Upalne dni i kilkudniowe fale gorąca są naturalnym elementem codziennych zmian pogody. Coraz częściej jednak, wraz z ocieplaniem się klimatu Ziemi, zdarzają się dni i noce gorętsze niż zwykle. Fale upałów stają się częstsze, intensywniejsze i przewiduje się, że będą trwały dłużej. Nasilenie się tego zjawiska może w przyszłości prowadzić do większej liczby chorób i zgonów, o ile ludzie i społeczności nie będą na nie gotowi.

Im cieplej, tym goręcej

Jedną z konsekwencji wzrostu temperatur w Arktyce jest malejąca różnica temperatur powietrza między masami na północy a tymi, które stale napływają z rejonu równika. Duża różnica temperatur jest potrzebna, by mogły powstać silne prądy powietrza okrążające Ziemię w rejonach podzwrotnikowym i polarnym — prądy strumieniowe. Prądy te płyną z dużą prędkością z zachodu na wschód na wyskości 8-15 km, a ich cechą charakterystyczną jest meandrowanie. Jednak, kiedy napędzająca je różnica temperatur maleje, zwalnia prędkość wiatru, a głębokie zakola w wijącej się linii prądu ekstremalnie się pogłębiają. Właśnie w te zakola napływają 'języki' niezwykle gorącego powietrza z rejonów okołorównikowych. Wydłuża się też czas przebywania mas powietrza w jednym miejscu. Tak powstaje anomalia pogodowa znana nam jako fala upałów.

Fale upałów występują na obu półkulach i oddziałują na życie na lądzie i w wodzie. Lądowe fale upałów zaczynają się od wysokiego ciśnienia atmosferycznego nad danym obszarem. Tworzy je opadająca kolumna powietrza, które kompresuje się, nagrzewa i często wysycha. Takie powietrze działa jak kopuła cieplna, zatrzymując utajone ciepło już pochłonięte przez elementy krajobrazu. System wysokiego ciśnienia wypycha również chłodniejsze, szybko poruszające się prądy powietrza i odpycha chmury, co daje słońcu niezakłócony niczym dostęp do powierzchni Ziemi.

Kiedy pogoda staje się groźna?

Ekstremalne upały mogą nie wydawać się tak dramatyczne jak huragany czy powodzie, jednak uznawane są za najgroźniejsze dla życia zjawisko pogodowe. Fale upałów są szkodliwe dla wszystkich żywych stworzeń (a więc także dla człowieka), zwłaszcza gdy towarzyszy im zanieczyszczenie atmosferyczne. Stanowią zagrożenie dla zdrowia osób najbardziej narażonych, takich jak osoby starsze (75+) i bardzo małe dzieci, które nie wykształciły jeszcze mechanizmów termoregulacji, a także osoby z chorobami układów krążenia i oddechowego. Mogą wpływać na sektory: transportu, rolnictwa i energetyki oraz związaną z nimi infrastrukturę. 

Kiedy to, czego doświadczamy to fala upałów, a nie zwykły upał? Z falą upałów mamy do czynienia wtedy, gdy temperatura maksymalna i minimalna w danym miejscu jest niezwykle wysoka w ciągu (przynajmniej) trzech kolejnych dób. Żeby stwierdzić jej występowanie, pozyskane obserwacje należy odnieść do danych dokumentujących przeszłą pogodę w danej lokalizacji, odnosząc je szczególnie do dni gorących w latach wcześniejszych, a także do temperatur obserwowanych w ciągu ostatnich 30 dni.

Aby zidentyfikować falę upałów, potrzeba czegoś więcej niż tylko wysokiej dziennej maksymalnej temperatury, chodzi bowiem o to, jak bardzo otoczenie schładza się w ciągu nocy. Gorące dni bez gorących nocy to okres, w którym część ciepła jest nocą oddawana do atmosfery. Jednak, jeśli temperatura nocą pozostanie wysoka — wyższa niż zwykle — następnego dnia maksimum jest osiągane wcześniej i trwa dłużej. Gdy niezwykle wysokie temperatury utrzymują się w ciągu dnia i w nocy, stres cieplny staje się krytycznym czynnikiem wpływającym na nasze zdrowie i prawidłowe funkcjonowanie infrastruktury.

Bezpośredni impakt 

Fale upałów charakteryzują się gwałtownym wzrostem temperatury, tymczasem nasze ciało potrzebuje około 7 do 10 dni, aby się przystosować do zmienionych warunków zewnętrznych. Chociaż ciało ma zdolność aklimatyzacji do wyższej temperatury, to przy nagłej fali upałów, zwiększa się ryzyko odwodnienia, wyczerpania cieplnego, a nawet udaru. Objawy wskazujące na wyczerpanie cieplne, to: obfite pocenie, uczucie słabości, skurcze mięśni. ból głowy, nudności, wymioty. odwodnienie lekkiego stopnia, splątanie, zawroty głowy, omdlenie. Najniebezpieczniejszą dla życia postacią przegrzania jest udar cieplny. Typowymi objawymi udaru są ból głowy, splątanie i zmęczenie, a objawami późnymi, sygnalizującymi poważne zagrożenie życia są ustanie pocenia się i sucha skóra. W każdym przypadku przegrzania konieczne jest schłodzenie, odpoczynek w zacienionym środowisku i nawodnienie organizmu; w przypadku objawów udaru należy niezwłocznie powiadomić lekarza.

