększonego zagrożenia wyginięciem w wyniku przewidywanych zmian klimatycznych, zwłaszcza gdy zmiany oddziałują wraz z innymi czynnikami stresowymi, takimi jak: modyfikacja siedlisk, nadmierna eksploatacja, zanieczyszczenie i gatunki inwazyjne. Wielkość i tempo zmian klimatu w XXI wieku, wynikające ze scenariuszy rozwoju średnio- i wysokoemisyjnych, stwarzają znaczne ryzyko nagłej i nieodwracalnej zmiany w skali regionalnej w składzie, strukturze i funkcji ekosystemów lądowych i słodkowodnych, w tym mokradeł.

Rys. 3.2. Procentowa zmiana średniego rocznego przepływu rzecznego przy średnim globalnym wzroście temperatury o 2°C powyżej temperatury z okresu 1980—2010 (tzn. o 2,7°C powyżej temperatury okresu przedindustrialnego). Kolory pokazują średnią zmianę rocznego natężenia przepływów dla zespołu wielu modeli (na podstawie 4 globalnych modeli klimatycznych, GCM i 11 globalnych modeli hydrologicznych, GHM), a nasycenie koloru oznacza zgodność, co do kierunku zmian pomiędzy wszystkimi kombinacjami modeli GHM-GCM (odsetek modeli zgodnych co do kierunku zmiany) (Schewe i in., 2013). Źródło: Jimenez i in. (2014).

Ze względu na wzrost poziomu morza, systemy przybrzeżne i nisko położone obszary przybrzeżne będą coraz silniej doświadczać negatywnych skutków, takich jak: podtopienia, zalewanie czy erozja wybrzeża. W związku z przewidywaną zmianą klimatu wystąpi przemieszczanie się gatunków morskich i zmniejszenie różnorodności biologicznej organizmów morskich w regionach wrażliwych, co będzie stanowić wyzwanie dla trwałego zapewnienia wydajności połowów i innych usług ekosystemowych. Według scenariuszy średnio- i wysokoemisyjnych, zakwaszanie oceaniczne stwarza poważne zagrożenie dla ekosystemów morskich, zwłaszcza raf koralowych i ekosystemów polarnych, związane z wpływem na fizjologię, zachowanie i dynamikę populacji poszczególnych gatunków od fitoplanktonu po duże zwierzęta.

Przewiduje się, że w przypadku głównych upraw (pszenicy, ryżu i kukurydzy) w regionach tropikalnych i umiarkowanych, zmiana klimatu bez adaptacji do niej, ma negatywnie wpłynąć na produkcję rolniczą przy wzroście temperatury o 2°C lub więcej w stosunku do poziomu temperatury z końca XX wieku, chociaż niektóre obszary (np. na północy) mogą z takiego ocieplenia skorzystać.

Według przeglądu literatury w Porter i in. (2014), dotyczącego oszacowań wpływu ostatnich trendów zmian klimatu na plony ważniejszych upraw, w przeprowadzonych badaniach dla obszaru Chin, Indii, Stanów Zjednoczonych, Francji, Szkocji, Australii, Rosji, jak również badaniach przeprowadzonych w wielu innych krajach czy w skali globalnej, zmniejszenie plonu jest dominujące (dla mediany, jak i dla większości zakresów pomiędzy kwantylami).

Wiele globalnych zagrożeń związanych ze zmianami klimatycznymi koncentruje się na obszarach miejskich, gdzie obecnie mieszka większość globalnej populacji. Do roku 2050 liczba mieszkańców obszarów miejskich wzrośnie do 64 — 69 % populacji globalnej. Należy jednak spodziewać się znaczących przyszłych skutków dla obszarów wiejskich poprzez wpływ na dostępność i zapasy wody, bezpieczeństwo żywności i dochody z rolnictwa, w tym przesunięcia w obszarach produkcji upraw na całym świecie.

Prognozowane zmiany klimatu wpłyną na zdrowie ludzkie, pogłębiając już istniejące problemy zdrowotne, ale również przyczynią się do wzrostu zachorowalności w wielu regionach, zwłaszcza w krajach rozwijających się o niskich dochodach, w porównaniu do sytuacji wyjściowej bez zmian klimatycznych. W szczególności przewiduje się nasilenie fal upałów (powodujących wzrost zachorowalności i śmiertelności) i chorób zakaźnych.

Istnieją skomplikowane, wielosektorowe oddziaływania zmian klimatu (i na zmiany klimatu), takie jak na przykład przedstawiony na rysunku 3.3. związek wodno-energetyczno-spożywczy. Rysunek ilustruje dwustronne powiązania pomiędzy wodą i energią, wodą i rolnictwem, a także energią i rolnictwem.

Trudno oszacować globalne skutki gospodarcze związane ze zmianami klimatycznymi. Szacunki różnią się w stosunku do części poszczególnych sektorów gospodarki i zależą od dużej liczby założeń, z których wiele jest dyskusyjnych. Przy takich ograniczeniach, niekompletne szacunki globalnych rocznych strat ekonomicznych w przypadku wzrostu temperatury o ~ 2°C wynoszą od 0,2 do 2,0 % dochodu. Dodatkowo istnieją wielkie różnice pomiędzy krajami i wewnątrz nich. Straty rosną coraz szybciej wraz ze zwiększaniem się ocieplenia. Istnieje znaczna rozbieżność między szacunkami narastających ekonomicznych konsekwencji emisji dwutlenku węgla — od kilku dolarów amerykańskich do kilkuset dolarów na tonę węgla. Szacunki znacznie się różnią w zależności od założeń dotyczących funkcji strat i stopy dyskontu.

