Despre poluare

Calitatea aerului în contextul schimbărilor climatice

Calitatea aerului se referă, in mod uzual, la prezența si/sau concentrația in aerul atmosferic al unor substanțe (gaze, substanțe solide, substanțe organice/ anorganice etc) cu potențial efect negativ asupra sănătății umane si a mediului. O astfel de ‚definiție’ reflecta interesul pe termen scurt asupra compoziției aerului atmosferic si sugerează că atenția este orientată către menținerea acestor substanțe la un nivel ‚acceptabil’ privind efectele negative considerate mai sus. Compoziția chimică a aerului are însă si alte efecte –mai puțin evidente pe termen scurt dar de o importanță majoră asupra vieții pe Pământ, in ansamblu, prin efectele asupra climei.

Substanțele emise in atmosferă in cadrul activităților umane acoperă o paletă largă, cu diferite caracteristici fizico-chimice. Valori mari ale concentrațiilor pot apare localizat, in apropierea surselor de emisie, fiind importante spre exemplu pentru calitatea aerului in zonele urbane si pentru posibilele efecte asupra sănătății umane. Reacțiile chimice ce au loc in atmosferă transformă apoi unii dintre poluanți, pe măsura ce aceștia se dispersează, in poluanți secundari –cu alte caracteristici si deci alte efecte (adiționale). Poluanții pot fi de asemenea îndepărtați din atmosferă prin depunere pe suprafața terestră fie direct din atmosferă fie ca urmare a absorbției in picături de apă si apoi depunere prin precipitații. Reacțiile chimice pot apare la scări de timp de ordinul zilelor, timp in care poluanții pot fi transportați la distanțe mari astfel că unele aspecte ale poluării (ex. depunere acidă) sunt de interes continental/transfrontalier. Gazele nereactive pot persista însă timp de ani sau chiar sute de ani, dispersând-se la scară globală si in întreaga troposferă, ceea ce poate duce la acumularea lor si, global, la concentrații mai ridicate si care au un răspuns lent la reducerea emisiilor. Atât gazele cât si PM pot contribui la schimbările climatice, prin efectul lor asupra bilanțului radiativ [1].

Astfel, interacțiunea intre compoziția chimică a atmosferei si climă este bidirecțională – modificarea compoziției atmosferice are efecte asupra schimbării climei (ex. creșterea concentrațiilor de gaze cu efect de seră (GES) duce la creșterea temperaturii globale, prin ‚reținerea’ de către GES a radiației emise de Pământ), dar si modificarea climei influențează compoziția atmosferei –inclusiv in ce privește distribuția spațială a compușilor acesteia, astfel încât aceste influențe pot avea caracteristici locale semnificativ diferite de la o zonă la alta.

Efectul bidirecțional (feedback) al schimbărilor climatice asupra compoziției atmosferice este influențat/modulat de 4 mari categorii de procese [1]:

-procese de transport (vânt, convecție, proprietățile de amestec in stratul limită planetar, procesele de schimb troposferă-stratosferă)

-procese de control al transformărilor chimice (umiditatea relativă si specifică, acoperirea cu nori si tipul norilor, albedoul si efectul asupra ratelor de fotoliza)

-procese de îndepărtare (‚removal processes’) (frecvența si cantitatea precipitațiilor, proprietățile de suprafață ale poluanților)

-controlul emisiilor (atât antropogenice cat si biogenice, incluzând demografia, ‚deplasarea’ temperaturilor sezoniere si efectul asupra consumului de energie, tipurile de plante si păduri, interacțiunea atmosferă-ocean, variabilitatea acoperirii cu gheață).

O analiză a efectelor in timp, pe termen lung, a schimbărilor in compoziția chimică a atmosferei asupra climei –si reciproc – nu se poate face decât cu ajutorul modelelor – ce descriu interacțiunile dintre componentele sistemului climatic, incluzând compoziția atmosferei – si folosind scenarii (situații ipotetice, la scara globală) privind evoluția in timp a surselor de schimbare a compoziției chimice a atmosferei. Astfel de scenarii pot fi dezvoltate fie plecând de la posibile evoluții socio-economice (cu implicații asupra surselor de emisii de poluanți), fie direct de la efectul acestora exprimat prin forțajul radiativ (v. Anexa 1) asociat cu prezența unor anumite concentrații/combinații de poluanți atmosferici. Rezultatele obținute prin rularea modelelor climatice pe perioade viitoare, având ca date de intrare informații derivate din scenarii, duc la obținerea proiecțiilor climatice (in condițiile unui anumit scenariu). Acestea sunt folosite mai departe nu numai pentru a estima magnitudinea schimbărilor climatice (ex. creșterea relativă a temperaturii) ci si pentru servi ca suport științific in deciziile politice privind măsuri de atenuare/adaptare a societății in relație cu aceste schimbări.

Încălzirea climei este un fenomen unanim acceptat de comunitatea științifică internațională, fiind evidențiat de analiza datelor observaționale pe perioade lungi de timp. Observațiile indică deja creșteri a temperaturii medii globale, o topire extinsa a zăpezii si gheții si creșterea globală, in medie, a nivelului mării. Studiile științifice au arătat ca principalii factori care au determinat acest fenomen sunt atât naturali (ex. variații in radiația solară) cât si antropogeni (schimbări in compoziția atmosferei datorită activităților umane), acestea din urmă fiind totuși considerați a fi cei mai semnificativi pentru ultimii 50 de ani [2].

Plecând de la ipoteza că modificările climatice depind foarte mult de activitățile umane viitoare, impactul acestora este studiat folosind modele climatice –singurul instrument științific ce poate furniza informații pentru perioade de timp viitoare. Factorii externi impuși modelelor climatice cum ar fi viitoarele concentrații ale gazelor cu efect de seră, sunt derivați din diferite scenarii pentru viitor. Scenarii ale emisiilor/concentrațiilor GES sunt utilizate pentru a evalua impactul unei game de activități umane asupra componentelor sistemului terestru.

