Na łamach portalu Interia Wydarzenia opublikowany został wywiad z dr. hab. inż. Bogdanem Chojnickim, profesorem Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Wywiad dotyczy występowania trąb powietrznych w Polsce. W wywiadzie dr hab. inż. Bogdan Chojnicki, prof. UPP zawarł uproszczenia i tezy, które stoją w sprzeczności z obecnym stanem wiedzy w zakresie mechanizmu powstawania trąb powietrznych oraz ich aspektów klimatologicznych. Poniżej zamieszczamy analizę wypowiedzi ze wspomnianego wywiadu popartą odwołaniami do literatury naukowej.
Wywiad dostępny jest pod adresem: https://wydarzenia.interia.pl/kraj/news-niszczycielski-zywiol-w-polsce-ktore-regiony-sa-najbardziej-,nId,6783341
“Im więcej energii w systemie, tym starcia mas powietrza muszą być bardziej dramatyczne – tłumaczy w rozmowie z Interią profesor Bogdan Chojnicki, z którym rozmawiamy o tornadach w naszym kraju.”
W kontekście tornadogenezy (tak fachowo nazywa się proces powstawania trąb powietrznych), koncepcja tzw. ścierania się mas powietrza została wielokrotnie kwestionowana, a finalnie została obalona w artykule naukowym: Schultz, D. M., Y. P. Richardson, P. M. Markowski, and C. A. Doswell, 2014: Tornadoes in the Central United States and the “Clash of Air Masses”. Bull. Amer. Meteor. Soc., 95, 1704–1712, https://doi.org/10.1175/BAMS-D-13-00252.1.
Obecnie nie jest wskazane, aby meteorolog legitymujący się odpowiednią wiedzą używał takich sformułowań. Autorzy w wyżej wymienionym artykule wskazali, że operowanie pojęciem ścierania się mas powietrza w kontekście tornadogenezy stanowi zbyt duże uproszczenie, jest przestarzałe i błędne. Autorzy wskazali, że trąby powietrzne tylko okazjonalnie formują się w strefach frontalnych, a zdecydowana większość powstaje w ciepłym wycinku niżu, poza strefami frontowymi. W związku z powyższym, argumentacja o coraz bardziej dramatycznym przebiegu ścierania się mas powietrza, w kontekście artykułu o trąbach powietrznych jest bezprzedmiotowa, ponieważ trąby powietrzne nie formują się w strefie ścierania się mas powietrza, a samo to określenie jest niepoprawne.
“Są lata, w których tornad jest więcej, czasami jest ich mniej. Natomiast gdybyśmy spojrzeli wstecz, to powinniśmy uznać, że przez ostatnie 20 lat liczba tornad rośnie – zaznacza w rozmowie z Interią profesor Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu Bogdan Chojnicki.
Rozmówca nie wskazał o który obszar świata chodzi. Zakładając, że chodzi o Polskę, obecnie nie ma naukowego uzasadnienia takiego wniosku. Zostało to wyjaśnione w wielu artykułach naukowych (np. https://doi.org/10.1175/MWR-D-16-0146.1, https://doi.org/10.1175/MWR-D-14-00107.1, https://doi.org/10.1175/MWR-D-15-0298.1) oraz m.in. w wywiadzie dla gazeta.pl (https://next.gazeta.pl/next/7,179892,27181838,polski-lowca-burz-w-usa-zmiany-klimatu-dorzucaja-niepewnosc.html), gdzie Dr Mateusz Taszarek, członek naszego stowarzyszenia udzielił następującego wyjaśnienia: “W ostatnich dwóch dekadach wraz z rozwojem internetu i technologii zwiększył się jednak przepływ informacji i stąd też nagły wzrost raportów tych zjawisk. Ludzie teraz dysponują telefonami komórkowymi, którymi mogą robić zdjęcia i dzielić się nimi w mediach społecznościowych. Przy badaniu zjawisk burzowych kluczowe są obserwacje lokalne. Niestety nie mamy homogenicznych czasowo raportów gradu czy też trąb powietrznych z ostatnich kilkudziesięciu lat tak jak w przypadku pomiarów temperatury na stacjach meteorologicznych. Dlatego czasem może być trudno określić, w jakim zakresie wzrost częstości raportów ma związek z większym przepływem informacji i powszechnością rejestrowania silnych burz, a w jakim ze zmianami klimatu. Dzięki zapiskom historycznym mamy jednak dowody na to, że ekstremalne burze i trąby powietrzne występowały w Polsce co najmniej od kilku wieków. Naukowcy mają również dostęp do tak zwanych reanaliz meteorologicznych, są to swego rodzaju symulacje wsteczne wykonywane na bazie danych historycznych. Dane z reanaliz wskazują, że warunki sprzyjające powstawaniu trąb powietrznych w Polsce nie uległy większej zmianie na przestrzeni ostatnich dekad.”