Rys. 3.3. Ogniwa woda — energia — żywność w nawiązaniu do zmian klimatu. Powiązania zaopatrzenia / zapotrzebowania, jakości i ilości wody, energii i żywności / paszy / włókna w zmieniających się warunkach klimatycznych mają wpływ zarówno na strategie adaptacyjne, jak i mitygacyjne. Źródło: Arent i in. (2014).

Przewiduje się, że dla większości sektorów gospodarki wpływ czynników nie związanych z klimatem (np. zmiany populacji, struktury wiekowej, dochodów, technologii, siły nabywczej, stylu życia, regulacji i zarządzania) będzie większy niż wpływ zmian klimatycznych.

Ponadto, przewiduje się, że zmiany klimatyczne w XXI wieku wywołają większą migrację ludzi i mogą pośrednio zwiększyć ryzyko gwałtownych konfliktów, wzmacniając dobrze udokumentowane czynniki, powodujące konflikty, takie jak ubóstwo i wstrząsy gospodarcze.

Można oczekiwać, że wpływ zmian klimatycznych na infrastrukturę krytyczną i integralność terytorialną wielu państw prawdopodobnie wpłynie na bezpieczeństwo narodowe. Na przykład, zalanie nisko położonych obszarów, spowodowane wzrostem poziomu morza, stworzy zagrożenie dla integralności terytorialnej państw położonych na małych wyspach oraz państw posiadających rozległą linię brzegową. Niektóre transgraniczne skutki zmian klimatu, takie jak zmiany powierzchni lodu morskiego, wspólne zasoby wodne, czy zasoby ryb pelagicznych, mogą zwiększyć rywalizację między państwami.

Przewiduje się, że przez cały XXI wiek skutki zmian klimatycznych spowodują spowolnienie wzrostu gospodarczego, utrudnią zmniejszanie ubóstwa, negatywnie wpłyną na bezpieczeństwo żywnościowe, przedłużą istnienie obecnych, a także stworzą nowe sfery ubóstwa, szczególnie w obszarach miejskich. Pojawią się także nowe ogniska głodu.

W Europie występuje geograficzne zróżnicowanie wpływu zmian klimatu na rolnictwo (rys. 3.4).

Rys. 3.4. Procentowa zmiana wydajności pszenicy ozimej w 2030 r. w symulowanych warunkach ograniczenia wody w odniesieniu do roku 2000 dla scenariusza A1B modelu globalnego ECHAM5 (lewa kolumna) i HadCM3 (prawa kolumna). Mapy górne nie uwzględniają adaptacji. Mapy dolne obejmują adaptację. Za: Donatelli i in. (2012). Źródło: Kovats i in. (2014).

Północ stanie się cieplejsza i bardziej wilgotna, co będzie korzystne z punktu widzenia rolnictwa, a południe stanie się cieplejsze i bardziej suche, co jest z kolei dla rolnictwa złą wiadomością. Także turystyka może rozwijać się na północy i ulegać ograniczeniu na południu, gdzie lata będą zbyt gorące, co prawdopodobnie spowoduje zmiany tradycyjnych miejsc letniego wypoczynku. Oczekuje się, że długość sezonu narciarskiego w Europie ulegnie zmniejszeniu. Energetyka wodna prawdopodobnie ulegnie ograniczeniu we wszystkich regionach, a podczas gorących i suchych okresów nie będzie można w pełni zaspokoić zapotrzebowania na wodę do chłodzenia w elektrowniach. Problemy związane z transportem mogą obejmować wpływ wysokich temperatur na szyny i wpływ susz na żeglugę śródlądową. Przewiduje się, że wartość usług świadczonych przez ekosystemy zmniejszy się.

3.6. Adaptacja, zarządzanie ryzykiem i budowanie odporności

Jako roboczą definicję adaptacji można przyjąć: dostosowanie się w odpowiedzi na obserwowane lub oczekiwane zmiany w celu łagodzenia szkód, lub wykorzystanie korzystnych możliwości. Historia pokazuje, że ludzie i społeczeństwa zawsze, choć z różnym powodzeniem, radzili sobie poprzez dostosowywanie się do warunków klimatycznych, zmienności klimatu oraz jego ekstremów. Obecnie adaptacja do zmian klimatu stała się częścią procesu planowania, przy czym jej wdrażanie jest wciąż jeszcze dość ograniczone. Doświadczenia w adaptacji są jednak gromadzone, a administracja na różnych szczeblach zaczyna opracowywać plany i politykę dostosowawczą, uwzględniając problem zmian klimatu w szerszych planach rozwoju.

Taksonomia adaptacji wyróżnia kilka kategorii klasyfikacji, np.: adaptacja antycypacyjna (proaktywna, adaptacja do przewidywanych zmian) lub działania reaktywne (adaptacja do przeszłych lub bieżących zmian); autonomiczna (spontaniczna) lub planowana; a także prywatna lub publiczna. Dostosowanie się do zmian klimatu może być realizowane poprzez planowanie przestrzenne i zagospodarowanie terenu, podejścia strukturalne (fizyczne), zarządzanie instytucjonalne, zarządzanie ryzykiem klęsk żywiołowych i zarządzanie ekosystemami.