Prima abordare in proiectarea scenariilor climatice a fost una liniară, constând in următoarele etape [3]:

(1) producerea de scenarii socio-economice care conduc la diferite niveluri de emisii de aerosoli si GES (adică scenariile de tipul IPCC SRES (Special Report on Emissions Scenarios));

(2) transformarea acestor emisii in concentrații;

(3) descrierea influențelor lor asupra sistemului climatic;

(4) evaluarea implicațiilor acestor schimbări climatice, împreuna cu schimbările socio-economice si de mediu, asupra sistemelor naturale si umane.

Scenariile IPCC SRES (utilizate in rapoartele/evaluările IPCC din 2007) s-au bazat pe diferiți factori care determină schimbări in emisiile de aerosoli si GES, inclusiv creșterea populației si durabilitatea dezvoltării socio-economice. Acești factori cuprind o gamă de posibile evoluții viitoare care ar putea influența sursele de aerosoli si GES, cum ar fi tipul de sistem energetic folosit si modificarea utilizării terenurilor. Există 40 de scenarii de tip SRES diferite, fiecare plecând de la un set de supoziții in ceea ce privește emisia viitoare de gaze cu efect de seră si utilizarea in viitor a terenului. Majoritatea scenariilor includ o creștere a consumului de combustibil fosil si a produsului intern brut global (PIB). Aceste scenarii privind emisiile se organizează in familii care conțin trăsături evolutive similare in anumite privințe.

Rapoarte de evaluare ale proiecțiilor viitoare sunt elaborate periodic de Grupul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice (IPCC), pe baza acestor scenarii. In echipa SRES s-au definit linii evolutive (cu numele de A1, A1T, A1F1, A1B, A2, B1 si B2), care descriu factorii ce determină emisiile de aerosoli si GES, relațiile dintre ei si evoluția lor in timpul secolului XXI [4]. Fiecare linie evolutivă reprezintă diferite evoluții demografice, sociale, economice, tehnologice si de mediu care diverg din ce in ce mai mult pe măsura ce se apropie de sfârșitul secolului XXI (www.ipcc.ch/pdf/special-reports/spm/sres-en.pdf).

Familia A1 de scenarii se caracterizează prin:

(1) creștere economica rapidă;

(2) populație globală care ajunge la 9 miliarde in 2050, iar apoi descrește gradual;

(3) răspândirea rapidă a tehnologiilor noi si eficiente;

(4) o lume convergentă – venitul si modul de viată converg intre regiuni;

(5) interacțiuni sociale si culturale extinse in toata lumea.

Familia A2 de scenarii presupune:

(1) operare independentă, națiuni încrezătoare in propriile forțe;

(2) creșterea continuă a populației;

(3) dezvoltarea economică orientată la nivel regional;

(4) modificări tehnologice mai lente si mai fragmentate si îmbunătățiri la venitul pe cap de locuitor.

Familia B1 de scenarii reprezintă o lume mai integrată si mult mai prietenoasă din punct de vedere ecologic, caracterizată prin:

(1) creștere economică rapida la fel ca la A1, dar cu schimbări rapide fața de o economie a serviciilor si a informațiilor;

(2) creșterea populației la 9 miliarde in 2050 si apoi descreștere ca la A1;

(3) introducerea resurselor tehnologice curate si eficiente;

(4) accentuarea soluțiilor globale in ceea ce privește stabilitatea economică, socială si a mediului.

Scenariile de tip B2 ilustrează o lume mai divizată, însă mult mai prietenoasă din punct de vedere ecologic, reprezentată de:

(1) creșterea continuă a populației, dar la un nivel mai lent fata de A2;

(2) accentuarea soluțiilor locale de stabilitate economică, socială si a mediului, in dauna celor globale;

(3) nivele medii ale dezvoltării economice;

(4) modificări tehnologice mai puțin rapide si mai fragmentate față de A1 si B1.

O altă abordare a scenariilor ce sunt impuse modelelor climatice a fost recent proiectată pentru o mai buna integrare intre factorii socio-economici, schimbările din sistemul climatic si vulnerabilitatea sistemelor naturale si umane. In loc sa pornească de la scenarii socio-economice care conduc la diferite niveluri de emisii ale aerosolilor si gazelor cu efect de seră, noile scenarii încep cu concentrațiile viitoare de aerosoli si gaze cu efect de seră. Aceste noi scenarii (descrise in [5]) sunt așa numitele „căi reprezentative de evoluție a concentrațiilor’ (RCPs). Scenariile de tip RCP nu sunt legate de nici un scenariu socio-economic, dar fiecare dintre ele este in concordanță cu mai multe tipuri de evoluții socio-economice, deoarece diferite schimbări socio-economice viitoare ar putea conduce la schimbări similare in compoziția atmosferică.

Descriere succinta a scenariilor RCP [6]:

Scenariul RCP8.5 (emisii ridicate) -implica un fortaj radiativ in creștere continuă, de 8.5 W/m2 la finalul secolului (Fig.1) si este asociat cu un viitor ce nu prevede/include politici de reducere a emisiilor, fiind caracterizat de creșteri ale emisiilor de GES ce va duce la creșteri ale concentrațiilor GES in timp. Este comparabil cu scenariul A1F1 de tip SRES. Acest scenariu este consistent cu linii evolutive ale societății ce includ:

-emisii de CO2 de trei ori mai mari ca in prezent, până in 2100;

-creșterea rapidă a emisiilor de metan;

-creșterea utilizării terenurilor pentru culturi si pășuni ca urmare a creșterii populației;

-populație globală de 12 miliarde pana in 2100;

-tehnologie/industrie bazată foarte mult pe utilizarea combustibilului fosil;

-consum energetic mare;

-fără implementarea de politici privind schimbările climatice.

