I. Globális melegedés: tények

Évtizedeken át sok vita folyt arról, hogy emelkedik-e a légkör felszín közeli hőmérséklete vagy sem. Ha igen, van-e ehhez köze az ember fokozott jelenlétének, a népesség nagyarányú növekedésének, az egyre fokozódó iparosodásnak, s annak, hogy a légkörbe egyre nagyobb mennyiségben jutnak légszennyező anyagok? Az 1. ábrát szemlélve nehéz vitatni az elmúlt 140 év hőmérsékleti anomáliáiban fellelhető emelkedő trendet. Az ábrán az 1961-90 közötti harmincéves időszak átlagától vett eltéréseket mutatjuk be. A közel másfél évszázados időszak alatt a hőmérsékleti görbe csak az elmúlt évtizedekben emelkedett az átlagérték fölé, ami arra utal, hogy nem egyszerű klímaingadozásról vagy természetes változékonyságról van szó. A szárazföldi és óceáni mérések alapján a Föld felszín közeli léghőmérséklete 0,6-0,8°C-kal emelkedett az elmúlt másfél évszázadban.
 
Ez a melegedés sem időben, sem térben nem volt egyenletes a Földön. A 2. és 3. ábrán egy-egy térképet láthatunk, melyek a teljes 20. századra (2. ábra), illetve annak utolsó negyedére (3. ábra) mutatják a hőmérsékleti trendeket. A rácspontokra helyezett piros, illetve kék színű, különböző méretű körök rendre a melegedő, illetve a hűlő évtizedes trendeket jelzik. A 20. században Grönland és a Himalája térségét kivéve mindenütt kis mértékű emelkedő trend érvényesült. Szembetűnő az 1976-2000-es időszakban a melegedő tendencia fokozódása. Mindkét bemutatott illusztráció a globális melegedés intenzívebbé válását jelzi az utolsó két-három évtizedben.
 
Ezekkel a változásokkal összhangban vannak azok a megfigyelések, melyek szerint a magashegyi gleccserek visszahúzódnak (4. ábra). A tavaszi hóolvadás időpontja, valamint a folyók és tavak jegének megolvadása világszerte néhány nappal korábbra tevődött. Amerikai és orosz tengeralattjárók megfigyelései alapján az 1970-es évek óta az Északi-sark központi régiójában jelentős mértékben elvékonyodott a jégtakaró. Műholdas mérések szerint a teljes északi-sarki régióban a jégtakaró kiterjedése nyáron 10-15%-kal lecsökkent. A globális kontinentális jégtakaró 10%-kal csökkent az elmúlt néhány évtizedben.
 
A légköri cirkuláció áramlásainál is megfigyelhetők változások: a Csendes-óceán vidékén gyengült, esetenként időszakosan széthullott a passzát szélrendszer, valamint mindkét féltekén a 60-70° földrajzi szélességek közelében a téli nyugatias áramlás uralkodóvá vált, megerősödött.
 
Megfigyelések szerint a mérsékelt övben a vegetációs időszak megnövekedett, a növények virágzása korábbra tolódott, a költöző madarak korábban érkeznek. Számos növényfaj, valamint rovarok, madarak és halak élőhelye magasabb földrajzi szélességekre tolódott el.
 
Ezek a tények meggyőzőek: úgy tűnik, megindult valamilyen változás. Jó lenne tehát tudni, hogy történtek-e már ehhez mérhető változások korábban is? Ha igen, mi következett utánuk? Vajon van okunk megijedni?

II. Klímaváltozások a múltban

Politikusok és környezetvédők általában klímaváltozás alatt az antropogén eredetű globális melegedést értik - míg mi, meteorológusok, a természetes és antropogén eredetű éghajlatváltozások együttesét. Az éghajlat a földtörténeti korok során, majd - közeledve a jelenhez - az emberiség története során is mind térben, mind időben állandóan változott.

