Aktuality SHMÚ

Periódy horúčav a dôsledky na úmrtnosť obyvateľstva v roku 2015

Stredná Európa zažila v roku 2015 mimoriadne teplé a prevažne aj veľmi suché leto. Na prevažnej väčšine územia Slovenska to bolo vôbec najteplejšie leto v ére meteorologických pozorovaní. V novej odbornej štúdii (Výberči et al 2017), na príprave ktorej participovali aj klimatológovia SHMÚ, boli hodnotené následky sérii horúcich dní na úmrtnosť obyvateľstva na Slovensku v priebehu leta 2015. Vzhľadom na rozsah dostupných údajov o úmrtiach, periódy horúčav z roku 2015 boli analyzované v rámci obdobia 1996–2015. Svojimi dôsledkami bola obzvlášť pozoruhodná najmä mimoriadna perióda horúčav v prvej polovici augusta 2015, ktorá trvala v niektorých oblastiach južného a juhozápadného Slovenska až 14 dní. Táto perióda, pravdepodobne jedna z najvýraznejších v histórii meteorologických pozorovaní na Slovensku, spôsobila vyše 240 predčasných úmrtí, čím sa stala "najsmrteľnejšou" individuálnou horúcou epizódou na Slovensku minimálne od roku 1996.

Teplé a slnečné dni patria k hlavným lákadlám letného obdobia, či už ho trávite pri vode alebo na chalupe pod lesom. Ak však teploty vzduchu dosahujú mimoriadne vysoké hodnoty (v podmienkach strednej Európy typicky nad 30 °C), a ak takéto obdobie trvá dlhšiu dobu, môže byť ich účinok od toho blahodarného na hony vzdialený. V dôsledku vysokých teplôt, často spojených so suchom, môžu vznikať rozsiahle lesné požiare (typické najmä pre južnú Európu), môže dochádzať k zhoršovaniu kvality ovzdušia, k poškodeniu vegetácie, vrátane poľnohospodárskych plodín, a v neposlednom rade môžu mať periódy horúčav závažné následky na ľudské zdravie, najmä u starších osôb a ľudí s chorobami obehovej sústavy alebo dýchacieho ústrojenstva.

Periódy horúčav a ich súvislosť s globálnym otepľovaním a zmenou klímy sa v posledných rokoch dostali do centra pozornosti odbornej i laickej verejnosti, predovšetkým kvôli dramatickým udalostiam spôsobeným dlhotrvajúcimi extrémne vysokými teplotami v západnej Európe v lete 2003. Aktuálnosť tejto problematiky sa ešte zvýšila po bezprecedentne extrémnej vlne horúčav, ktorá postihla západnú časť Ruska v júli a auguste 2010 a podľa odhadov si vyžiadala viac ako 55 000 ľudských životov. Následky vlny horúčav v roku 2010 v Moskve navyše ešte zhoršoval smog a dym z rozsiahlych požiarov, pri ktorých zhorelo viac ako 1 milión hektárov porastov.

Aj západnú a juhozápadnú Európu v polovici júna tohto roku zasiahla jedna z najextrémnejších vĺn horúčav v období meteorologických pozorovaní, pravdepodobne druhá najvážnejšia hneď po roku 2003. [K jej analýze na území Slovenska sa vrátime v jednom z ďalších príspevkov.] Na základe rozsiahleho výskumu, predovšetkým v zahraničí, možno potvrdiť všeobecný konsenzus, že periódy horúčav sú vplyvom otepľovania atmosféry extrémnejšie, dlhšie, a dokonca aj častejšie, pričom tento trend má globálny charakter. S pokračujúcim otepľovaním sa dá predpokladať, že výskyt periód horúčav so závažnými dopadmi na zvýšenú úmrtnosť ľudí bude narastať aj v budúcnosti.