Scenariul RCP6 (emisii intermediare) –prevede ca forțajul radiativ (de 6W/m2) se stabilizează curând după 2100, ceea ce ar implica aplicarea unor tehnologii si strategii de reducere a emisiilor de GES. Este comparabil cu scenariul B2 de tip SRES si consistent cu linii evolutive ce implică:

-tehnologie/industrie bazată foarte mult pe utilizarea combustibilului fosil;

-consum energetic intermediar ca ordin de mărime;

-creșterea utilizării terenurilor pentru culturi agricole si mai puțin pentru pășuni;

-emisii de metan stabilizate;

-emisiile de CO2 au valori maxime in 2060 -cu 75% peste nivelul prezent si apoi scad la o

valoare cu 25% mai ridicataă decât nivelul prezent.

Scenariul RCP4.5 (emisii intermediare) –implică un forțaj radiativ de 4.5 W/m2 in 2100; forțajul radiativ se stabilizează repede după 2100, in acord cu reduceri viitoare ale emisiilor de GES destul de ambițioase. Este comparabil cu scenariul B1 de tip SRES si este consistent cu linii evolutive ce implică:

-consum energetic redus;

-programe intense de re-împădurire;

-o utilizare mai redusă a terenurilor pentru culturi agricole si pășuni ca urmare a creșterii producției culturilor si a schimbărilor/obișnuințelor de consum alimentar;

-politici climatice restrictive;

-emisii de metan stabilizate;

-emisiile de CO2 cresc dar numai puțin si încep sa scadă in jurul anului 2040.

Scenariul RCP2.6 (emisii scăzute) – forțajul radiativ ajunge la 3.1 W/m2 apoi scade la 2.6W/m2 până in 2100. Pentru a ajunge la aceste nivele, ar fi nevoie in timp de reduceri puternice (ambițioase) ale emisiilor de GES. Nu este comparabil cu nici un scenariu de tip SRES, dar este consistent cu linii evolutive ale societății ce implică:

-reducerea utilizării petrolului;

-consum energetic redus;

-creșterea utilizării terenurilor pentru culturi agricole ca urmare a producției de bio-energie;

-zootehnie intensivă;

-reducerea emisiilor de metan cu 40%;

-emisiile de CO2 rămân la nivelul din 2011 pana in 2020 apoi scad si devin negative in 2100;

-concentrațiile de CO2 ating un maxim in jurul anului 2050, apoi scad puțin până in 2100.























Fig.1. Forcing-ul radiativ corespunzand scenariilor RCP. (sursa: http://sedac.ipccdata.org/ddc/ar5_scenario_process/RCPs.html)

In scopul de a studia efectul asupra schimbărilor climatice, scenariile de dezvoltare socio-economică descrise mai sus (de tip SRES) sau cele de tip RCP au fost ‘traduse’ in mărimi direct utilizabile in modelele climatice (ex. câmpuri de distribuție a valorilor dioxidului de carbon la nivel global). Folosind aceste așa-numite ‘scenarii climatice’, modelele climatice globale sunt folosite in realizarea de experimente numerice (==proiecții climatice) ce descriu: 1) pentru perioada trecută (ex. 1950-prezent)-condițiile climatului trecut/curent, in limita descrisă de scenariul climatic; 2) pentru perioada de timp viitoare (orizont de timp) (ex. 2030-2100) -cum vor evolua parametrii climatici in viitor, presupunând că acel scenariu climatic este adevărat. Deși pentru perioada trecută, simularea numerică in aceste condiții nu va reflecta exact caracteristici observate, aceste rezultate sunt esențiale pentru a interpreta rezultatele simulărilor pentru perioada de timp viitoare. Ținând cont de limitările inerente ale modelelor climatice, precum si de gradul de incertitudine al scenariilor climatice, informațiile obținute din aceste simulări ale ‘viitorului’ trebuie interpretate mai degrabă in termeni statistici – ca si tendințe de creștere sau scădere, probabilități de producere a unor fenomene, abaterea față de mediile multianuale pe termen lung – si ele au un grad de încredere mai mare dacă sunt rezultatul analizei pe perioade de timp mai îndelungate (ex. 30-50 ani).

Cele mai noi proiecții climatice sunt cele realizate pe baza scenariilor de tip RCP. Astfel de experimente sunt realizate mai întâi la nivel global (folosind modele climatice de circulație a atmosferei la scară globală – Global Circulation Models -GCMs). Aceste rezultate sunt mai departe utilizate pentru a obține proiecții climatice la scară spațială mai fina, prin utilizarea modelelor climatice regionale (similar cu modelele pe arie limitata folosite pentru prognoza numerică a vremii).



Schimbările in calitatea aerului sunt controlate de emisiile de poluanți si de condițiile meteorologice. Exista o mare probabilitate ca schimbările climatice sa aibă impact asupra tiparelor de vreme ‚uzuale’ (până acum), in principal asupra vântului, temperaturii, duratei de strălucire a soarelui si a precipitațiilor. Aceste schimbări vor afecta concentrația gazelor reactive si a aerosolilor in atmosferă, prin mai multe mecanisme [7]:

-schimbările in temperatura atmosferică – afectează viteza (rata) cu care au loc reacțiile chimice.

-schimbările in umiditatea atmosferică – afectează producția chimica si distrugerea speciilor chimice si, in particular, rata de pierdere (distrugere) a ozonului troposferic.

