Furtunile cu grindină și schimbările climatice – coincidență sau cauzalitate?

Analiza proceselor fizice care duc la apariția grindinei ne permit să prognozăm că schimbările climatice și încălzirea climei vor avea duce la o posibilă schimbare a furtunilor cu grindină. Astfel datorită încălzirii atmosferice, respectiv umidității crescute, în viitor vom observa în general mai puține furtuni cu grindină dar când acestea se vor produce grindina va fi de mari dimensiuni.

Furtunile care produc grindină sunt fenomene severe cu impact mare, după cum se poate urmări în figura de mai jos. Spre deosebire de temperatură, pentru grindină nu avem observații pentru o perioadă suficient de mare de timp astfel încât să putem construi un trend. Din măsurătorile realizate la stațiile meteo știm că temperatura medie globală a crescut cu aproximativ 1.1°C față de perioada pre-industrială (1850–1900).

Nu știm însă cum s-a schimbat frecvența de apariție a furtunilor cu grindină pentru același interval de timp deoarece nu avem suficiente observații colectate, de exemplu, la stațiile meteo. Traiectoriile furtunilor care produc grindină nu intersectează de cele mai multe  ori stațiile meteo și de aici lipsa datelor.

În acest caz pentru a înțelege efectele schimbărilor climatice asupra furtunilor care produc grindină trebuie să analizăm modul în care schimbările climatice influențează procesele fizice care duc la apariția acestor furtuni. Să analizăm mai întâi procesele fizice care duc la apariția grindinei, notează dr. Bogdan Antonescu pentru Infoclima.

Cum se formează grindina?

Grindina se formează în interiorul furtunilor convective așa cum sunt denumite în literatura de specialitate structurile noroase cu mare dezvoltare pe verticală (Figura 2, Raupach et al. 2021). Mai precis grindina se formează într-o regiune a norului caracterizată de temperaturi negative și în care coexistă cristale de gheață și picături de apă suprarăcite (acestea sunt picături care rămân în stare lichidă la temperaturi mai mici de 0°C). Pe lângă gheață și apă suprarăcită pentru apariția grindinei este necesară și prezența unui curent ascendent intens (>15 m/s) adică a unui curent vertical de aer în interiorul norului.

Acest curent ascendent de aer se formează atunci când particulele de aer din apropierea solului sunt ridicate până la un nivel deasupra căruia există instabilitate (despre care tot auzim în prognozele meteo). La acest nivel temperatura particulelor este mai mare decât cea a mediului înconjurător. Astfel particule de aer au o densitate mai mică decât cea a aerului înconjurător și deci au o mișcare liberă ascendentă. Acest curentul ascendent de aer duce în altitudine particule de aer umed. Pe măsură ce particule de aer umed urcă vaporii de apă pe care îi conțin se răcesc și condensează ducând la formarea picăturilor de nor.

În atmosferă temperatura aerului scade odată cu creșterea altitudinii iar nivelul la care temperatura termometrului umed este 0°C este denumit nivel de topire. Deasupra acestui nivel apa condensată în interiorul particulelor de aer poate îngheța. La temperaturi intre 0°C -40°C apa poate rămâne în stare lichidă și devine suprarăcită.

Pentru apariția grindinei este nevoie de embrioni de grindină. Acești embrioni pot fi picături înghețate sau cristale de gheață.  Apă suprarăcită interacționează cu acești embrioni și apoi îngheață la suprafața acestora. Pentru ca un embrion să ducă la apariția grindinei de mari dimensiuni (diametru >2.5 cm) trebuie să existe în nor suficientă apă suprarăcită. Dacă sunt prea mulți embrioni creșterea acestora este limitată. Pe acest principiu funcționează sistemele antigrindină. Iodura de argint este împrăștiată în nori cu ajutorul unor rachete. Crește astfel numărul de embrioni de grindină. Grindina nu mai poate crește la dimensiuni mari deoarece cantitatea de apă suprarăcită este distribuită la un număr mare de embrioni.

De asemenea pentru formarea grindinei de mari dimensiuni este nevoie de un anumit tip de creștere. Acest timp de creștere depinde de intensitatea curentului ascendent și de traiectoria embrionului. Traiectoria embrionilor și apoi a grindinei este influențată de forfecarea pe verticală a vântului (schimbarea vitezei vântului cu altitudinea). Forfecarea pe verticală a vântului dictează organizarea furtunilor. Valorile moderate sau mari pentru forfecare sunt asociate cu furtuni organizate (supercelule, multicelule). Acesta înseamnă că furtunile vor avea un timp de viață mai mare ceea ce duce la creșterea probabilității de apariție a grindinei.

Un alt factor important asociat cu apariția grindinei de mari de dimensiuni este reprezentat de cantitatea de gheață care se topește atunci când grindina trece de nivelul de topire în cădere către suprafață. Grindina de mici dimensiuni se poate topi integral ceea ce face ca la suprafață să ajungă numai grindină de mari dimensiuni.

Putem acum pe baza proceselor fizice descrise mai sus să analizăm influența schimbărilor climatice asupra furtunilor cu grindină.

Cum influențează schimbările climatice furtunile cu grindină?

Am văzut că furtunile care produc grindină depind de instabilitatea atmosferică și de conținutul de umiditate (Figura 2a). Odată cu creșterea temperaturii medii globale crește și conținutul de vapori de apă din regiunile joase ale atmosferei (cu aproximativ 7% pentru fiecare creștere cu 1°C). Temperaturile ridicate împreună cu o creștere a umidității înseamnă că o cantitate mai mare de energie potențială poate fi eliberată odată cu condensarea vaporilor de apă ceea ce duce la creșterea instabilității atmosferice.

O astfel de creștere a fost pusă în evidență pentru Europa într-un studiu recent privind modificarea frecvenței de apariție a furtunilor în contextul schimbărilor climatice până în 2100 (Rädler et al. 2019). Creșterea instabilității poate duce la o creștere a intensității curenților ascendenți și a conținutului de a apă lichidă al furtunilor ceea ce favorizează apariția grindinei de mari dimensiuni. Creșterea temperaturii duce și la creșterea nivelului de îngheț și astfel crește probabilitatea ca grindina să se topească înainte să ajungă la sol (mai puțină grindină de mici dimensiuni). Schimbările climatice vor reduce forfecarea pe verticală a vântului însă această schimbare va avea un efect redus asupra furtunilor cu grindina (Figura 2b) comparativ cu creșterea instabilității.

În concluzie, ne așteptăm ca în viitor să observăm în general mai puține furtuni cu grindină dar când acestea se vor produce grindina va fi de mari dimensiuni. Pentru Europa studiile bazate pe observații sau pe proiecții climatice realizate pe baza modelor numerice au arat că trendul privind frecvența de apariție a furtunilor cu grindină este ușor crescător (însă incertitudinile sunt destul de mari).

De asemenea, studii recente au indicat o creștere a pagubelor asociate căderilor de grindină (Kunz et al. 2009, Eccel et al. 2012) și o creștere a severității acestui tip de fenomen extrem (Eccel et al. 2012, Berthet et al. 2011). Pentru România, într-un studiu publicat în 2016 de Burcea et al. a fost analizat numărul de zile în care grindina a fost raportată la stațiile meteo din rețeaua Administrației Naționale de Meteorologie. Rezultate au indicat că un trend crescător pentru numărul mediu de zile cu grădină la 55.2%, un trend neutru la 3.8% și un trend descrescător la 40.9% din stațiile analizate (105 stații) analizate pentru perioada 1961–2014.