Periódy horúčav v roku 2015

Podľa štúdie Výberči et al 2017 boli periódy letných horúčav v roku 2015 identifikované v rámci obdobia 1996-2015 tak z meteorologického  ako aj bioklimatologického hľadiska (takmer 540 predčasných úmrtí) ako najzávažnejšie (najextrémnejšie). Uvedená hodnota úmrtnosti predstavuje 14 %-ný nárast celkovej úmrtnosti oproti očakávaným hodnotám. Svojimi dôsledkami bola obzvlášť pozoruhodná najmä mimoriadna perióda horúčav v prvej polovici augusta 2015 (Obr. 1). Len táto samotná dlhotrvajúca (až 14 dní; na Obr. 1 označená ako HW4, v prípade Popradu ako HW3) a perzistentná perióda vysokých denných a nočných teplôt (jedna z najzávažnejších v histórii meteorologických pozorovaní na Slovensku, prejavila sa aj v poli odchýlok mesačnej priemernej teploty vzduchu od normálu 1981-2010; Obr. 2), spôsobila vyše 240 predčasných úmrtí, čím sa stala najzávažnejšou individuálnou horúcou epizódou u nás minimálne od roku 1996. Navyše vzhľadom k pozorovanému režimu úmrtnosti v priebehu a po skončení tejto periódy možno predpokladať, že sa v jej priebehu vo zvýšenej miere mohli vyskytovať aj úmrtia odolných (zdravých) ľudí a tých, ktorých smrť sa v blízkej budúcnosti ešte neočakávala.

V prezentovaných výsledkoch je zohľadnené zistenie, že pri periódach horúčav úmrtnosť slovenskej populácie vo všeobecnosti najsilnejšie reaguje na horúce počasie s oneskorením jedného dňa, t.j. najvyšší nárast počtu úmrtí je pozorovaný deň po začiatku periódy vysokých denných teplôt vzduchu.

Hodnoty horúčavami indukovanej predčasnej úmrtnosti v lete 2015 boli pritom pravdepodobne čiastočne zmiernené nepriaznivou úmrtnostnou situáciou v prvej štvrtine roka, ktorú vyvolala intenzívna epidémia chrípky, chrípke podobných a akútnych respiračných ochorení. Je totiž známe, že vysoká úmrtnosť v chrípkovej sezóne redukuje početnosť na úmrtie najnáchylnejších ľudí (najmä starí a smrteľne chorí jedinci), ktorí by zomreli až počas následných letných horúčav. Z toho vyplýva, že beztak veľmi letálne dôsledky horúčav leta 2015 by za normálnych okolností pravdepodobne boli ešte závažnejšie. V príspevku možno samozrejme nájsť aj mnohé ďalšie a detailnejšie informácie o vplyve letných horúčav v danom roku na úmrtnosť obyvateľstva Slovenska, napr. špecifické prejavy pre vybrané sledované podskupiny obyvateľstva (muži a ženy, seniori).

Pozorovaný nárast úmrtnosti v súvislosti s horúcim počasím je dobre známym javom. Strategickým poznatkom v tomto kontexte však zostáva, že veľkej časti horúčavami vyvolaných predčasných úmrtí možno predísť vhodnými verejnozdravotníckymi opatreniami. Pri ich efektívnom fungovaní by aj také extrémne (početné a intenzívne) obdobia horúčav, aké zasiahli Slovensko v lete 2015, mohli mať menej smrteľné následky.

Obr. 1: Vývoj maximálnej dennej teploty vzduchu (Tmax2015) v priebehu obdobia mesiacov jún až september 2015 v porovnaní s priemerným denným maximom (Tmax_avg) a 95. percentilom (Perc95) teploty vzduchu na vybraných staniciach [obrázky v lepšom rozlíšení: Bratislava-letisko, Hurbanovo, Sliač, Lučenec-Boľkovce, Poprad a Košice-letisko]

Obr. 2: Odchýlka priemernej mesačnej teploty vzduchu v Európe v júni (vľavo hore), júli (vpravo hore), auguste (vľavo dole) a septembri 2015 (vpravo dole) v porovnaní s normálom 1981-2010, podľa reanalýzy NCEP [Obr. 2]