Przewiduje się, że jedną z konsekwencji zmiany klimatu będzie zmiana wzorca długości fali upałów. Projekcje te są szczególnie niepokojące dla zdrowia i życia organizmów stałocieplnych, takich jak nasze. Normalna dla człowieka temperatura głęboka ciała wynosi około 37°C. Oznacza to, że ludzki organizm najlepiej funkcjonuje w określonym zakresie temperatury, optymalnym dla reakcji enzymatycznych i procesów metabolicznych. Kiedy temperatura ciała gwałtownie odbiega od tego zakresu w jednym lub drugim kierunku, jest to niezwykle niebezpieczne i może nawet doprowadzić do śmierci. W związku z tym, a także wobec możliwej perpektywy nienormalnie wysokich temperatur utrzymujących się przez 5 dni i dłużej, działanie mechanizmu adaptacyjnego pośredniczącego w zdolności do termoregulacji i aklimatyzacji może w przyszłości okazać się przeciwadaptacyjne. Nakłada to na nas już dzisiaj obowiązek wypracowania efektywnych strategii ochronnych i zrobienia wszystkiego co możliwe, żeby ograniczyć emisje gazów cieplarnianych i dalsze ocieplanie Ziemi..

Fale upałów stają się coraz bardziej dotkliwe na całym świecie. Fala, która przeszła przez Europę w 2003 roku zabiła 70 000 osób. W „Extreme Heat Events”, publikacji Price-Waterhouse Cooper (2009), znalazła się teza, że fale upałów przynoszą więcej ofiar, niż jakakolwiek inna katastrofa naturalna. Czytamy: "zgony w wyniku fal upałów otrzymują znacznie mniej uwagi publicznej niż cyklony, powodzie czy pożary buszu — są prywatne, ciche, i tylko wtedy poruszają media, gdy kostnice zgłaszają przepełnienie lub zawodzi infrastruktura.”. Choćby z tego powodu falom upałów należy się nasza uwaga. Powinniśmy poznać mechanizmy ich działania, a potem upowszechniać tę wiedzę zwiększając zdolność adaptacyjną osób fizycznych i społeczeństw.

Zjawiska złożone

Fale upałów należą do ekstremalnych zjawisk pogodowych wywołanych rozregulowaniem systemu klimatycznego Ziemi. Opisując sprzężenia zwrotne w systemie klimatycznym, Trzeci Raport Oceniający IPCC (TAR, 2001) podał jako przykład sprzężenia dodatniego właśnie fale upałów oraz susze. Podczas upałów nie ma deszczu, a gleba wysycha. To dodatkowo zwiększa wzrost temperatury fali upałów i w ten sposób zjawiska te wzajemnie się potęgują. Ponieważ dotkliwość wpływu fal upałów i susz na produkcję roślinną wzrosła w przybliżeniu trzykrotnie w ciągu ostatnich 50 lat, trwają intensywne poszukiwania rozwiązań, zwiększających wytrzymałość roślin i gleby. Jednym z kierunków działań jest zwiększanie szans przetrwania upraw przy pomocy technik modyfikacji genetycznej roślin. Coraz częściej też stosuje się zintegrowane rozwiązania oparte na naturze. Zrozumienie, w jaki sposób rośliny regulują swoją reakcję na stres cieplny, podpowiada sposoby, dzięki którym można wzmacniać te procesy. Co ciekawe, wysuszone gleby mają podczas fali upałów nieoczekiwaną cechę: zmniejszają wilgotność powietrza i sprawiają, że fala upałów jest mniej śmiertelna dla ludzi.

Inaczej problem fal upałów wygląda w przypadku mieszkańców dużych terenów miejskich. Temperatury powietrza na powierzchni są tu często wyższe niż na otaczających je obszarach wiejskich z wielu powodów, w tym, skoncentrowanego uwalniania ciepła z budynków, pojazdów i przemysłu. Oczekuje się, że efekt miejskiej wyspy ciepła ulegnie wzmocnieniu w przyszłości wraz ze zmianą i rozbudową infrastruktury, zasięgu przestrzennego i gęstości zaludnienia obszarów miejskich. Dziś już rozumiemy, że dobrze zaprojektowane miasta, kultywując zieleń miejską, zatrzymując wodę opadową, a nawet stosując jasne czyli odbijające promieniowanie słoneczne powierzchnie dachów, mogą nie tylko złagodzić fale upałów, ale także wpłynąć hamująco na ich występowanie. Miasta, z ich infrastrukturą i kapitałem społecznym, mają relatywnie największą zdolność adaptacyjną i dlatego mogą stosować zintegrowane podejście do adaptacji, jednocześnie chroniąc swoich mieszkańców i spowalniając zmianę klimatu.

Wczesne ostrzeganie 

Wiemy, że wraz z postępującym globalnym ociepleniem, intensywne fale upałów staną się bardziej powszechne. Mając to na względzie, możemy podjąć kroki, aby uczynić nasze miasta, domy, przedsiębiorstwa, infrastrukturę, naszych współobywateli i nas samych bardziej odpornymi. Centralnym elementem tych wysiłków powinno być opracowanie ram dla prognozowania współczynnika nadmiernego ciepła, które uwzględnią lokalne różnice w warunkach i doświadczeniach związanych z upałem. Dzięki wczesnemu ostrzeganiu oraz inteligentnemu wykorzystaniu mediów konwencjonalnych i społecznościowych, także służby ratunkowe, pracownicy socjalni i służby zdrowia, rodziny i opiekunowie będą w znacznie lepszej sytuacji, aby móc reagować.