Az elmúlt egy-két évszázad változásairól a meteorológiai mérőhálózatok segítségével pontos információink vannak, de hogyan tudunk következtetni az ezt megelőző időszakok éghajlatára? Számos lehetőség van a rendszeres műszeres méréseket megelőző időszakot jellemző ún. proxy adatsorok összeállítására. Az elmúlt néhány évszázad éghajlatára történeti feljegyzésekből, fák évgyűrűiből következtethetünk. A távolabbi, történelem előtti időszakokról üledékes rétegelemzéssel, koralltelepek szerkezetének tanulmányozásával, vagy jégtakaróból vett furatminták vizsgálatával tájékozódhatunk. Fúrt jégmintákat általában magashegységi gleccserekből és a sarkvidéki területek vastag jégrétegeiből vesznek. Az 5. ábrán az Antarktisz jegére épült Dome C kutatóállomást láthatjuk. A furatelemzés során az elmúlt idők légköri összetételére a lehullott hópelyhek közé szorult légbuborékok analízisével következtetünk (6. ábra). Az oxigén izotópok koncentráció-arányából rekonstruálhatók az elmúlt idők hőmérsékleti viszonyai. Egyedül ezek a direkt források állnak rendelkezésünkre, s egyben ezek kínálják a legjobb idősorokat a légkör összetételéről és az éghajlati paraméterekről. A jégminták még az áramlási viszonyokról is rendelkeznek információkkal az ide fújt por-, tengeri só-, pollen- és vulkanikus hamurészecskék révén. A leghosszabb éghajlati minták az Antarktiszt borító, több kilométer vastagságú jégpáncélból kerülnek ki. Az eddigi rekord hosszúságú jégfuratminta hossza több mint 3000 méter, 2004 elején kezdték meg európai klimatológusok és geofizikusok részletes elemzését. Becslések szerint e minta alapján az elmúlt 740 000 év éghajlatáról kapunk majd sok-sok új információt.

Példaként nézzük egy régebbi, de már feldolgozott furat alapján az elmúlt 425 ezer év hőmérsékletének és szén-dioxid koncentrációjának történetét a Déli-sark közelében lévő Vosztok állomás jégmintája alapján. A pleisztocén kori eljegesedések során a meleg és hideg fázis közötti hőingás a sarkok közelében nagyobb volt, mint a közepes földrajzi szélességeken. Az animációból látható, hogy a meleg csúcsok egymástól megközelítőleg 100 ezer évnyire voltak, s a periódusok hőmérsékleti ingása a Déli-sark térségében elérte a 10°C-ot.

Animáció: Az elmúlt 425 ezer év eljegesedési periódusai: a hőmérséklet és szén-dioxid koncentráció változásai

A Vosztok állomás nevezetes jégfuratmintájának fontos új információja volt, hogy a glaciálisok/interglaciálisok során teljesen együtt változott a hőmérséklet, a szén-dioxid- és a metánkoncentráció. Jelenlegi ismereteink szerint az eljegesedési ciklusok a Földpálya-elemek periodikus változásainak következtében alakulnak ki, mivel azok befolyásolják a Földfelszínre érkező napsugárzás évszakos eloszlását. Érdekes megfigyelni, hogy míg a besugárzás csökkenése és növekedése értelemszerűen fokozatosan történik, addig az erre adott légköri válasz (a melegedési és hűlési folyamat) nem szimmetrikus: a hűlés 80-90 ezer évig tart, s a melegedés ennek gyakran még egy tizedéig sem. A múltban is volt már példa hihetetlenül gyors melegedésre, s ezek mind pontosabb tanulmányozása talán segíthet megérteni a jelenkori éghajlatváltozások fizikai hátterét.
 
A legutolsó eljegesedés idején a kontinensek közel egyharmadát gleccserek fedték, melyek lenyúltak egészen New York-ig. Ez az óriási tömegű jég lecsökkentette az óceánok vízmennyiségét, s így a vízszint több mint 100 méterrel alacsonyabb volt a jelenleginél. Ennek eredményeképpen egy szárazföldi híd kötötte össze Szibériát Alaszkával lehetővé téve a kontinensek közötti közlekedést.

A múltban az eljegesedési időszakok idején a jelenleginél akár 6-8°C-kal hidegebb klíma uralkodott. Az elmúlt 425 ezer évben a mainál jelentősen melegebb éghajlati viszonyok nem fordultak elő.

III. A klímaváltozások természetes és antropogén okai

Az éghajlat változásának természetes, illetve az emberi tevékenységből adódó okai is vannak. Mint látni fogjuk, az antropogén eredetű változás esélye nagymértékben növekedett az elmúlt évtizedekben. Vegyük sorra az éghajlat megváltozása irányába ható legfontosabb tényezőket.