Príčiny vzniku periód horúčav v strednej Európe

Medzi hlavné príčiny vzniku periód horúčav patrí najmä špecifický typ atmosférickej cirkulácie, ktorý vedie k vytvoreniu blokujúcich anticyklón (tlaková výš) vo výškových cirkulačných poliach. Tieto kvazistacionárne blokujúce anticyklóny zotrvávajú relatívne dlhú dobu - aspoň týždeň, v extrémnych prípadoch aj niekoľko týždňov - nad danou kontinentálnou oblasťou. Tým  dochádza k narušeniu prevládajúceho charakter atmosférického prúdenia a k obmedzeniu výmeny vzduchových hmôt nad zasiahnutou oblasťou. Vzhľadom k tomu, že počasie v oblastiach tlakových výší a hrebeňov vysokého tlaku vzduchu je v lete charakterizované malou oblačnosťou, dochádza v tejto oblasti k intenzívnemu ohrievaniu zemského povrchu slnečným žiarením a k postupnému rastu prízemnej teploty vzduchu nad hodnoty 30 °C, a vývoju periódy horúčav. Vzniku a vývoju (eventuálnej aj zosilneniu) periód veľmi vysokých teplôt napomáha nakoniec aj sucho, ktoré je pre tieto situácie typické. Nedostatok zrážok a deficit pôdnej vlhkosti v predchádzajúcom období, najmä na prelome jari a leta (ale aj na začiatku jari), môže pravdepodobnosť vzniku periód horúčav významne zvýšiť. K vývoju vĺn horúčav môže viesť aj výrazná advekcia teplého (pôvodom tropického) vzduchu (v strednej Európe v lete prevažne prúdenia s prevládajúcou južnej až juhovýchodnej zložkou) na zadnej strane tlakovej výše alebo na prednej strane brázdy nízkeho tlaku vzduchu. Tieto situácie však mávajú kratšie trvanie (často horúce obdobie skôr uzatvárajú) a bývajú charakterizované väčšiu oblačnosťou (zvyčajne konvektívnou), a aj častejším vypadávaním zrážok, ktoré rozvoj horúcich vĺn aj ich negatívne dôsledky, napríklad na poľnohospodársku výrobu alebo lesné požiare, tlmia.

Vlny horúčav častejšie a plošne rozsiahlejšie

Zatiaľ čo v prípade niektorých typov extrémneho počasia (tornáda, zimné víchrice, atď.) je spojitosť ich výskytu a intenzity s klimatickou zmenou stále nie celkom jednoznačná a je predmetom intenzívneho výskumu, v prípade vĺn horúčav sú tieto súvislosti už vcelku známe (a fyzikálne dobre interpretovateľné), a dnes už aj veľmi dobre zdokumentované početnými odbornými publikáciami. Tie ponúkajú celkom jasný obraz o tom, že už oteplenie o približne 0,5 °C od roku 1970 na globálnej úrovni významne prispelo k zvýšeniu pravdepodobnosti výskytu dlhých periód extrémne vysokých teplôt nad pevninami. Len v období posledných dvoch dekád sa v rôznych regiónoch sveta vyskytlo niekoľko pozoruhodných periód horúčav: západná Európa v roku 2003, stredná Európa v rokoch 2006 a 2007, Grécko v roku 2007, Austrália v roku 2009, Rusko v roku 2010, Texas a USA v rokoch 2011 a 2012, či stredná Európa v roku 2015.