Zdolność dostosowania się do zmian klimatu jest różna w różnych regionach, społeczeństwach i grupach dochodowych, a różnice te odzwierciedlają takie czynniki jak: zamożność, standard i lokalizacja budynków mieszkalnych, poziom wykształcenia, mobilność itp. Jednak zwiększanie zdolności adaptacyjnych, tj. wzrost zdolności reagowania i radzenia sobie z zagrożeniem niezbędna jest wszędzie. Zróżnicowane są podmioty zajmujące się polityką adaptacyjną (osoby lub organizacje, które mają uzasadniony interes dotyczący projektu lub polityki, lub będą oddziaływać na konkretne działanie lub politykę) poczynając od władz centralnych poprzez władze regionalne i lokalne, zagrożone osoby prywatne i społeczności, organizacje planujące, organizacje pozarządowe, po naukowców i media. W procesie adaptacji niezbędne jest uczestnictwo w podejmowaniu decyzji. Oczekuje się, że ponadnarodowe organy (takie jak Unia Europejska) oraz rządy krajowe, przyczynią się do stworzenia otoczenia, które umożliwi i będzie sprzyjać adaptacji.

Istnieje kilka kategorii ograniczeń adaptacji, w tym — fizyczne (np. kiedy rzeka całkowicie wysycha, a więc nie można uniknąć niekorzystnych skutków dla sektora wodnego); ekonomiczne (przystępne ceny, opłacalność, wydajność); społeczno-polityczne (przykładowo budowanie infrastruktury ochronnej może nie być możliwe do zaakceptowania, np. ze względu na szkodliwe skutki dla środowiska i potrzebę przesiedlenia ludzi); lub instytucjonalnych (np. niedostateczna zdolność instytucji). Bariery w przystosowaniu się do powodzi poprzez przesiedlenie mieszkańców zagrożonych terenów mogą być fizyczne, np. brak terenów do przesiedlenia, ale także społeczne — niechęć osób do przeprowadzki.

Decyzje dotyczące zarządzania wodą zawsze były podejmowane w warunkach niepewności. Jednak zmiany klimatyczne są wyzwaniem dla istniejących praktyk w zakresie gospodarki wodnej, dodając znacznie więcej niepewności i wprowadzając nowe zagrożenia, które mogą wykraczać poza zakres wcześniejszych doświadczeń. Adaptacja, zarówno reaktywna, jak i antycypacyjna, wykorzystuje mechanizm sprzężenia zwrotnego, wprowadza modyfikacje (i ewentualnie koryguje błędy z przeszłości) w odpowiedzi na zdobycie nowej wiedzy i informacji (z monitoringu i badań, np. modelowania i tworzenia scenariuszy).

Systemy stworzone przez człowieka są tradycyjnie zaprojektowane i użytkowane w oparciu o założenie stacjonarności, czyli stwierdzenie, że przeszłość jest kluczem do przyszłości. Tymczasem, w rzeczywistości „stacjonarność jest martwa” (Milly i in. 2008, 2015), stąd jest mało prawdopodobne, że procedury oparte o założenie stacjonarności będą optymalne. Systemy mogą być przeprojektowane lub niedoprojektowane, co skutkuje albo niewystarczającymi działaniem, albo wysokimi kosztami (np. dla uzyskania wielkiego marginesu bezpieczeństwa).

Niestety, istniejące projekcje klimatyczne na przyszłość obarczone są wysoką niepewnością. Stąd rodzą się pytania — do czego mamy się adaptować? Naturalnym jest, że niepewność w projekcjach klimatycznych na przyszłość ma swoje konsekwencje dla praktyk adaptacyjnych. Procedury przystosowawcze muszą być rozwijane, ale nie mogą zakładać znajomości precyzyjnych projekcji zmian. Zarządzający nie mogą mieć zaufania do indywidualnych scenariuszy czy prostych projekcji na przyszłość.

Istnieje bardzo wiele możliwości rozwiązań adaptacyjnych. Można próbować zapobiec negatywnym efektom zmiany klimatu środkami strukturalnymi i technologicznymi (np. „twarde” inżynieryjne rozwiązania i zastosowanie usprawnionych standardów projektowania), poprzez środki prawne, regulacyjne i instytucjonalne (zintegrowane zarządzanie; zmiany wskazówek dla planistów oraz standardów projektowania). Można również unikać i redukować ryzyko przez relokację lub inną strategię unikania, przez poprawę systemów ostrzegania, planów awaryjnych i kryzysowych. Ponadto, można podejmować działania współdzielące straty (strategie oparte o ubezpieczenia) i przygotowywać się na przyjęcie pewnego ryzyka resztowego. Niezbędnymi warunkami adaptacji do zmian klimatu są badania (nad redukcją niepewności), edukacja oraz podnoszenie świadomości.

Z perspektywy zrównoważonego rozwoju, adaptacja powinna redukować podatność ludzi i społeczeństw na niekorzystne zmiany charakterystyk klimatu, jego wzmożoną zmienność, czy zdarzenia ekstremalne, a także powinna chronić i odtwarzać ekosystemy, które dostarczają kluczowych korzyści środowiskowych.