-schimbările in frecvența si intensitatea fulgerelor –afectează producția atmosferică de NO, cu efect direct asupra bugetului de O3 din troposfera superioară.

-schimbările in gradul de acoperire cu nori - afectează cantitatea de radiație ce pătrunde in atmosferă si ca urmare activitatea fotochimică; chimia apei si a altor substanțe asociate cu prezența norilor este de asemenea modificată.

-schimbările in frecvența si intensitatea precipitațiilor –afectează rata cu care speciile chimice sunt ‚curățate’ din atmosferă.

-schimbările in temperatura suprafeței si a precipitațiilor – afectează emisia si depunerea compușilor chimici si depunerile de suprafață legate de vegetație si sol.

-schimbările in temperatura oceanelor – afectează schimburile atmosferă-ocean a unor compuși chimici.

-schimbările in frecvența si intensitatea condițiilor prelungite de stabilitate atmosferică – afectează dispersia poluanților si crește frecvența si intensitatea cazurilor de poluare cu consecințe severe asupra sănătății umane.

-schimbările in circulația generală a atmosferei – afectează transportul la distanță a poluanților (ex. de la un continent la altul).

-schimbările in activitatea convectivă – duce la schimbări in transportul vertical si deci afectează compoziția chimica a troposferei superioare.

-modificările in schimburile stratosferă-troposferă – afectează concentrația speciilor chimice, inclusiv a ozonului, in troposfera superioară.

-schimbările in intensitatea vântului la suprafață pe zonele de uscat (continentale) – modifică mobilizarea particulelor de praf din zonele aride si, ca urmare, încărcătura de aerosol din troposferă.

-schimbările in intensitatea vântului la suprafața mării – modifică schimburile de gaze la interfața ocean-atmosferă si afectează emisia de particule de sare in stratul limită atmosferic.

Numeroase studii s-au orientat asupra unor poluanți in particular (ex. ozonul troposferic si PM) încercând să evalueze schimbările in distribuția si concentrația acestora in contextul a diferite scenarii climatice, si chiar să estimeze efectul acestor schimbări asupra sănătății umane.

In cel de-al 5-lea raport al IPCC [8] bazat pe scenariile de tip RCP, in zona Europei cantitatea de ozon troposferic este de așteptat sa se reducă, in condițiile celor mai multe scenarii, datorită unei concentrații mai mari a vaporilor de apă asociată cu temperaturi mai mari. Totuși, in condițiile celui mai ‚rău’ scenariu (RCP8.5) o ‚încărcătură’ aproape dublă de metan ar duce la creșterea ozonului troposferic cu o rată mai mare decât cea de descreștere datorată încălzirii climei, in special către finalul secolului, efect asociat cu o creștere a mortalității premature datorate problemelor respiratorii generate de concentrațiile mari de ozon troposferic [9].

La nivel regional, in regiunile poluate cu niveluri înalte de oxizi de azot, temperaturile de suprafață si umiditatea ridicate ar putea duce la creșteri (in medie) ale concentrației de O3 in apropierea suprafeței (‚O3 climate penalty’), in special in sudul Europei, iar aceste ‚răspuns’ in concentrația de O3 troposferic este si mai puternic daca se raportează la valori maxime zilnice.

Estimarea schimbărilor in concentrațiile de PM asociate cu schimbările climatice este afectată de mai multa incertitudine; totuși o serie de studii recente sugerează un efect de tip ‚PM climate penalty’ (creșterea concentrației PM), datorită temperaturilor si umidității ridicate si scăderii precipitațiilor, in zonele nordice de uscat aflate la latitudini mijlocii, către finalul secolului [9].

Terminologie schimbări climatice

Adaptare (Adaptation): Procesul de ajustare la clima actuală sau prognozată si la efectele ei. In sistemele umane, adaptarea urmărește să modereze sau să evite efectul nociv, sau să exploateze oportunitățile. In unele sisteme naturale, intervenția umană poate facilita adaptarea la clima așteptată si la efectele ei.

Albedo (albedo): Cantitatea de radiație solara reflectata de o suprafață sau de un obiect, exprimată de obicei in procente. Suprafețele acoperite cu zăpadă au un albedo ridicat (reflectă o mare parte din radiația solară primită); albedoul solului variază in funcție de tipul solului si de tipul de acoperire (nisip, iarba, asfalt etc); suprafețele acoperite cu vegetație si oceanele au un albedo scăzut. Albedoul planetar al Pământului variază in funcție de nebulozitate, gradul de acoperire cu zăpadă sau gheata, suprafața acoperită cu vegetație si schimbări in tipul si gradul de acoperire a solului.

Forțaj radiativ (radiative forcing): Schimbarea in radiația neta (radiația primita de la Soare minus radiația emisa de Pământ, exprimată in W/m2) la nivelul tropopauzei datorita modificării unui factor climatic extern ca spre exemplu modificări in concentrația gazelor cu efect de seră sau a cantității de radiație solară. In raportul special al Comisiei Interguvernamentale pentru Schimbări Climatice (IPCC, 2012), forțajul radiativ se definește in raport cu anul 1750 (condiții preindustriale) si se refera la valori medii globale si anuale. Forțajul radiativ este diferit de forțajul radiativ al norilor (cloud radiative forcing) ce desemnează, cu o terminologie similară, o mărime total diferită, legata de impactul norilor asupra radiației emise de Pământ si măsurată la limita superioară a atmosferei.

Incertitudine (uncertainty): Expresie a gradului de necunoaștere a unei valori sau a unei relații. Incertitudinea poate rezulta din lipsa informațiilor sau din lipsa de acord privind ceea ce este cunoscut sau posibil a fi cunoscut. In contextul schimbărilor climatice, incertitudinea poate proveni din multe surse, precum erori cuantificabile ale datelor, concepte sau terminologii definite ambiguu sau proiecții imprecise ale comportamentului uman. Incertitudinea poate fi reprezentată prin mărimi cantitative, ca spre exemplu printr-un un interval de valori obținut din modele diferite, sau prin mărimi/exprimări calitative, precum concluziile unui grup de experți.