Uvedené príklady boli extrémne nielen svojimi dôsledkami na úmrtnosť populácie či značné ekonomické straty, ale aj tým, že z pohľadu štatistiky teplotných charakteristík dosiahli priemerné teploty mesiacov, v ktorých sa vyskytli, extrémne vysoké odchýlky od dlhodobých priemerov (3-sigma a viac; 3-sigma je hodnota mesačnej teploty zodpovedajúca 3-násobku smerodajnej odchýlky od dlhodobého normálu, pričom z hľadiska pravdepodobnosti výskytu ide o 1 prípad z 370). A práve na takéto extrémne vlny horúčav (3-sigma a 5-sigma udalosti), trvajúce až niekoľko týždňov, sa zameral napríklad príspevok publikovaný v Environmental Research Letters. Autori v článku dospeli na základe porovnania viacerých modelových simulácií (použitím dvoch krajných emisných scenárov: RCP2.6 – optimistický a RCP8.5 – pesimistický scenár) k záveru, že situácie podobné tým zo západnej Európy v roku 2003 alebo z Rusku v roku 2010 môžu postihovať na pevninách už do roku 2020, resp. 2040 dvojnásobne, resp. štvornásobne väčšiu plochu než tomu je v súčasnosti (Obr. 3).  

Obr. 3: Frekvencia výskytu 3-sigma (hore) a 5-sigma (dole) udalostí - vĺn horúčav počas letných mesiacov (jún-august) podľa výstupov modelov CMIP5 pre emisné scenáre RCP2.6 (vľavo) a RCP8.5 (vpravo) pre obdobie 2071-2099; Zdroj: Coumou & Robinson, 2013 [Obr.3]

Pozorované trendy

Štatistické analýzy hodnotiace extrémnosť a výskyt dlhotrvajúcich vĺn horúceho počasia poukazujú na to, že významné zvýšenie výskytu extrémne teplých periód nad prevažnou časťou pevnín súvisí s pozorovaným rastúcim trendom globálnej teploty v období posledných aspoň 50 rokov. Extrémne letné horúčavy (3-sigma), ktoré sa napríklad ešte začiatkom 60. rokov vyskytovali veľmi zriedkavo a postihovali spravidla len 1 % plochy pevnín, sa v súčasnosti vyskytujú už pravidelnejšie a zasahujú aj väčšie územie (~ 5-10 % plochy; Obr. 4). Medzi odbornými príspevkami dnes už nechýbajú ani analýzy poukazujúce na antropogénne príčiny tohto trendu (Jones et al 2008, Stott et al 2011, Stott et al 2004 alebo Schär et al 2004, a ďalšie). Otázkou preto zostáva ako zásadne sa bude v podmienkach teplejšej globálnej klímy meniť aj frekvencia, a najmä priestorový rozsah veľmi teplých periód (napr. 3- a 5-sigma udalostí). Pre tento účel autori použili výstupy mesačných odchýlok teploty vzduchu z 29 simulácií CMIP5 modelov pre dva krajné emisné scenáre (RCP2.6 a RCP8.5), pričom porovnávaná teplotná amplitúda 1-, 2-, 3- až 5-sigma udalostí bola počítaná z obdobia posledných 60 rokov (1951-2010).

Obr. 4: Frekvencia výskytu mesačných teplotných extrémov zodpovedajúcich 1-, 2- a 3-sigma udalostí v kontrolnom období 2000-2012 podľa reálnych pozorovaní (vľavo) a modelových výstupov CMIP5 (vpravo); Zdroj: Coumou & Robinson, 2013 [Obr. 4]

Scenáre do roku 2020 a 2040

Výsledky modelových simulácií sú konzistentné nielen s očakávaným rastom globálnej teploty, ale aj s publikovanými prácami v minulosti. Modely predpokladajú v prípade udalostí na úrovni 3-sigma (napr. vlna horúčav z Ruska v roku 2010) rast priestorového rozsahu do roku 2020 na dvojnásobok (~ 10 % plochy pevnín) a do roku 2040 na štvornásobok (~  20 % plochy; Obr. 5) v porovnaní so súčasnosťou, a to bez ohľadu na to, ktorý emisný scenár zvolíme. Tento výsledok možno interpretovať aj tak, že dokonca aj v prípade výraznejšieho zníženia globálnych emisií CO₂ do roku 2020, na priestorový výskyt vĺn horúčav to bude mať len málo významný vplyv.