Horyzont planowania i żywotność niektórych opcji adaptacyjnych (np. zapory, lasy) sięga wielu dziesięcioleci, podczas których można się spodziewać wzrostu posiadanej wiedzy i informacji. Jeśli — mimo niepewnych projekcji — nie uda się działać odpowiednio wcześnie, szanse na adaptację mogą zostać utracone. Opóźnienie adaptacji oznacza z kolei węższy zakres niepewności. Można więc dostrzec dylemat — czy adaptować się teraz, mimo niepewności, czy też czekać na lepsze informacje i podejmować działania przystosowawcze, kiedy niepewności zmaleją. Wczesna adaptacja jest efektywna, zakładając, że projekcje dla przyszłego klimatu są wystarczająco dokładne, podczas gdy opóźniona adaptacja może prowadzić do większych kosztów. Zasada przezorności powinna być zatem szeroko stosowana — w kwestiach, gdzie pewność projekcji jest wysoka (np. wszechobecne ocieplenie), adaptacja powinna rozpocząć się wcześnie.

Istnieją również strategie „bez żalu”, czyli — rób to, co i tak ma sens, w każdym układzie. Zawsze dobrym rozwiązaniem jest oszczędzanie energii, wody i surowców. Usprawnione włączenie obecnej zmienności klimatu do praktyk zarządzania lepiej wróży odnośnie przygotowania społeczeństw na klimat przyszłości. Niemniej, adaptacja do konsekwencji zmian klimatu zazwyczaj wiąże się ze znacznymi wydatkami, które mogą być obliczone poprzez oddolne badania sektorowe. Niestety, wyliczenia kosztów adaptacyjnych są często oparte na rozumowaniu spekulatywnym. Ponadto, wiedza na temat korzyści z adaptacji jest jeszcze mniejsza, szczególnie w sensie oceny unikniętych szkód.

Odpowiedź na ryzyko klimatyczne obejmuje podejmowanie decyzji w zmiennych warunkach, z postępującą niepewnością na temat ostrości i tempa wystąpienia konsekwencji zmian klimatu i z ograniczeniami efektywności działań adaptacyjnych. Wybory dotyczące przeciwdziałania zmianom klimatu i adaptacji do nich, jakich dokonujemy teraz i dokonywać będziemy w bliskiej przyszłości, wpłyną na ryzyko zmiany klimatu na przestrzeni wielu dziesięcioleci. Adaptacja jest bardzo powiązana z konkretnym miejscem i kontekstem. Nie istnieje jedno, uniwersalne podejście dla redukcji ryzyka we wszystkich sytuacjach.

Planowanie adaptacji i jej wdrażanie może być wzmocnione poprzez komplementarne działania na wszystkich poziomach, od pojedynczego człowieka do poziomu ogólnokrajowego.

Pierwszym krokiem w kierunku przystosowania się do nadchodzących zmian klimatu jest redukcja wrażliwości i ekspozycji na zmienność obecnego klimatu i poprawa bezpieczeństwa. Strategie zawierają współkorzyści również dla innych celów. Planowanie adaptacji i jej wdrażanie jest zależne od wartości społecznych, celów i percepcji ryzyka. Kiepskie planowanie, nadmierne uwypuklenie korzyści krótkofalowych lub porażka w odpowiednim przewidywaniu konsekwencji może skutkować niedopasowaniem rozwiązań.

Istnieją ważne współkorzyści, synergie i kompromisy pomiędzy mitygacją i adaptacją oraz pomiędzy różnymi reakcjami adaptacyjnymi. Perspektywy dla klimatycznie elastycznych ścieżek prowadzących do zrównoważonego rozwoju są powiązane fundamentalnie z tym, co światu uda się uzyskać poprzez przeciwdziałanie zmianom klimatu. Większa szybkość i amplituda zmian klimatu powiększają prawdopodobieństwo przekroczenia ograniczeń adaptacji.

3.7. Podsumowanie

Obserwowane zmiany klimatu, przypisywane antropogenicznemu wzrostowi stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze, już teraz dotykają wielu systemów, zarówno naturalnych jak i ludzkich. Projekcje na przyszłość wskazują prawdopodobieństwo pojawienia się kluczowych kategorii ryzyka, rozciągających się pomiędzy systemami, sektorami i regionami, które można podsumować w pięciu zintegrowanych kategoriach obaw, pokazujących, jaki wpływ może być uznany za „niebezpieczną antropogeniczną ingerencję”, zgodnie z rozumieniem artykułu 2 Konwencji Klimatycznej (UNFCCC). Istotne powody do niepokoju dotyczą systemów unikatowych i zagrożonych, ekstremalnych zdarzeń pogodowych, rozkładu konsekwencji, zagregowanych skutków globalnych i wielkoskalowych, praktycznie nieodwracalnych zdarzeń. Ryzyko powiązane z tymi obawami wzrasta oczywiście wraz ze wzrostem ocieplenia.

Literatura

Arent D.J., Döll P., Strzepek K.M., Jiménez Cisneros B.E., Reisinger A., Tóth F.L. i Oki, T. (2014) Cross-chapter box on the water–energy–food/feed/fiber nexus as linked to climate change. W: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Field C.B., V.R. Barros, D.J. Dokken, K.J. Mach, M.D. Mastrandrea, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea, i L.L. White (Red.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 163—166.