Model climatic (climate model): O reprezentare numerică a sistemului climatic ce se bazează pe proprietăți fizice, chimice si biologice ale componentelor sale, pe interacțiunile dintre acestea si pe procesele de feedback corespunzătoare si care ia in considerare toate sau o parte din proprietățile cunoscute ale acestuia. Sistemul climatic poate fi reprezentat prin modele cu grad diferit de complexitate, astfel că pentru oricare din componentele sale sau pentru o combinație a acestora, pot fi identificate un întreg spectru sau ierarhii de modele, ce diferă prin aspecte precum numărul dimensiunilor spațiale, măsura in care procesele fizice, chimice sau biologice sunt reprezentate explicit sau gradul de utilizare a parametrizărilor empirice. Modelele globale cuplate atmosfera-ocean (Coupled Atmosphere-Ocean Global Climate Models –AOGCM), denumite si modele de circulație generala atmosfera-ocean, permit reprezentarea aproape cea mai cuprinzătoare a sistemului climatic disponibilă in prezent. Se observa in același timp o evoluție către modele mai complexe, cu module interactive de chimie si biologie. Modelele climatice sunt aplicate ca instrument de cercetare in studiul si simularea climatului, precum si pentru scopuri operaționale, inclusiv pentru predicțiile climatice lunare, sezoniere si interanuale.

Proiecție climatică (climate projection): O proiecție a răspunsului sistemului climatic la emisiile sau concentrațiile gazelor cu efect de seră si ale aerosolilor descrise de scenariile de emisie sau de forțaj radiativ, adeseori bazate de simulări numerice realizate cu modele climatice. Proiecțiile climatice depind de un scenariu de emisii/concentrații/forțaj radiativ, care este bazat pe ipoteze privind, spre exemplu, dezvoltarea socio-economică si tehnologică viitoare, si care se pot sau nu realiza. Ca urmare, proiecțiile climatice sunt asociate cu un grad substanțial de incertitudine.

Scenariu climatic (climate scenario): O reprezentare plauzibilă si adeseori simplificată a climatului viitor, bazată pe un set de relații climatice consistente, care a fost construită cu scopul explicit de a investiga potențialele consecințe ale schimbărilor climatice induse de activitatea umană si adesea servind ca date de intrare pentru modelele de impact. Proiecțiile climatice pot fi folosite ca material de bază pentru construirea scenariilor climatice, dar scenariile climatice de obicei necesită informații adiționale precum informații despre climatul curent observat.

Scenariu de emisii (emissions scenario): O reprezentare plauzibilă a evoluției viitoare a emisiilor de gaze care sunt potențial active radiativ (spre exemplu gaze cu efect de seră, aerosoli), bazat pe un set de ipoteze coerente si consistente privind factorii determinanți (ex. schimbări tehnologice, evoluția demografică si dezvoltarea socio-economică) si principalele interacțiuni dintre aceștia. Scenariile de concentrații, derivate din scenariile de emisie, sunt folosite ca date de intrare in modelele climatice utilizate pentru calculul proiecțiilor climatice.

Schimbare climatică (climate change): Schimbările climatice se referă la modificările climei care pot fi identificate (de exemplu, prin utilizarea datelor statistice) prin schimbarea valorii medii si/sau variabilitatea proprietăților ei si care persistă pentru o perioada îndelungată, de obicei, zeci de ani sau mai mult. Schimbările climatice pot fi puse pe seama proceselor naturale interne sau a factorilor externi, cum ar fi modulații ale ciclurilor solare, erupții vulcanice si modificări antropogene persistente in compoziția atmosferei sau in utilizarea terenurilor. In Convenția-Cadru privind Schimbările Climatice (UNFCCC), la articolul 1, schimbările climatice sunt definite ca ”schimbări de climat care sunt atribuite direct sau indirect unei activități omenești ce alterează compoziția atmosferei la nivel global si care se adaugă variabilității naturale a climatului observat in cursul unor perioade comparabile”. UNFCCC face, așadar, o distincție intre schimbările climatice imputabile activităților umane in modificarea compoziției atmosferice si variabilitatea climatică atribuita cauzelor naturale.

Vremea și rolul ei în propagarea poluării

Dinamica atmosferei implică procese fizice complexe. Studiul dinamicii atmosferei

presupune analizarea principalilor parametri atmosferici, fie că este vorba de parametrii măsurabili (e.g., presiunea, temperatura, viteza vântul sau radiația directă), observabili (e.g., tipul de nori) sau derivați (e.g., conținutul de apă din aer). Analiza parametrilor atmosferici se realizează cu ajutorul atât al mijloacelor teoretice cât și al celor experimentale.

Atmosfera este în continuă mișcare. Atmosfera este învelișul gazos menținut ca un manșon în jurul Pământului, datorită gravitației.

Fiecare fenomen rezultat din circulația aerului ne este cunoscut după nume, de exemplu, vârtejul, furtuna, uraganul. Insă, aceste nume nu ne oferă informații și despre dimensiunile fenomenelor în timp și spațiu. Fenomenele meteorologice se produc, în general, în Troposferă, care este primul strat din apropierea pământului. Extinderea verticală a Troposferei variază în funcție de loc, anotimp și natura masei de aer care influențează o anumită zonă la un moment de timp (mai extinsă la Ecuator – aprox. 17 km și mai redusă la Poli – aprox. 7 km).