Zásadnejší rozdiel medzi emisnými scenármi si však možno všimnúť po roku 2040, kedy by malo v prípade optimistickejšieho RCP2.6 scenára dôjsť k stabilizácii výskytu 3-sigma periód na úrovni približne 20 % zasiahnutej plochy pevnín. Naopak, scenár RCP8.5 počíta s ďalším výrazným rastom, a to až do 90 % plochy pevnín do konca tohto storočia. Vlny horúčav podobné tým z roku 2010 (Rusko) sa tak podľa pesimistickejšieho výhľadu stanú do konca tohto storočia pomerne častým „letným“ fenoménom nad prevažnou časťou pevnín, a to najmä v tropických oblastiach. RCP8.5 scenár dokonca počíta s tým, že 3-sigma periódy by sa v tropických regiónoch Afriky, Južnej a Strednej Ameriky či Indonézie mohli ku koncu 21. storočia vyskytovať takmer každý rok (Obr. 3). Zmeny však neobídu ani Európu. Pre obdobie letných mesiacov jún-august (JJA) počíta pesimistickejší výhľad so zvýšením frekvencie 3-sigma udalostí z 10 % (obdobie 2000-2012) na ~ 60-80 % (2071-2099). Znamená to asi toľko, že udalostí, ktoré sa v súčasnosti vyskytujú asi raz za 10 rokov, sa ku koncu storočia môžu vyskytnúť približne každý druhý rok. Tento nárast je zvlášť nápadný v južných regiónoch Európy (oblasť Stredozemného mora).

Obr. 5: Vývoj plochy pevnín [%] postihnutej 1-, 2-, 3- a 5-sigma udalosťami v období rokov 1951-2012 (vľavo) a v období rokov 2012-2100 (v strede a vpravo); Zdroj: Coumou & Robinson, 2013 [Obr. 5]

Pochopiteľne, vyššie uvedené scenáre sú len jedným z možných variantov budúceho vývoja periód s extrémne vysokými teplotami, pričom treba do úvahy zobrať aj fakt, že použité modely CMIP5 v rámci kontrolnej klímy priestorový výskyt vĺn horúčav mierne podhodnocujú (hlavne v prípade menej extrémnych periód 1- a 2-sigma). Aj napriek tejto skutočnosti je obraz predpokladaných zmien veľmi zreteľný a jasný, a vo veľkej miere podporuje aj závery doposiaľ publikovaného výskumu vĺn horúčav. 

Literatúra

Barriopedro D, Fischer EM, Luterbacher J, Trigo RM, Garcia-Herrera R, 2011: The hot summer of 2010: redrawing the temperature record map of Europe. Science 332: 220–224.

Bochníček O, Švec M, Faško P, 2015: Year 2015, another year with exceptionally and extremely high number of summer days, tropical days and tropical nights. In: Čelková A (ed) 22nd International Poster Day and Institute of Hydrology Open Day: Proceedings of peer-reviewed contributions. Institute of Hydrology Slovak Academy of Sciences, 12 November 2015, Bratislava, Slovakia, p 36–40 [in Slovak, w/ abstract in English].

Coumou D, Rahmstorf S, 2012: A decade of weather extremes. Nature Clim. Change, 2, 491–6.

Coumou D, Robinson A, 2013: Historic and future increase in the global land area affected by monthly heat extremes. Environ. Res. Lett. 8 (2013) 034018 (6pp). doi:10.1088/1748-9326/8/3/034018.

Coumou D, Robinson A, Rahmstorf S, 2013: Global increase in record-breaking monthly-mean temperatures Clim. Change, 118, 771–82.

Crhová L, Pecho J, Valeriánová A, 2016: Extremely hot and dry summer 2015 in the Czech Republic. Meteorol Zpr 69(1):10–16 [in Czech, w/ abstract in English].

Della-Marta PM, Luterbacher J, von Weissenfluh H, Xoplaki E, Brunet M, Wanner H, 2007: Summer heat waves over western Europe 1880–2003, their relationship to large-scale forcings and predictability. Climate Dynamics 29: 251–275.