Donatelli M., Srivastava A.K., Duveiller G. i Niemeyer S. (2012) Estimating Impact Assessment and Adaptation Strategies under Climate Change Scenarios for Crops at EU27 Scale. W: Environmental Modelling and Software. Seppelt R., A.A. Voinov, S. Lange i D. Bankamp (Red.). Proceedings of Managing Resources of a Limited Planet, Sixth Biennial Meeting, July 2012, Leipzig, Germany, 1—8.

IPCC (2013) Summary for Policymakers. W: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex i P.M. Midgley (Red.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

IPCC (2014) Summary for Policymakers. W: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Field C.B., V.R. Barros, M.D. Mastrandrea i K.J. Mach (Red.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Jiménez Cisneros B.E., Oki T., Arnell N.W., Benito G., Cogley J.G., Döll P., Jiang T. i Mwakalila S.S. (2014) Freshwater resources. W: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Field C.B., V.R. Barros, D.J. Dokken, K.J. Mach, M.D. Mastrandrea, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea i L.L. White (Red.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 229—269.

Kovats R.S., Valentini R., Bouwer L.M., Georgopoulou E., Jacob D., Martin E., Rounsevell M. i Soussana J.-F. (2014) Europe. W: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part B: Regional Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Barros V.R., C.B. Field, D.J. Dokken, M.D. Mastrandrea, K.J. Mach, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea i L.L. White (Red.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1267—1326.

Lung T., Lavalle C., Hiederer R., Dosio A. i Bouwer L.M. (2012) A multi-hazard regional level impact assessment for Europe combining indicators of climatic and non-climatic change. Global Environmental Change. 23(2), 522—536.

Porter J.R., Xie L., Challinor A.J., Cochrane K., Howden S.M., Iqbal M.M., Lobell D.B. i Travasso M.I. (2014) Food security and food production systems. W: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part A: Global and Sectoral Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Field C.B., V.R. Barros, D.J. Dokken, K.J. Mach, M.D. Mastrandrea, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea i L.L. White (Red.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 485—533.

Schewe J., Heinke J., Gerten D., Haddeland I., Arnell N.W., Clark D.B., Dankers R., Eisner S., Fekete B., Colón-González F.J., Gosling S.N., Kim H., Liu X., Masaki Y., Portmann F.T., Satoh Y., Stacke T., Tang Q., Wada Y., Wisser D., Albrecht T., Frieler K., Piontek F., Warszawski L. i Kabat P. (2013) Multi-model assessment of water scarcity under climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111(9), 3247—3250.

Część II Obserwacje zmian klimatu w Polsce
4 Zmiany temperatury powietrza w Polsce

Dariusz Graczyk, Iwona Pińskwar, Adam Choryński, Małgorzata Szwed i Zbigniew W. Kundzewicz

4.1. Wstęp

Według autorów 5. Raportu IPCC (2014) pomiędzy latami 1880 a 2012, średnia globalna temperatura powietrza podniosła się o 0,85°C (± 0,2°C). W ostatnim stuleciu tempo procesu ocieplania się klimatu wynosiło około 0,07°C na dekadę, jednak w ostatnim 50-leciu średnia globalna temperatura powietrza rosła już niemal 2 krotnie szybciej, osiągając wartość 0,13°C na dekadę (Trenberth i in., 2007). Zgodnie z przewidywaniami klimatologów, temperatura rosła szybciej od średniej globalnej w wyższych szerokościach geograficznych, a wolniej w okolicach równika. Według Kożuchowskiego i Żmudzkiej (2001) wzrost średniej temperatury powietrza w Polsce w latach 1951—2000 wynosił 0,18°C na dekadę. Na podstawie bardziej aktualnych danych (z lat 1951—2013) możemy stwierdzić, że również w Polsce tempo wzrostu temperatury jest coraz szybsze i wynosi już ponad 0,21°C. Najcieplejszym rokiem w wielolecia 1951—2013 okazał się rok 2000, a 4 z 5 najcieplejszych lat miały miejsce po roku 2000. Pomimo wyraźnego ocieplenia zakres wahań średniej rocznej temperatury powietrza jest duży nawet po 1990 roku, a różnica pomiędzy najcieplejszym (rok 1990, ze średnią temperaturą 9,16°C) a najchłodniejszym rokiem (rok 1996 ze średnią temperaturą 6,24°C) wyniosła niemal 3°C.

Wyższe temperatury powietrza w zimie oznaczają mniejsze wydatki na ogrzewanie. W rolnictwie przyspieszony początek sezonu wegetacyjnego i wyższe temperatury mogą pozwolić na wprowadzenie do upraw roślin o większych wymaganiach termicznych, takich jak np. kukurydza. Pozytywny wpływ wzrostu temperatury jest jednak często niwelowany przez coraz liczniej występujące zjawiska ekstremalne, takie jak fale upałów czy susze, przyczyniające się do strat w rolnictwie oraz wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną podczas najbardziej upalnych dni.