Starea atmosferei este descrisă de totalitatea proprietăților fizice, chimice și mecanice la un moment de timp dat. Această stare a atmosferei este descrisă prin parametrii de stare, care sunt mărimi fizice sau variabile de câmp, cum sunt cunoscute în meteorologie. În atmosferă se folosesc câmpurile scalare sau vectoriale, iar variabilele folosite sunt în primul rând mărimile fizice care se pot măsura: presiunea, temperatura, umiditatea, viteza și direcția vântului, la care se adaugă cantitatea de precipitații, radiația solară directă, difuză sau globală, insolația și nebulozitatea.

Presiunea atmosferică este presiunea (forța pe unitatea de suprafață) exercitată de atmosfera terestră pe orice suprafață în virtutea greutății ei; este echivalentă cu greutatea unei coloane de aer, cu secțiunea transversală egală cu unitatea, care se extinde deasupra unei suprafețe date până la limita superioară a atmosferei terestre (WMO A2930). Sistemul internațional utilizează ca unitate oficială de măsură pascalul (Pa). Reprezintă o forță de 1 newton care se exercită pe o suprafață de 1 m2. În meteorologie, unitatea utilizată este hectopascalul (hPa). În regiuniile latitudinilor medii, presiunea atmosferică la nivelul mării se situează, în general, între 950 şi 1050 hPa. Valoarea de 1013,25 hPa este valoarea normală acestui nivel. Valoarea maximă a presiunii la nivelul mării de 1083,5 hPa a fost înregistrată la Agata în Siberia; valoarea minimă, de 867 hPa s-a înregistrat în centrul unui ciclon în Oceanul Pacific. Se poate observa o variaţie diurnă a presiunii. Ea prezintă o amplitudine mai mare în regiunile intertropicale decât în regiunile temperate, unde ea este mascată de variaţii neregulate. Acestea se întâlnesc la trecerea perturbaţiilor la scală sinoptică şi, la scală aerologică la trecerea norilor convectivi cu dezvoltare verticală puternică.

La nivelul mării presiunea medie este de 1000 hPa. Distribuția orizontală a presiunii este descrisă prin câmpul presiunii. Meteorologii analizează câmpul presiunii în condițiile de la nivelul mării (nivel de referință) și în condițiile straturilor superioare ale atmosferei, la nivelurile standard: 925, 850, 700, 500, 300, 250, etc., hPa. Analiza se realizează în două moduri diferite: pentru nivelul mării sunt trasate izobarele (linii de aceeași presiune) pe hărțile sinoptice, iar pentru suprafețele de aceeași presiune de la altitudine sunt trasate izohipse (linii de aceeași înălțime de geopotențial). Hărțile sunt numite hărți de topografie barică absolută. Aceste reprezentări, prin suprapunere, creează imaginea tridimensională a câmpului presiunii.

Pe hărțile sinoptice de la sol și de topografie barică absolută sunt identificate formațiunile barice și de geopotențial, elemente sinoptice esențiale în diagnoza și prognoza vremii:

Pe hărțile sinoptice de la sol și de topografie barică absolută sunt identificate formațiunile barice și de geopotențial, elemente sinoptice esențiale în diagnoza și prognoza vremii:

a) ciclonii (sau depresiunile – formațiuni barice și de geopotențial cu linii închise și valori scăzute de presiune și geopotențial) și asociate lor, talvegurile;

b) anticiclonii (sau maxime barometrice – formațiuni barice și de geopotențial cu linii închise și valori ridicate de presiune și geopotențial) și asociate acestora, dorsalele.

Ciclonii extratropicali reprezintă o componentă esențială a circulației atmosferice și sunt în mare măsură responsabili de variabilitatea de zilnică a vremii de la latitudinile temperate (Catto, 2016).

Temperatura aerului este o mărime variabilă datorită factorilor care determină încălzirea și răcirea suprafeței terestre, a neomogenității acesteia și a repartiției diferențiate a energiei solare. Unitatea internaţională pentru măsurarea acestui parametru este Kelvin (K). În meteorologie se utilizează gradele Celsius (°C) (°C = +273,16 K). Uneori se utilizează gradele Fahrenheit (°F). Relaţia de conversie este următoarea: °C = 5/9 (°F –32).

În orice loc pe suprafața Pământului, temperatura aerului prezintă două feluri de variații: periodice (diurne și anuale) și variații accidentale. În absenţa perturbaţiilor este observabilă o oscilaţie diurnă a temperaturii. Amplitudinea sa variază în funcţie de loc şi sezon. Astfel ea poate atinge 35 – 40 °C sau mai mult, deasupra uscatului şi rareori depăşeşte 3 °C deasupra oceanelor, oricare ar fi latitudinea. Variaţii termice se mai produc: la pasajul perturbaţiilor – se observă atunci amplitudini de mai multe grade, în momentul schimbărilor în regimul de circulaţie (regim vestic, regim meridianal), la trecerea norilor convectivi, sub averse.

Minimul de temperatură în vecinătatea solului are loc în general la o jumătate de oră după răsăritul soarelui, maximul la în jur de două ore după trecerea soarelui la zenit. Acest decalaj corespunde timpului necesar atmosferei pentru a înmagazina aportul energetic maximal şi al transmite straturilor sale inferioare în primul rând prin conducţie apoi prin turbulenţă şi convecţie.

