2017. december 15. péntek
Modellezési háttér

A jövőbeli éghajlatváltozás vizsgálata hasonló tudományos eszközökkel történik, mint az időjárás előrejelzése. Mielőtt belevágunk a klímamodellezés hátterének bemutatásába, definiáljuk az éghajlat fogalmát és azt, hogy miben különbözik az időjárástól. Az időjárás a légkör pillanatnyi állapota vagy annak néhány óra, nap, hét folyamán tanúsított viselkedése; leírása a légköri állapothatározók (hőmérséklet, légnyomás, szélsebesség, stb.) aktuális értékeivel vagy azok megváltozásával történik. Az éghajlati rendszer a légkör, a felszíni és a felszín alatti vizek, a szárazföld, a hó- és jégtakaró és az élővilág kölcsönható együttese (1. ábra). Folyamatai rendkívül széles időskálán [1] zajlanak a komponensek eltérő tulajdonságai miatt. Ezért az éghajlatot a meteorológiai változók hosszabb időszak – általában több évtized – során mutatott statisztikai tulajdonságaival (pl. 30-éves átlaghőmérséklet, szélsőséges állapotok gyakorisága) jellemezzük.

1. ábra 

1. ábra
Az éghajlati rendszer elemei és legfontosabb kölcsönhatásai

Az éghajlati rendszer működését alapvetően a Nap sugárzása, ennek a légkörön való áthaladása (visszaverődése, szóródása, elnyelődése) és a földrajzi eloszlása szabályozza. Az olyan folyamatok, amelyek a sugárzás-átvitel bármely részét befolyásolják, hatással vannak az éghajlatra. Ezek az éghajlatalakító tényezők lehetnek természetes eredetűek, mint például a Föld pályaelemeinek több tíz-százezer éven át ható ciklikus változásai vagy a néhány éves hatást kifejtő vulkántevékenység. Származhatnak azonban antropogén (emberi) tevékenységből is, például üvegház-hatású gázok [2], aeroszol részecskék [3] kibocsátásából. Az antropogén hatás a 19. század második felétől nőtt olyan mértékűre, hogy számottevően módosíthatja az éghajlati folyamatokat.

Az éghajlati rendszer folyamatait kormányzó fizikai törvények felírhatók matematikai egyenletek formájában, amelyek csak numerikus módszerek [4] segítségével oldhatók meg. A teljes földi rendszer viselkedését az egyes (óceáni, légköri, stb.) komponensekre felírt modellek összekapcsolásával létrehozott ún. kapcsolt globális éghajlati modellekkel tudjuk tanulmányozni, melyekben az emberi tevékenység hatását az üvegházgázok légköri koncentrációján keresztül, külső kényszerként veszik figyelembe. A társadalmi-gazdasági változásoknak többféle jövőbeli pályája lehetséges, emiatt az éghajlati szimulációkat a külső kényszer hipotetikus volta miatt nem előrejelzéseknek, hanem projekcióknak nevezzük.

Napjainkra a nagy klímakutató központokban fejlesztett globális éghajlati modellek már képesek megbízhatóan leírni az éghajlati rendszer elemeinek viselkedését a közöttük lévő összetett kölcsönhatásokkal együtt, és jól használhatók az éghajlatváltozás planetáris jellemzőinek [5] vizsgálatára. Mivel rendkívüli számításigényük miatt korlátozottan tudnak információt nyújtani az éghajlatváltozás regionális vonatkozásairól [6], a részletek feltárására ún. regionális éghajlati modelleket használunk, amelyek segítségével egy kiválasztott területen pontosíthatjuk a nagyskálájú globális információkat (2. ábra). Ezek a modellek kevesebb számítógépes kapacitással, és így finomabb felbontáson futtathatók, emiatt kisebb országok kutató-központjai is vállalkozhatnak alkalmazásukra. Az Országos Meteorológiai Szolgálatnál két modellel, az ALADIN-Climate és a REMO regionális klímamodellekkel végzünk kísérleteket a Kárpát-medence jövőbeli éghajlati viszonyainak feltérképezésére.

 2. ábra

2. ábra
Az éghajlat regionális változása az éghajlati rendszert ért külső kényszer hatására

Az éghajlati projekciók többféle bizonytalanságot hordoznak, ami egyfelől a leírni kívánt folyamatok kaotikus jellemzőiből, másfelől a modellek közelítő jellegéből (pl. az alkalmazott numerikus és fizikai parametrizációs módszerekből, az emberi tevékenység leírásából) adódik. Az eredmények interpretációja akkor korrekt, ha a beválásuk valószínűségéről is tartalmaznak információt. Ennek eszköze az ún. ensemble technika, amely több projekció együttes kiértékelését jelenti. A felhasználó ekkor a kapott valószínűségi jellegű információ alapján megalapozottabb döntést tud hozni, mint egyetlen szimuláció eredményének használatával.

A regionális éghajlati modellek az éghajlatváltozás meteorológiai vonatkozásairól adnak információt, ugyanakkor a felkészülés szempontjából különösen fontosak azok a hatások, amelyeket a meteorológiai változások gyakorolhatnak életünkre és környezetünkre (pl. az emberi egészségre, a mezőgazdasági termelésre, az ökológiai élőhelyekre). Ezek felderítéséhez számszerű hatásvizsgálatok elvégzésére van szükség, amihez a modelleredmények szolgáltatnak részletes, objektív kiindulási adatokat. Az eredmények megfelelő értelmezésében konzultációkkal és továbbképzésekkel támogatjuk mind a felhasználókat, mind a döntéshozókat.



[1] Például míg a légköri vízgőz-tartalom 10 nap alatt kicserélődik, addig a világóceán vizének átkeveredéséhez több száz, esetleg több ezer év szükséges.

[2] Az üvegház-hatású gázok a napsugárzás hatására felmelegített felszín által kibocsátott, valamint a légkör irányából érkező infravörös sugárzást elnyelik, majd minden irányban kisugározzák, melegítve ezáltal a felszínközeli légrétegeket. Ez egy természetes folyamat (enélkül kb. 33 oC-kal lenne alacsonyabb a földi átlaghőmérséklet), amit az emberi tevékenység felerősít.

[3] A sugárzás-átvitelben fontos szerepet játszanak a szilárd és folyékony halmazállapotú aeroszol részecskék, melyek egy része szórja (visszaveri) a beérkező napsugárzást, a légkörre ezáltal hűtő hatást gyakorolva, míg a fényelnyelő tulajdonságú széntartalmú részecskék, melyek a fokozódó nagyvárosi légszennyezés és biomassza-égetés következményeként a szálló por összetételében egyre nagyobb részt képviselnek, melegítik a légkört.

[4] Az egyenletek közelítő megoldására alkalmazott matematikai módszerek, illetve a csak empirikusan leírható fizikai folyamatok figyelembevételére használt ún. parametrizációs módszerek.

[5] Például a sarki jégtakaró, az áramlási viszonyok, a monszunrendszerek változásai.

[6] Térbeli felbontásuk például többnyire 100-500 km, s ezzel a rácstávolsággal nem képesek a regionális klímát alakító kisskálájú folyamatok leírására.

Modellezési háttér