Obecnie jedyna homogeniczna baza danych o występowaniu trąb powietrznych to ESWD (European Severe Weather Database). Udokumentowany jednorodny ciąg obserwacji w Polsce obejmuje jednak okres około 13-15 lat. W sensie badań klimatologicznych minimalny okres wymagany do wyznaczania trendów to przynajmniej 30 lat, dlatego raporty z tego okresu nie mogą być więc używane do jednoznacznego identyfikowania trendów klimatologicznych. Jednakże, nawet gdyby był użyty okres z ostatnich 20 lat, nie wskazuje on trendu wzrostowego. Zastanawia więc na jakiej podstawie prof. Chojnicki dokonał takiego stwierdzenia. Biorąc pod uwagę obszar Stanów Zjednoczonych, w artykule: Gensini, V.A., Brooks, H.E. Spatial trends in United States tornado frequency. npj Clim Atmos Sci 1, 38 (2018). https://doi.org/10.1038/s41612-018-0048-2 autorzy wskazali, że roczna częstość raportowania trąb powietrznych na całym obszarze nie zmieniła się. Zmianie uległ rozkład przestrzenny. Prognozowany jest wzrost kosztów, związanych z likwidacją skutków występowania trąb powietrznych, który jest związany ze wzrostem ekspozycji (rosnący udział powierzchni zurbanizowanej). Autorzy wskazali również, że nie jest jasny związek między antropogenicznym ociepleniem klimatu a trendami częstotliwości raportowania tornad oraz środowisk rozwoju trąb powietrznych.
„Tornado ma jedną, bardzo ważną cechę. To jest zjawisko lokalne. Innymi słowy, obserwować tego się nie da. Radary omiatają całą atmosferę nad Polską, ale raczej w poszukiwaniu kropel deszczu, a nie zawirowań pionowych – zaznacza naukowiec.”
Przedstawiona teza jest błędna. Radary sieci POLRAD (zarządzanej przez IMGW-PIB) jak najbardziej mogą wykrywać wiry powietrza o osi pionowej przy użyciu tzw. efektu Dopplera. Służą temu m.in. zobrazowania prędkości radialnej. Obecna sieć POLRAD jest w stanie obrazować mezocyklony, tzw. sygnatury hook-echo, bądź mezozawirowania w ramach linii szkwału, które mogą powodować rozwój trąb powietrznych. Obszerna analiza została m.in. przedstawiona przez Wojciecha Pilorza oraz Igora Laskowskiego: https://radardlaslaska.pl/uploads/radarowe_pilorz.pdf.
“Jak wyjaśnia profesor, wśród źródeł większej liczby gwałtownych zjawisk pogodowych jest globalne ocieplenie.”
Rozmówca nie wyjaśnia o które gwałtowne zjawiska pogodowe mu chodzi. Stanowi to nieuzasadnioną generalizację i w odniesieniu do wszystkich zjawisk ekstremalnych jest to twierdzenie błędne. W kontekście Polski obecna literatura naukowa oraz raporty IPCC wskazują, że wzrost temperatury będzie prowadził do częstszego występowania fal upałów i susz przeplatanych opadami ekstremalnymi powodującymi lokalne powodzie błyskawiczne. Nieznaczny wzrost liczby burz jest możliwy, ale zmiana ich intensywności nie jest obecnie dobrze poznana oraz udokumentowana. Czynniki takie jak spadek wilgotności względnej oraz spadek pionowych uskoków wiatru będą negatywnie wpływały na potencjał do tworzenia się trąb powietrznych, co może doprowadzić nawet do spadku częstości ich występowania. Ww. aspekty zostały opisane w artykule opublikowanym w Biuletynie Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego (https://doi.org/10.1175/BAMS-D-20-0004.1).