Din punct de vedere teoretic, vântul, într-un punct, poate fi definit ca viteza particulei atmosferice în acel punct. Vântul este exprimat cu ajutorul celor trei elemente ce caracterizeaza un vector : direcție, sens și intensitate. Anasamblul tuturor vectorilor vânt la un anumit moment de timp, formează un câmp vectorial, câmpul mișcărilor atmosferice. În cadrul rețelei de observații meteorologice nu se efectuează decât măsuratorea componentei orizontale a vântului. La scara sinoptică, componenta verticală (având ordinul de 1 cm/s) este foarte redusă în raport cu cea orizontală. La scara aerologică, acolo unde componetele au oridne de mărime comparabile, fenomenele sunt prea aleatorii pentru a fi evaluate într-o manieră sistematică. Direcția vântului, prin convenție cea de unde vine vântul, este reprezentată print-o roză a vânturilor cu 36 de direcții (din 10 în 10 grade). Viteza este exprimată în m/s, în noduri și, uneori, în km/h. În meteorologie, măsurarea instantanee a vântului este utilizată pentru determinarea rafalelor. Pentru necesități aeronautice, vântul este indicat în fiecare zi prin vântul mediu calculat din două în două minute, pentru analiza sinoptică, este calculat pentru intervale de zece minute.

Vremea reprezintă stări instantanee ale atmosferei și evoluții zilnice ale sistemelor sinoptice individuale (Ștefan, 2004). Starea fizică a atmosferei este într-o continuă schimbare și, într-un anumit loc, la un anumit moment de timp, ea se caracterizează printr-un complex de procese și fenomene meteorologice, a căror desfășurare este determinată de interacțiunea lor, sub influența mai multor factori. Cele mai compleze schimbări ale vremii au loc la latitudini medii.

Variațiile zilnice și anuale ale parametrilor meteorologici, în funcție de factorii astronomici și de rotația Pământului determină schimbări periodice ale vremii. Ele se succed de la o zi la alta și de la un anotimp la altul, fiind dependente și de schimbul radiativ atmosferă–suprafața Pământului. Schimbările neperiodice ale vremii sunt determinate de deplasarea unor volume foarte mari de aer, numite mase de aer cu caracteristici diferite și de fenomenele și procesele meteorologice complexe care au loc la întâlnirea unor astfel de mase de aer diferite.

O masă de aer este un volum mare de aer în care proprietăți fizice, cum sunt temperaura, umiditatea, densitatea sunt relativ uniforme în plan orizontal, iar pe verticală acești parametrii au o variație aproximativ similară cu cea pe orizontală. Întrucât atmosfera este încălzită mai ales de la bază, caracteristicile unei mase de aer depind de natura regiunii sursă, adică acolo unde se formează. Masa de aer continuă însă să evolueze, să-și schimbe caracteristicile pe măsură ce se deplasează deasupra altor regiunii. La latitudini joase, datorită căldurii excesive, se produc mase de aer cald; la latitudinile mari, datorită deficitului de căldură, se produc mase de aer rece.

În privința tipului suprafeței de bază, oceanele joacă un rol important. Datorită acumulării mari de căldură, dar mai ales datorită conductivității termice mari a apei în mișcare, cauzată de schimbul turbulent, temperatura marilor întinderi de apă are numai o variație minimă sezonieră. De aceea, oceanele sunt în general surse de căldură iarna, iar vara sunt un mediu absorbant de căldură pentru aerul care trece deasupra lor. Astfel, la nivelul globului terestru există patru zone sursă de bază: arctică, polară, tropicală și ecuatorială.

Masele de aer pot fi clasificate țănând seama de regiunile sursă, deci după locul de formare, din punct de vedere termic și termodinamic. În funcție de conținutul de umezeală: a) mase de aer de tip maritim (m); b) mase de aer de tip continental (c). În funcție de temperatură, sunt mase de aer: arctic (apropierea Polului Nord, 60°─ 60° N); polar (40°─ 60° N sau S); tropical (15°─ 35° N sau S), ecuatorial (15° N ─ 15° S); antactic (60°─ 90° S)

Meteorologii folosesc pentru identificarea maselor de aer literele alfabetului. Majusculele sunt folosite să se identifice latitudinea zonei sursă: A pentru arctic, P pentru polar, T pentru tropical și E pentru ecuatorial. Literele mici c și m sunt folosite pentru a indica aerul continental și respectiv maritim. Continental Arctică(cA) – foarte rece; foarte uscată;

Continental Antarctică(cAA) –foarte rece; foarte uscată;

Continental Polară (cP) – rece și uscată;

Continental Tropicală (cT) – caldă și uscată;

Maritimă Tropicală (mT) – caldă și cu umezeală;

Maritimă Ecuatorială (mE) – foarte caldă și cu foarte multă umezeală;

Maritimă Polară (mP) – rece și cu umezeală.

Zona de separație dintre două mase de aer cu caracteristici diferite se numește front atmosferic. Fronturile atmosferice, cu sistemele noroase asociate, produc o mare parte a fenomenelor meteorologice, care, uneori, pot deveni severe.

Nevoia oamenilor de a ști cum pot evolua fenomenele meterologice a condus la apariția Meteorologiei ca știință. Meteorologia este o știință a naturii, o știință aplicată care studiază fizica, chimia și dinamica atmosferei terestre.

Prognoza vremii înseamna de fapt determinarea unei stări viitoare a atmosferei pornind de la ceva ce avem deja. Pornind de la imagini radar și satelitare și date meteorologice reale măsurate și observate la stațiile meteorologice din rețeaua ANM, toate aceste date sunt integrate și prelucrate cu ajutorul programelor specializate rulate pe calculatoare de mare putere. De-a lungul timpului activitatea de meteorologie s-a imbunătățit și s-a diversificat, astfel încat în momentul de față prognoza meteorologică se face utilizând metode și echipamente de ultimă generație, foarte necesare pentru realizarea unei prognoze într-un timp cât mai scurt și cu o acuratețe cât mai mare. Prognoza sau prevederea vremii reprezintă, așadar, cea mai importantă aplicație practică a meteorologiei, care se ocupă cu analiza și studiul evoluției diverșilor parametri meteorologici (temperatura aerului, presiunea atmosferica, umezeala, vânt, fenomene meteorogice, etc.), în diferite intervale de timp, pornind de la o anticipație de 10 minute și până la 7-10 zile. O consecință a acestei anticipații, în funcție de gravitatea fenomenelor, este emiterea avertizărilor de fenomene meteorologice periculoase, care se emit pentru următoarele 0–6 ore (cele de tip nowcasting) sau pentru următoarele 1¬–3 zile.