1. A szén-dioxid és egyéb üvegházhatású gázok koncentrációjának változása
Számos természetes és antropogén eredetű gáz hozzájárul az üvegházhatáshoz, mely melegíti a Föld felszín közeli légrétegeit. Ezek közül a gázok közül a legjelentősebbek a vízgőz, a szén-dioxid, a metán, a dinitrogén-oxid, az ózon és a halogénezett szénhidrogének (freonok) (7. ábra). Ha a földi légkörnek nem lenne természetes üvegházhatása, akkor a felszín közeli léghőmérséklet 33°C-kal lenne alacsonyabb. A legnagyobb hozzájárulása a természetes üvegházhatáshoz a vízgőznek (20,6°C) és a szén-dioxidnak (7,2°C) van.

Az antropogén eredetű globális melegedésben a legjelentősebb szerep a szén-dioxidnak jut, amely a teljes hatás mintegy 55%-áért felelős (8. ábra).

2. Az emberi tevékenység és az üvegházgázok

Változott-e kimutatható mértékben az üvegházhatású gázok légköri koncentrációja az elmúlt két évszázad során? A válasz egyértelmű igen, a 9. ábrán a szén-dioxid, a metán, a dinitrogén-oxid és a freonok koncentrációváltozásait kísérhetjük figyelemmel az elmúlt kétszáz évben. Mindegyiknél jelentős mértékű, a 20. század második felében pedig gyorsuló növekedést láthatunk. Szembetűnő, hogy freonok természetes állapotban nem voltak jelen a légkörben, kimutatható mennyiségben csak az 1950-es években jelentek meg az ipari tevékenység következtében.

Mik az antropogén eredetű metán- és szén-dioxid kibocsátás forrásai? A 10. ábra mutatja, hogy az antropogén eredetű szén-dioxid kibocsátás közel fele (46%) az erőművek és finomítók révén jut a légkörbe. Az erdők irtása (23%), a cementgyártás (12%), a gázgyártás (9%) szintén jelentős mértékben hozzájárul a légköri szén-dioxid megnövekedett mennyiségéhez. A metánemisszió komponensei között az ipari forrásokon (bányászat, 25%) túl jelentős szerephez jut a mezőgazdaság (11. ábra). Míg az állattenyésztés 28%-kal, addig a rizstermesztés és a szántóföldek feltörése 15%, illetve 7%-kal növeli a légköri metánkoncentrációt.

3. Az óceán cirkulációja

Az óceánok közvetlen hatása az éghajlatra abból származik, hogy a légköri cirkuláció és az óceán áramlásai hőt szállítanak a trópusi zónából a sarkok felé. Ezeket az áramlási rendszereket nagyon sok folyamat befolyásolja és módosítja regionális és globális skálán. Az óceán-légkör kölcsönhatás olyan jelenségeket is létrehozhat, mint például az El Nino, mely 2-6 évente újra és újra megjelenik a Csendes-óceán trópusi területein.

Az óceánok az üvegházgázokra is hatást gyakorolnak, fontos szerepük van a légköri szén-dioxid-koncentráció kialakításában. A légköri szén-dioxid és az óceán felszíni vizeiben oldott szén-dioxid között hosszabb időszakot tekintve egyensúly van. Az óceánban lejátszódó cirkulációs, kémiai s biológiai folyamatok az egyensúly kismértékű eltolódása révén a szén-dioxid légköri mennyiségének módosításával az éghajlat lassú változását eredményezhetik.

4. Vulkáni tevékenység

Vulkánkitörések alkalmával több ezer km3 mennyiségű anyag lökődik fel a légkörbe, melynek nagy része néhány napon belül leülepszik, vagy esőzések révén kimosódik a légkörből. A kis átmérőjű részecskék (szulfát-aeroszolok) nagyobb, robbanás erejű vulkánkitörések alkalmával feljutnak az alsó sztratoszférába, akár 30 km-es magasságba is. Ezen a szinten már szinte egyáltalán nincs felhő- és csapadékképződés, így akár 1-2 évig is eltarthat, mire ezek a részecskék kikerülnek a légkörből. A vulkánkitörésekből származó részecskéken szóródnak a Napból érkező sugarak, s így megnövelvén a planetáris albedót hűtő hatást fejtenek ki. Például az El Chicon és a Pinatubo vulkánok a kitörések évében (1982, ill. 1991) 0,5-0,7°C-kal csökkentették a globálisan átlagolt felszínhőmérsékletet.