„Kiedy wzrasta temperatura, musimy liczyć się z tym, że ruchy wewnątrz atmosfery będą bardziej intensywne. Bo jest po prostu energia do zasilania takich zjawisk – zaznacza profesor Chojnicki. (…) Z termodynamicznego punktu widzenia, im wyższa temperatura, tym większa ilość zjawisk ekstremalnych, w tym tornad.”
Rozmówca nie wskazuje, o które ruchy mu chodzi (pionowe czy poziome). Jeśli chodzi o pionowe ruchy powietrza, związane z konwekcją to są one warunkowane silnymi gradientami temperatury w pionie oraz zawartością wilgoci w warstwie granicznej atmosfery, a nie samą temperaturą przy powierzchni ziemi. Zmiana temperatury powietrza sama w sobie nie spowoduje zmiany potencjału do występowania trąb powietrznych. Wzrost średniej temperatury o nawet 10°C na obszarze Sahary albo w rejonie tropików w żaden sposób nie wpłynąłby na częstość występowania tornad na tych obszarach. Dzieje się tak, ponieważ za występowanie tornad w zdecydowanej mierze odpowiadają aspekty kinematyczne, a nie termodynamiczne. To odpowiedni pionowy profil wiatru warunkuje powstawanie superkomórek, a następnie tornad. Superkomórki powstają w środowisku, w którym chwiejne masy powietrza występują w obszarze silnych uskoków wiatru. (https://www.weather.gov/lmk/supercell/dynamics). Obecnie uważa się, że trąby powietrzne powstają w procesie, składającym się z trzech etapów: i) utworzenie mezocyklonu, ii) rozwój pionowej wirowości w warstwie przyziemnej, iii) wzmocnienie wirowości przez konwergencję i przekształcenie w tornado. Parker, M. D., 2023: How Well Must Surface Vorticity Be Organized for Tornadogenesis?. J. Atmos. Sci., 80, 1433–1448, https://doi.org/10.1175/JAS-D-22-0195.1. W literaturze naukowej poświęca się temu zagadnieniu dużo uwagi i wskazuje na istotność tzw. wirowości strumieniowej (z ang. streamwise vorticity) oraz wirowości względem burzy (storm-relative helicity), które mają fundamentalny wpływ na siłę prądu wstępującego (https://doi.org/10.1175/JAS-D-22-0114.1, https://doi.org/10.1175/JAS-D-19-0355.1, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2014.04.007, https://doi.org/10.1175/WAF-D-19-0115.1, https://doi.org/10.1175/MWR-D-20-0147.1). Prace oparte na uczeniu maszynowym również wskazują parametry kinematyczne jako najważniejsze czynniki warunkujące powstawanie tornad (https://doi.org/10.1175/WAF-D-21-0056.1). Perturbacje ciśnienia związane z odpowiednim profilem wiatru mają o wiele ważniejszy wpływ na tornadogenezę aniżeli aspekty termodynamiczne warunkowane przez profil temperatury i wilgotności. Symulacje numeryczne wskazują, że posiadanie w atmosferze energii potencjalnej dostępnej konwekcyjnej nawet o wartościach rzędu 10 000 J/kg nie wygenerują tornada bez odpowiedniego profilu wiatru. Potężne tornada o sile F4-F5 mogą jednocześnie powstać przy niewielkich wartościach CAPE rzędu 1000 J/kg jeżeli towarzyszący chwiejności atmosferycznej profil wiatru jest odpowiedni. Te aspekty zostały również opisane w artykułach: Nixon, C. J., and J. T. Allen, 2022: Distinguishing between Hodographs of Severe Hail and Tornadoes. Wea. Forecasting, 37, 1761–1782, https://doi.org/10.1175/WAF-D-21-0136.1. Wade, A. R., and M. D. Parker, 2021: Dynamics of Simulated High-Shear, Low-CAPE Supercells. J. Atmos. Sci., 78, 1389–1410, https://doi.org/10.1175/JAS-D-20-0117.1). Duża liczba tornad na obszarze Stanów Zjednoczonych związana jest z silną południową składową wektora wiatru, który w Polsce (jak i w całej Europie) jest o wiele słabszy niż w USA. Zmiany klimatu dostarczając w przyszłości więcej energii i wilgoci w atmosferze nie zmienią brakującego aspektu składowej południkowej wektora wiatru. Ten aspekt i porównanie hodografów (tj. profilu prędkości i kierunku wiatru) dla tornad pomiędzy Europą oraz Stanami Zjednoczonymi zostało przedstawione m.in. w artykule Dr. Brice’a Coffera (https://doi.org/10.1175/WAF-D-20-0153.1).