Procesul de prognoza a vremii cuprinde o parte de analiză, una de diagnoză și una de anticipare. În prima faza se realizează analiza stării atmosferei pentru un set de date observaționale. Urmează apoi o diagnoză a sării anterioare pentru a putea determina posibile stări viitoare, ultimul pas fiind prognoza propriu-zisă, ipotezele emise asupra posibilităților de desfășurare a evenimentelor.

Prognoza obținută cu ajutorul modelelor fizico-matematice este exprimată nu în termeni de vreme, ci ca valori numerice ale unor parametri în punctele unei grile. Modelele însa operează simplificări, mai fine sau mai grosiere, fiind adaptate unui scop anume, și de aceea gradul de realizare a prognozelor scade pe măsură ce ne îndepărtăm în timp de momentul observației. Fiecare avem pe telefon aplicație despre vreme, unde primim niște valori ale temperaturii sau niște ”probabilități” de producere a unor fenomene (de exemplu, 50% probabilitatea de ploaie). Însă, aceste informații oferite sunt limitate de localizarea noastră spațială, dar mai ales de lipsa corelării tuturor datelor meteorologice și ”interpretării” lor, astfel încât să avem o prognoză completă. Un fapt este să știm că azi după-amiază există o probabilitate de 50% să plouă și alt fapt este să știm că această ploaie este una de scurtă durată, slabă cantitativ sau, dimpotrivă, care nu durează foarte mult (1–2 ore), dar care poate produce cantități foarte mari, ce pot cauza inundații, sau vijelii și grindină de dimensiuni mari, ce pot produce însemnate pagube materiale. Deja, acum avem mult mai multe informații și putem acționa din timp pentru a ne proteja.

Prognoza numerică a vremii înseamnă determinarea unei stări viitoare a sistemului atmosferic, pornind de la o stare dată, prin integrarea numerică a sistemului de ecuații format de principalele legi care guvernează fenomenele atmosferice. Acest ansamblu de legi definește modelul utilizat.

În cadrul Administrației Naționale de Meteorologie sunt folosite în activitatea operativă modele numerice de arie globală și de arie limitată. Printre cele mai cunoscute modele globale de prognoză sunt:

• Modelul global GFS- Global Forecast System a fost dezvoltat de NOAA și foloseste o reprezentare orizontală spectrală și o grilă orizontală de tip Gaussiana cu 768x384 puncte de grilă.

• Modelul global ECMWF-European Center for Medium Range Weather Forecasting este un model global dezvoltat și rulat de Centrul European de prognoză pentru un interval de timp mediu (până la doua săptămâni). Acest model poate fi rulat și ca un model pe arie limitată. Centrul European de Prognoza Vremii pe Termen Mediu este rezultatul unei experiențe de peste 100 de ani de cercetare șe dezvoltare în prognoza numerică a vremii. Aceasta perioadă lungă de cercetare a avut drept consecință îmbunătățirea calității prognozei vremii.

• Modelul global ARPEGE a fost dezvoltat în Franța de către serviciul Meteo France. Începând cu anul 1997 modelul operațional din cadrul Meteo France este T149, o versiune a sistemului IFS/ARPEGE care are 27 de niveluri verticale și factorul de întindere de 3,5. Aceasta înseamnă o rezoluție maximă în zona Franței de aproximativ 25 km. Analiza operațională este de tip 3D-Var pentru sistemul IFS/ARPEGE. Pentru partea experimentală poate fi folosit și sistemul de asimilare de date de tip 4D-Var.

-Modelul nehidrostatic COSMO – Consortium for Small Scale Modelling a fost dezvoltat iniţial la Deutscher Wetterdienst (DWD), dezvoltările ulterioare fiind realizate în cadrul consorţiului COSMO şi a fost orientat către aplicaţii la scări mezo- γ şi mezo-β , unde efectele nehidrostatice încep să joace un rol esenţial în evoluţia mişcărilor atmosferice. Modelul COSMO este un model atmosferic de prognoză pe arie limitată bazat pe setul complet de ecuaţii nehidrostatice, compresibile, în formă advectivă.

-Modelul ALARO este un model conceput să fie integrat la rezoluții mai fine (în jur de 5 km), conținând parametrizări fizice mai complexe, îndeosebi a proceselor atmosferice umede, păstrând un raport calitate/timp de calcul eficient. Costul de calcul al acestui model este însă prohibitiv pentru serviciile meteorologice mai mici. Astfel, în cadrul Administrației Naționale de Meteorologie, acest model a fost implementat din 2010, în regim operațional, de patru ori pe zi (cu o anticipație de până la 78 de ore), pe un domeniu ce acoperă zona României.

Culoarea codurilor este stabilită în funcție de anumite valori-prag și indică intensitatea fenomenelor, de la cod galben până la cod roșu. Codul roșu se emite atunci când fenomenele avertizate pot pune în pericol viața oamenilor și pot produce pagube materiale mari, iar din cursul anului 2019 populația prezentă într-o astfel de zonă avertizată este anunțată și prin intermediul unui mesaj de alertă pe telefon. Toate avertizările emise se găsesc pe site-ul ANM www.meteoromania.ro, unde se poate găsi și link-ul către cele emise și valabile în toată Europa (www.meteoalarm.eu).