5. A Nap sugárzásának és a Föld orbitális paramétereinek megváltozása

Minthogy a földi energiakészlet forrása a Nap, így annak sugárzásváltozásai lényeges hatással bírnak a földi éghajlatra. Bizonyos kutatók úgy vélekednek, hogy a 20. század első felének melegedése részben magyarázható a Nap sugárzási energiájának időszakos növekedésével. A műszeres mérések megkezdése előtti időszakról nagyon nehéz pontos adatokkal szolgálni a Nap sugárzási energiájáról, mégis kutatási eredmények alapján úgy tűnik, hogy az utolsó egymillió évben a Nap kisugárzott energiája csak nagyon kis mértékben változott.

A Föld pályaparamétereinek kicsi és lassú változása is vezethet klimatológiailag fontos évszakeltolódásokhoz az évezredek során. Éghajlati visszacsatolások erősíthetik ezeket a kis változásokat, s akár jégkorszakokat is eredményezhetnek. Ilyen paraméterek például a Nap körüli ellipszispálya lapultsága, a Föld forgástengelyének dőlésszöge, a forgási szögsebesség módosulása.
 
6. A földhasználat megváltozása

Az emberek a Föld felszínét is átalakítják: erdőből például megművelt szántóföld lesz (mely éves ciklussal jelentős felszíni változásokat mutat); vagy természetes felszínből betonnal, aszfalttal, tetőkkel lefedett városi környezet (12. ábra). Ezek a változások módosítják a lokális/regionális éghajlatot például a városi hősziget-jelenség kialakulása révén.
 


7. Önerősítő és öngyengítő visszacsatolások
 
A globális melegedés folyamatához számos visszacsatolási mechanizmus kapcsolható, melyek közül a három legfontosabb a hó-jég-albedó, a vízgőz és a felhő típusú visszacsatolási mechanizmusok. Közülük talán a legismertebb az önerősítő (pozitív) hó-jég-albedó visszacsatolási mechanizmus. Itt a globális melegedés következtében változik a Föld planetáris albedója. A hó és a jég mennyisége csökken a Földön, így bolygónk a világűr felé kevésbé reflektív, azaz kevesebb energiát ver vissza, viszont ennek következtében a légkör több sugárzási energiát képes elnyelni, s így melegebb lesz a légkör, amely a hó és jég mennyiségének további csökkenését eredményezi. Ez a körfolyamat a kiinduló melegedő hatást felerősíti, ezért hívjuk önerősítő visszacsatolási mechanizmusnak.
 
Kis részecskék (ún. aeroszolok) légkörbe juttatása melegítő és hűtő hatással egyaránt járhat: a világos színű szulfát-aeroszolok a sugárzás nagyobb mértékű szórása miatt hűtő hatásúak, míg a sötét koromszemcsék a napsugárzás nagyobb mértékű elnyelése miatt melegítő hatásúak.
 
Összefoglalóan elmondhatjuk, hogy az alsó légkörben az elmúlt 250 évben bekövetkezett sugárzási viszonyok megváltozásáért számos folyamat felelős, melyeket a 13. ábrán mutatunk be. A legnagyobb hatású, s egyértelműen a globális melegedés irányába mutat ezen összetevők közül az üvegházhatás, pontosabban az üvegházgázok antropogén eredetű koncentrációváltozása. További légkört "melegítő" komponensek: a troposzférikus ózonkoncentráció emelkedése, a fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó aeroszolok mennyiségének növekedése, a repülőgépekből a légkörbe kerülő égéstermékek hatása, valamint a Nap sugárzásának változásai. A sugárzási kényszer megváltozásához sokkal kisebb mértékben járulnak hozzá a légkört "hűtő" folyamatok: a sztratoszférikus ózonkoncentráció csökkenése, a szulfát-aeroszolok és a szerves anyagok égetéséből származó aeroszolok mennyiségének növekedése, valamint a földhasználatban bekövetkezett változások.