W kontekście zmian klimatu w artykule H.E. Brooks, Severe thunderstorms and climate change, Atmospheric Research, Volume 123, 2013, Pages 129-138, ISSN 0169-8095, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2012.04.00 wykazano, że ocieplający się klimat zwiększy zawartość dostępnej energii (CAPE), ale będzie prowadził do spadków pionowego uskoku wiatru, co zmniejszy potencjał dla występowania tornad. Ta teza została również potwierdzona w artykule Taszarek, M., Allen, J.T., Marchio, M. et al. Global climatology and trends in convective environments from ERA5 and rawinsonde data. npj Clim Atmos Sci 4, 35 (2021). https://doi.org/10.1038/s41612-021-00190-x, gdzie wykazano na bazie globalnych pomiarów radiosondażowych taką samą zależność:
Na obszarze Europy Środkowej, w tym Polski notuje się niewielki spadek zarówno uskoków wiatru przy jednoczesnym wzroście energii potencjalnej dostępnej konwekcyjnie (https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0135.1). Spadek intensywności uskoków wiatru jest konsekwencją słabnącego prądu strumieniowego. Ich osłabienie jest spowodowane zmniejszeniem kontrastu termicznego między obszarami okołobiegunowymi i międzyzwrotnikowymi (w miarę ocieplania się klimatu obszary okołobiegunowe nagrzewają się szybciej, co w literaturze naukowej określa się jako zjawisko tzw. amplifikacji arktycznej). W artykułach https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0461.1, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0135.1 oraz https://doi.org/10.1175/BAMS-D-20-0004.1 wykazano ponadto, że wraz z ocieplającym się klimatem spadająca wilgotność względna oraz wzrost energii hamującej konwekcję (Convective Inhibition, CIN) może mieć negatywny wpływ na powstawanie zjawisk burzowych w przyszłości. Niższe wartości wilgotności względnej będą prowadzić do wyższych poziomów wymuszonej kondensacji, co będzie miało negatywny wpływ na występowanie trąb powietrznych.
Analizy trendów liczby dni z burzami według raportów SYNOP nie wykazały również istotnych statystycznie trendów wzrostowych w Polsce na przestrzeni XX w. (https://doi.org/10.1016/S0169-8095(03)00082-6).
“Jest grupa naukowców, zdaje się na uniwersytecie Adama Mickiewicza, którzy roztaczają wizję wiecznej pogody wyżowej, a z wyżu tornado raczej nie powstanie – dodaje. To jest styk dwóch mas powietrza, które ścierają się ze sobą, przesuwają się w dwóch różnych kierunkach i wtedy powstaje wir. Oni uważają, że wyższa temperatura może stworzyć krainę wiecznego wyżu. Innymi słowy upał, ale nic się w powietrzu nie dzieje. Ale to jest myślenie życzeniowe, bo my mieszkamy w miejscu, gdzie funkcjonujemy na styku różnych mas powietrza.”