4.2. Materiał i metodyka

Materiałem badawczym były serie pomiarów maksymalnej, minimalnej i średniej dobowej temperatury powietrza dostarczone przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej — Państwowy Instytut Badawczy. Obejmowały one na ogół okres od 1951 do 2013 roku. W przypadku 5 stacji serie danych były krótsze, i rozpoczynały się pomiędzy rokiem 1952 (Rzeszów) a 1958 (Leszno). W analizie wykorzystano dane obserwacyjne temperatury maksymalnej i minimalnej dla 60 stacji oraz temperatury średniej dla 42 stacji. Wartości średnie wszystkich analizowanych parametrów klimatu obliczono dla dwóch zakresów czasowych: trzydziestolecia 1961—1990 oraz lat 1991—2013. Trzydziestolatka 1961—1990 jest okresem referencyjnym, zalecanym przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO), jako tzw. klimatyczny standardowy okres normalny. Z kolei po roku 1990 obserwujemy wyraźne ocieplenie na terenie Polski (i zmiany charakterystyk termicznych). Porównanie tych dwóch wydzielonych okresów pozwoliło oszacować na ile po 1990 zmieniły się wartości wybranych do analizy indeksów — ważnych z punktu widzenia różnych sektorów termicznych parametrów klimatu Polski.

4.3. Zmiany temperatury w Polsce w latach 1951—2013

Na rys. 4.1 zestawiono wartości średniej rocznej temperatury powietrza obliczonej dla 42 stacji meteorologicznych z terenu Polski. Pomimo bardzo dużej międzyrocznej zmienności, przekraczającej w niektórych przypadkach nawet 3°C, można zaobserwować, iż najcieplejsze lata występują bardzo licznie pod koniec analizowanego okresu. Osiem z dziesięciu najcieplejszych, to lata po roku 1988. Dla porównania, tylko jeden rok z piętnastu rekordowo zimnych miał miejsce w tym okresie. Najchłodniejszym rokiem w badanym okresie okazał się rok 1956, ze średnią roczną temperaturą powietrza 6,13°C, i był niemal o 3,5°C chłodniejszy od rekordowo ciepłego roku 2000, w którym temperatura przekroczyła 9,5°C. Po 1989 roku wystąpiły już tylko 2 lata ze średnią temperaturą niższą niż 7°C, podczas gdy wcześniej, w 30-leciu 1951—1980, zdarzały się one znacznie częściej — bo aż 12-krotnie.

Po 1990 roku średnia roczna temperatura powietrza obliczona dla 42 stacji była o 0,75°C wyższa niż w latach 1961—1990. Różnice temperatury pomiędzy tymi okresami nie były jednakowe w różnych regionach, i wahały się pomiędzy 0,5 a 1,0°C. Ocieplenie było najmniej odczuwalne na południowym wschodzie Polski i w Kotlinie Kłodzkiej (0,5—0,6°C), a najbardziej w pasie rozciągającym się od północnej części Dolnego Śląska przez Wielkopolskę, aż po środkową część wybrzeża Bałtyku, na Suwalszczyźnie oraz w okolicach Krakowa (0,8—0,9°C). Przestrzenny rozkład dodatniej anomalii temperatury powietrza przedstawia rys. 4.2.

Rys. 4.1. Średnia roczna temperatura powietrza w latach 1951—2013 obliczona dla danych z 42 stacji meteorologicznych w Polsce.

Rys. 4.2. Przestrzenny rozkład dodatniej anomalii średniej rocznej temperatury powietrza w latach 1991—2013 w odniesieniu do trzydziestolecia 1961—1990.

Tempo ocieplenia różniło się w poszczególnych porach roku. Najbardziej, bo średnio o 1,17°C, ociepliło się latem. Nieco mniej, bo o około 0,9°C, ociepliły się miesiące wiosenne (marzec — maj). Średnia temperatura zimy podnosiła się o około 0,7°C, a więc w tempie zbliżonym do obserwowanego średnio w roku. Najmniej widoczne było ocieplenie w miesiącach jesiennych (od września do listopada) — zaledwie 0,21°C.

Podobnie jak w przypadku średniej rocznej temperatury powietrza, także anomalie dla poszczególnych pór roku były zróżnicowane w zależności od regionu kraju, a ich rozkład przestrzenny przedstawiono na rysunkach 4.3—4.6.

W miesiącach wiosennych najbardziej, bo o ponad 1°C, ociepliło się na północnym zachodzie Polski. Miejscami np. na Ziemi Lubuskiej wartość dodatniej anomalii temperatury powietrza przekroczyła nawet 1,1°C. Wyraźnie mniejsze wartości anomalii (poniżej 0,5°C) notowano na południowym wschodzie kraju. Na przeważającym obszarze wartość dodatniej anomalii zawierała się w przedziale od 0,6 do 0,9°C, i stopniowo rosła w kierunku północno-zachodnim.

W miesiącach letnich ocieplenie było najbardziej wyraźne na południu Polski, gdzie w Małopolsce i na Dolnym Śląsku temperatura podniosła się o ponad 1,3°C, a lokalnie w okolicach Wrocławia i Bielska-Białej, o ponad 1,5°C. Wartość dodatniej anomalii stopniowo malała w kierunku północnym, jednak dla większości terytorium Polski przekraczała 1°C.

Rys. 4.3. Przestrzenny rozkład dodatniej anomalii temperatury powietrza w miesiącach wiosennych (marzec — maj) w latach 1991—2013 w odniesieniu do trzydziestolecia 1961—1990.