IV. Jövőkép: az éghajlat modellezése és a modellezés bizonytalanságai

Az eddigiek során láttuk, hogy az elmúlt két évszázadban az üvegházgázok légköri koncentrációja jelentős mértékben növekedett. Ez értelemszerűen együtt jár a légköri sugárzási viszonyok megváltozásával és az üvegházhatás fokozódásával. E folyamatok sokrétű visszacsatolási mechanizmusokat indítanak el, melyek nehezen modellezhető, nehezen prognosztizálható folyamatláncolatokat vonnak maguk után.

Léteznek-e olyan eszközök, melyekkel e korlátok ellenére megbecsülhetjük 20-50-100 évre előre az éghajlat alakulását? Megmondhatjuk-e egyáltalán, hogy a jövőben tovább melegszik-e éghajlatunk? S ha igen, milyen mértékben?

Az éghajlati rendszer elemei a légkör, az óceán, a talajfelszín, a krioszféra (a tengeri és a szárazföldi jég és hó összessége), valamint a bioszféra (14. ábra). A klímamodellek nem kevesebbre vállalkoznak, mint az éghajlati rendszer folyamatainak, kölcsönhatásainak leírására. Az éghajlati modellek jelentik az egyedüli eszközt, mellyel a jövő klímájára vonatkozó becsléseket készíthetünk. Ezek a földi légkört mint fizikai rendszert matematikai formulákkal írják le. Szimulálják a légkör és az óceánok mozgásait, becslést adnak a hőmérséklet, sűrűség, légnyomás várható alakulására. Leírják a hidrológiai ciklus elemeit, a sarki jégsapkák, gleccserek terjeszkedését, olvadását. Közelítik a felhő- és csapadékképződési folyamatokat.

A modellek lehetőséget adnak a természetes és antropogén okok hatására bekövetkező globális hőmérsékletváltozások külön-külön és együttes szimulálására. A 15-17. ábrasor az 1860-2000-es időszakra vonatkozóan mutatja e három modellezés eredményeinek (szürke görbék) a mérési adatokkal (piros görbék) való összehasonlítását.  Az ábrákról leolvasható, hogy a modellbecslések nem kielégítő pontosságúak abban az esetben, ha csak a természetes (15. ábra) okokat (a Nap sugárzásának változása, vulkáni tevékenység), vagy csak az antropogén (16. ábra) okokat (üvegházgázok és szulfát-aeroszolok légköri koncentrációjának változása) vesszük figyelembe. Lényegesen jobb egyezést mutat a mérési idősorokkal a két tényező együttes hatását leíró modellezés (17. ábra), mely igazolja azt a feltevést, hogy a természetes és antropogén hatások egyike sem elhanyagolható a jövőt szimuláló klímamodellekben.

 

Az éghajlati forgatókönyvek

Miért beszélünk éghajlati forgatókönyvekről előrejelzések helyett? Ahhoz, hogy a modellek bemenő paramétereiként megadhassuk 50-100 évre előre az üvegházgázok emissziójának, illetve koncentrációjának értékeit, ismernünk kellene a gazdasági és társadalmi folyamatok jövőbeni alakulását (mint például a népesség változása, a globalizációs folyamat térhódítása és sebessége, a megújuló energiahordozók, illetve a környezetkímélő technológiák elterjedése, a globális és regionális gazdaságpolitika iránya, a nemzetgazdaságok regionális fejlődési tendenciái, területi és elemenkénti emisszió-értékek stb.). Ám ilyen nagy időtávra előre ezeket a folyamatokat nem ismerhetjük. Ezért csak éghajlati forgatókönyvekben, ún. klímaszcenáriókban gondolkodhatunk, azaz "ha..., akkor..." jellegű folyamatokban.

Az éghajlatkutató közösség éghajlati helyzetértékelését tartalmazó, öt-hat évenként megjelenő ún. IPCC jelentés négy alapszcenárióját szemléleteti az alábbi táblázat. Láthatjuk, hogy a négy forgatókönyv eltér egymástól. Az A1, B1 és A2, B2 szcenáriópárok a globalizációs folyamatok felgyorsulása, illetve a régiónkénti fejlődés alapján prognosztizálják a jövőt. Az A1, A2 szcenáriók esetén a gyors gazdasági fejlődésé, míg a B1, B2 esetben a környezettudatos technológiai fejlesztéseké a prioritás. Ezek tükrében az emissziók (s egyben a klímaváltozás mértéke) szempontjából az A1 a legoptimistább és a B2 a legpesszimistább forgatókönyv.