Rozmówca nie wyjaśnia, których naukowców z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza (UAM) ma na myśli, ani nie odwołuje się do żadnej konkretnej pracy ich autorstwa. Tymczasem według naszej wiedzy oraz po konsultacji z naukowcami z Zakładu Klimatologii i Meteorologii UAM, nikt z ich pracowników nie promuje tez dotyczących “wiecznej pogody wyżowej” sugerowanych przez prof. Chojnickiego, tym bardziej w nawiązaniu do ekstremalnych zjawisk konwekcyjnych takich jak tornada. Prof. Chojnicki tym samym rozprzestrzenia informacje, które nie są zgodne z prawdą. Dodatkowo, stwierdzenie “To jest styk dwóch mas powietrza, które ścierają się ze sobą, przesuwają się w dwóch różnych kierunkach i wtedy powstaje wir.” w nawiązaniu do powstawania tornad jest merytorycznie niepoprawne, gdyż są to zjawiska, które w przeważającej większości tworzą się w ciepłym wycinku niżu – jednorodnej przestrzennie niestabilnej masie powietrza, a nie w strefie frontowej, co wyjaśnialiśmy również we wcześniejszych odpowiedziach. Zjawiska te są generowane przez superkomórki burzowe, których powstanie jest uwarunkowane głównie czynnikami kinematycznymi, a nie termodynamicznymi. Tornado nie powstaje poprzez styk dwóch mas powietrza, ale odchylenie wirowości horyzontalnej (wygenerowanej przez prąd zstępujący w przedniej części superkomórki i strefę napływu powietrza do prądu wstępującego), a następnie jest odchylane w pionie poprzez silny prąd wstępujący, wzmocniony perturbacjami ciśnienia wynikającymi z silnej wirowości względem burzy (ang. storm-relative helicity). Proces ten został wyjasniony w następującej pracy: https://doi.org/10.1175/JAS-D-17-0091.1 oraz symulacji Leigh Orfa (https://www.youtube.com/watch?v=fXPCpEkjejo).
Podsumowując: tezy podnoszone przez Profesora Chojnickiego nie znajdują poparcia w renomowanej literaturze naukowej w zakresie zjawisk konwekcyjnych ani w danych obserwacyjnych. Często stoją w sprzeczności z obecnym stanem wiedzy specjalistycznej. W tekście niejednokrotnie zastosowano wprowadzające w błąd uproszczenia, wprowadzające do jednej kategorii wszystkie niebezpieczne zjawiska atmosferyczne. Zignorowano czynniki kinematyczne, które są fundamentalnym aspektem do rozwoju trąb powietrznych. Ogromne ilości energii potencjalnej dostępnej konwekcyjne bez odpowiedniego profilu wiatru nie doprowadzą do powstania tornada. Z drugiej strony, nawet niewielka ilość energii potencjalnej dostępnej konwekcyjnie w połączeniu z odpowiednim pionowym profilem wiatru może wygenerować silne tornada. To jest między innymi powód dla którego tornad nie obserwuje się w rejonie tropików, gdzie aspekty termodynamiczne są dominujące, ale nie towarzyszą im odpowiednie warunki związane ze skrętnością wiatru w profilu pionowym.
Analiza dorobku naukowego dr. hab. inż. Bogdana Chojnickiego, prof. UPP wskazuje, że nie posiada on publikacji, związanych z badaniami z dziedziny atmosferycznych zjawisk konwekcyjnych, a w szczególności trąb powietrznych oraz mechanizmów ich powstawania i związanych z nimi aspektów klimatologicznych. Z tego względu jest to zaskakujące, że występuje publicznie w roli eksperta z dziedziny atmosferycznych zjawisk konwekcyjnych.
Wywiad zawiera wiele uproszczeń i błędów merytorycznych, co w konsekwencji może przyczynić się do wprowadzania opinii publicznej w błąd.
Na podstawie obecnego stanu wiedzy, nie można wyciągnąć jednoznacznych wniosków, dotyczących trendów intensywności bądź częstości występowania niebezpiecznych burz w Polsce oraz zjawisk im towarzyszących. Nie ma na to jednoznacznych udokumentowanych w literaturze dowodów naukowych – wskazuje na to nawet raport IPCC wspominając o dużej niepewności w stosunku do spodziewanych zmian w intensywności burz konwekcyjnych, w tym trąb powietrznych. Wypowiedzi o wzrostach intensywności zjawisk burzowych w Polsce są oparte o prywatne opinie i przekonania dr. hab. inż. Bogdana Chojnickiego, a nie dane obserwacyjne i badania naukowe.