Najmniejszym wartościom dodatniej anomalii temperatury powietrza w miesiącach jesiennych towarzyszyła także jej najmniejsza przestrzenna zmienność zawierająca się w przedziale od 0 do 0,4°C, przy czym wartości powyżej 0,3°C wystąpiły tylko na niewielkim obszarze południowej Wielkopolski i Dolnego Śląska oraz na Wybrzeżu, w okolicach Koszalina.

Miesiące zimowe charakteryzowały się wyraźnym przestrzennym zróżnicowaniem wzrostu temperatury powietrza. Najniższa anomalia temperatury powietrza wystąpiła na południu Polski, gdzie na Podkarpaciu i w Kotlinie Kłodzkiej nie przekraczała 0,4°C. Wartość anomalii rosła stopniowo w kierunku północnym przekraczając 1,1°C w północno wschodniej części kraju.

Rys. 4.4. Przestrzenny rozkład dodatniej anomalii temperatury powietrza w miesiącach letnich (czerwiec — sierpień) w latach 1991—2013 w odniesieniu do trzydziestolecia 1961—1990.

Rys. 4.5. Przestrzenny rozkład dodatniej anomalii temperatury powietrza w miesiącach jesiennych w latach 1991—2013 w odniesieniu do trzydziestolecia 1961—1990.

Rys. 4.6. Przestrzenny rozkład dodatniej anomalii temperatury powietrza w miesiącach zimowych w latach 1991—2013 w odniesieniu do trzydziestolecia 1961—1990.

Tabela 4.1. Anomalie średnich miesięcznych wartości temperatury powietrza w latach 1991—2013 w porównaniu do okresu 1961—1990.

Anomalie średniej temperatury obliczone dla poszczególnych miesięcy (tabela 4.1) cechowała jeszcze większa zmienność niż w przypadku pór roku. Podczas gdy dla listopada na 19 stacjach wystąpiła nawet niewielka ujemna anomalia, to dla kwietnia i lipca — miesięcy, podczas których ocieplenie było największe, wartość dodatniej anomalii na wielu stacjach przekraczała 1,3°C.

4.4. Zmiany częstotliwości występowania ekstremalnie wysokich wartości maksymalnej dobowej temperatury powietrza

Na rysunku 4.7a przedstawiono średnią liczbę dni upalnych (maksymalna dobowa temperatura powietrza ≥ 30°C) w miesiącach letnich (czerwiec — sierpień) obliczoną dla lat 1991—2013. Najwięcej, bo ponad 10 takich dni w badanym okresie, notowano na południu i południowym zachodzie Polski, a najmniej, poniżej 3, na Podhalu i Wybrzeżu. Niemal w całym kraju po 1990 wystąpiło wyraźne zwiększenie częstotliwości występowania dni upalnych (rys. 4.7b). W wielu regionach południowej i zachodniej Polski ilość dni upalnych po 1990 roku podwoiła się, a miejscami nawet potroiła, w porównaniu z trzydziestoleciem 1961—1990.

(a) (b)

Rys. 4.7. (a) Średnia liczba dni z maksymalną dobową temperaturą powietrza ≥ 30°C w miesiącach letnich w latach 1991—2013); (b) Różnica pomiędzy ilością dni upalnych w lecie w latach 1991—2003, a okresem 1961—1990 (Graczyk i in. 2016).

Dni z ekstremalnie wysoką, czyli przekraczającą 35 stopni Celsjusza maksymalną dobową temperaturą powietrza, występują obecnie bardzo rzadko. Częściej niż średnio raz na rok notowane są tylko w okolicach Słubic, a na przeważającym obszarze Polski są rzadsze niż raz na dwa lata (rys. 4.7a). Na północy i wschodzie kraju tak wysokie temperatury występują co kilka lub nawet kilkanaście lat podczas miesięcy letnich uznawanych za wyjątkowo upalne.

W porównaniu z trzydziestoleciem 1961—1991 częstotliwość występowania takich temperatur znacznie się zwiększyła. Niemal w całej południowo-zachodniej Polsce dni ekstremalnie upalne są obecnie 3- a nawet 4-krotnie częstsze. Skalę wzrostu częstotliwości występowania dni ekstremalnie upalnych możemy ocenić porównując wartości z rysunków 4.7a i 4.7b.

4.4. Zmiany częstotliwości występowania ekstremalnie wysokich wartości maksymalnej dobowej temperatury powietrza

Na rysunku 4.7a przedstawiono średnią liczbę dni upalnych (maksymalna dobowa temperatura powietrza ≥ 30°C) w miesiącach letnich (czerwiec — sierpień) obliczoną dla lat 1991—2013. Najwięcej, bo ponad 10 takich dni w badanym okresie, notowano na południu i południowym zachodzie Polski, a najmniej, poniżej 3, na Podhalu i Wybrzeżu. Niemal w całym kraju po 1990 wystąpiło wyraźne zwiększenie częstotliwości występowania dni upalnych (rys. 4.7b). W wielu regionach południowej i zachodniej Polski ilość dni upalnych po 1990 roku podwoiła się, a miejscami nawet potroiła, w porównaniu z trzydziestoleciem 1961—1990.