Dole R, Hoerling M, Perlwitz J, Eischeid J, Pegion P, Zhang T, Quan X-W, Xu T, Murray D, 2011: Was there a basis for anticipating the 2010 Russian heat wave? Geophysical Research Letters 38, L06702, doi: 10.1029/2010GL046582.

Enfield DB, Mestas-Nunez AM, Trimble PJ, 2001: The Atlantic multidecadal oscillation and its relation to rainfall and river flows in the continental US. Geophysical Research Letters 28: 2077–2080.

Fischer EM, Seneviratne SI, Luthi D, Schär C, 2007: Contribution of land-atmosphere coupling to recent European summer heat waves. Geophysical Research Letters 34: L06707. doi: 10.1029/2006GL029068.

Fischer EM, Schär C, 2010: Consistent geographical patterns of changes in high-impact European heatwaves. Nature Geoscience, doi: 10.1038/NGEO866.

García-Herrera R, Díaz J, Trigo RM, Luterbacher J, Fischer EM, 2010: A review of the European summer heat wave of 2003. Crit Rev Environ Sci Technol 40:267–306. doi:10.1080/10643380802238137.

Hanzlíková H, Plavcová E, Kynčl J, Kříž B, Kyselý J, 2015: Contrasting patterns of hot spell effects on morbidity and mortality for cardiovascular diseases in the Czech Republic, 1994–2009. Int J Biometeorol 59:1673–1684. doi:10.1007/s00484-015-0974-1.

Hoy A, Hänsel S, Skalak P, Ustrnul Z, Bochníček O, 2017: The extreme European summer of 2015 in a long-term prespective. Int J Climatol 37:943–962. doi:10.1002/joc.4751.

Knight JR, Allan RJ, Folland CK, Vellinga M, Mann ME, 2005: A signature of persistent natural thermohaline circulation cycles in observed climate. Geophysical Research Letters 32: L20708. doi: 10.1029/2005GL024233.

Kolláriková P, Szolgay J, Pecho J, 2013: Long-term changes in selected characteristics of heat waves in Slovakia. Meteorol Cas 16:63–69 [in Slovak, w/ abstract in English].

Kyselý J, Beranová R, Picek J, Štěpánek P, 2008: Simulation of summer temperature extremes over the Czech Republic in regional climate models. Meteorologische Zeitschrift 17: 645–661.

Kyselý J, 2010: Recent severe heat waves in central Europe: how to view them in a long-term prospect? International Journal of Climatology 30: 89–109, doi: 10.1002/joc.1874.

Kyselý J, Pecho, J, 2012: Horké vlny v měnícím se klimatu: otazníky zůstávjí. Vesmír, 91, 28-34. 

Kyselý J, Plavcová E, 2011: Biases in the diurnal temperature range in an ensemble of regional climate models and their possible causes. Climate Dynamics, v recenzním řízení.

Labudová L, Faško P, Ivaňáková G, 2015: Changes in climate and changing climate regions in Slovakia. Morav Geogr Rep 23(3):71–82. doi:10.1515/mgr-2015-0019.

Lapin M, Šťastný P, Turňa M, Čepčeková E, 2016: High temperatures and heat waves in Slovakia. Meteorol Cas 19:3–10.

Rahmstorf S, Coumou D, 2011: Increase of extreme events in a warming world Proc. Natl Acad. Sci. USA, 108, 17905–9.

Robinson PJ, 2001: On the definition of a heat wave. Journal of Applied Meteorology 40: 762–775, doi: 10.1175/1520-0450.

Stott P, Stone D, Allen M, 2004: Human contribution to the European heatwave of 2003. Nature 432: 610–614.

Švec M, Faško P, Labudová L, Výberči D, Trizna M, 2016: Longterm changes in the characteristics of heat stress in the summer in Slovakia. Geographia Cassoviensis 10:193–203 [in Slovak, w/ abstract and summary in English].