(a) (b)

Rys. 4.7. (a) Średnia liczba dni z maksymalną dobową temperaturą powietrza ≥ 30°C w miesiącach letnich w latach 1991—2013); (b) Różnica pomiędzy ilością dni upalnych w lecie w latach 1991—2003, a okresem 1961—1990 (Graczyk i in. 2016).

Dni z ekstremalnie wysoką, czyli przekraczającą 35 stopni Celsjusza maksymalną dobową temperaturą powietrza, występują obecnie bardzo rzadko. Częściej niż średnio raz na rok notowane są tylko w okolicach Słubic, a na przeważającym obszarze Polski są rzadsze niż raz na dwa lata (rys. 4.7a). Na północy i wschodzie kraju tak wysokie temperatury występują co kilka lub nawet kilkanaście lat podczas miesięcy letnich uznawanych za wyjątkowo upalne.

W porównaniu z trzydziestoleciem 1961—1991 częstotliwość występowania takich temperatur znacznie się zwiększyła. Niemal w całej południowo-zachodniej Polsce dni ekstremalnie upalne są obecnie 3- a nawet 4-krotnie częstsze. Skalę wzrostu częstotliwości występowania dni ekstremalnie upalnych możemy ocenić porównując wartości z rysunków 4.7a i 4.7b.

(a) (b)

Rys. 4.8. (a) Średnia liczba dni z maksymalną dobową temperaturą powietrza ≥ 35°C w miesiącach letnich w latach 1991—2013; (b) Różnica pomiędzy ilością dni upalnych w lecie w latach 1991—2003 a okresem 1961—1990 (Graczyk i in. 2016).

Wzrastająca liczba dni upalnych w roku wiąże się również ze zwiększeniem ich ilości podczas fal upałów. Na Podkarpaciu oraz Dolnym Śląsku ich obecna liczba to przeciętnie 5 dni w roku, a na dwóch trzecich terytorium Polski przekracza 3 dni w roku (rys. 4.9a). Także w przypadku tego indeksu, po 1990 roku nastąpił wyraźny wzrost w porównaniu z wcześniej notowanymi wartościami (rys. 4.9b). Niemal w całej Polsce dni upalnych podczas fal upałów jest obecnie o co najmniej 50 % więcej, a na południu i południowym wschodzie kraju ich liczba uległa co najmniej podwojeniu.

(a) (b)

Rys. 4.9. (a) Średnia liczba dni z maksymalną dobową temperaturą powietrza ≥ 30°C występujących podczas fal upałów w miesiącach letnich w latach 1991—2013; (b) Zmiana ilości dni upalnych w lecie porównaniu z okresem 1961—1990 (Graczyk i in. 2016).

4.5. Zmiany częstotliwości występowania ekstremalnie niskich wartości minimalnej dobowej temperatury powietrza

Dni z temperaturą minimalną ≤-10°C (bardzo mroźne) występują obecnie najczęściej na terenach górskich, gdzie ich liczba może dochodzić do średnio 70 w roku (Kasprowy Wierch). Na pozostałym obszarze kraju ich liczba nie przekracza 25 dni w roku, osiągając zbliżoną do tej liczby wartość jedynie na wschodzie. Ilość dni bardzo mroźnych spada stopniowo w kierunku zachodnim i na zachodzie oraz Wybrzeżu Bałtyku i mieści się w przedziale 5—10 dni (rys. 4.10a). W latach 1961—1990 dni z minimalną temperaturą ≤-10°C były w całej Polsce liczniejsze niż po roku 1990. Spadek ich liczby w ostatnich dziesięcioleciach (wyrażony w dniach) był najwyższy tam, gdzie występują one najliczniej, a więc w górach i na wschodzie kraju, i dochodził do 8 dni w roku (Suwałki, Zakopane). Spadek liczby dni mroźnych, wyrażony w procentach, na zachodzie i północnym zachodzie Polski przekraczał 30 % i był wyższy, niż na wschodzie kraju (rys. 4.10b).

(a) (b)

Rys. 4.10. (a) Średnia liczba dni w roku z minimalną dobową temperaturą powietrza ≤-10°C w latach 1991—2013; (b) Zmiana liczby dni bardzo mroźnych w roku w porównaniu z okresem 1961—1990.

Dni z minimalną dobową temperaturą powietrza ≤-15°C (ekstremalnie mroźne) występują w Polsce kilkukrotnie rzadziej niż dni mroźne. Miejscami na wybrzeżu Bałtyku są nawet rzadsze niż średnio 1 dzień w roku. Ich liczba rośnie, podobnie jak w przypadku dni bardzo mroźnych, w kierunku wschodnim, przekraczając średnio 10 dni w roku na krańcach wschodnich (rys. 4.11a). W porównaniu do lat 1961—1990, największy spadek liczby dni ekstremalnie mroźnych, sięgający 4 dni w roku, wystąpił nie tylko na wschodzie kraju, ale także w północnej Wielkopolsce (rys. 4.11b). Na niewielkim obszarze południowej Polski w okolicach Opola i Raciborza, liczba dni ekstremalnie mroźnych po roku 1990 praktycznie nie zmieniła się.

(a) (b)

Rys. 4.11. (a) Średnia liczba dni w roku z minimalną dobową temperaturą powietrza ≤-15°C w latach 1991—2013; (b) Różnica pomiędzy średnią liczbą dni bardzo mroźnych w roku w wieloleciu 1991—2003, a okresem 1961—1990.