A1 nagyon gyors gazdasági növekedés a népesség növekedése a 21. sz. közepéig, utána csökkenés új és hatékony technológiák gyors megjelenése, elterjedése az egyes régiók közötti kiegyenlítődés fokozott kulturális és társadalmi impulzusok a regionális jövedelemkülönbségek csökkenése	A2 heterogén fejlődési séma a helyi önkormányzatok, önszerveződések hangsúlyosabb működése folyamatosan növekvő népesség divergens regionális gazdasági fejlődés lassú és területileg nem egyenletes technológiai fejlődés
B1 kiegyenlítődő gazdasági fejlődés az A1-hez hasonló népességváltozások a gazdasági szerkezet gyors eltolódása a szolgáltatási és információs ágazatok felé környezetbarát és energiahatékony technológiák bevezetése a gazdasági, társadalmi és környezeti problémákra globális megoldások kidolgozása	B2 a gazdasági, társadalmi és környezeti problémák lokális szintű kezelése folyamatosan növekvő globális népességváltozás közepes mértékű gazdasági fejlődés az A1-hez és a B1-hez képest lassabb és sokoldalúbb fejlődés

A fenti négy alapszcenárión belül 19 kiinduló forgatókönyv áll rendelkezésre, melyek a gazdaság leendő állapotát, a szennyezőanyag-kibocsátás globális mértékét és összetételét írják le. A nyolc éghajlati világközpontban közel húsz, hatalmas számítógépes kapacitást igénylő globális modell képes becsülni a jövőbeni klíma alakulását. Ezek a globális éghajlati modellek általában 2050-ig, illetve 2100-ig becsülik meg az éghajlati paraméterek globálisan várható alakulását. Tesztfuttatások igazolják, hogy ha a szcenáriók alapadatait kellő pontossággal meg tudnánk adni, akkor a modellek képesek lennének a jövő klímáját többé-kevésbé jól leírni.
A 18. ábra közli a mérési adatok alapján számított globális átlaghőmérsékletek megváltozását az elmúlt több mint két évszázadra (1770-1991), valamint bemutatja a 21. századra vonatkozó modellbecsléseket.

A különböző szcenáriók és modellek eredményeit más-más szín jelöli. A becslések bizonytalanságát a jobb oldalon jelzett intervallumok mutatják. A modellek szerint a földi átlaghőmérséklet 2100-ra előreláthatóan 1,4-5,8°C-kal növekedne. Az éghajlati rendszer bonyolultsága miatt ugyanakkor a bizonytalanság elég nagy.

A továbbiakban bemutatjuk néhány szimuláció eredményét, mindig ügyelve arra, hogy vagy nagyszámú modell kiátlagolt (simított) eredményeit, vagy egy nem szélsőséges szcenárió becslését adjuk közre.
A következő animáció az átlaghőmérsékletek szimulált megváltozásának 110 éves térképsorát pergeti le szemünk előtt. Látszik, hogy a melegedés mértéke a Föld felszínén nem egyenletes, különösen nagy a magas földrajzi szélességeken, s szinte nincs változás az Észak-Atlantikum térségében.
Animáció:  A globális hőmérsékletváltozás szimulációja (1990-2100)

McBean és Zwiers kanadai tudósok legújabb (2003) eredményei alapján az északi félgömbön a század végére a légköri cirkuláció jelentős mértékű átrendeződése várható. Az összes ciklonok száma lecsökken, míg ezzel egy időben jelentősen emelkedik a nagy erejű ciklonok évi száma (19. ábra).

A hőmérséklet megváltozásához hasonló egyenetlen területi eloszlást kapunk, ha a globális éves csapadékmennyiségek 2100-ra modellezett értékeit elemezzük (20. ábra). Az éves csapadékösszeg általánosan nő a Földön a 21. században. A növekedés a magasabb földrajzi szélességeken és az Egyenlítő körzetében a legintenzívebb. A mérsékeltövi zónában régiónként kisebb csökkenést találunk. Az egész Földön a legnagyobb mértékű csapadékcsökkenés a Földközi-tenger körzetében várható, mely területhez a térkép szerint még a Kárpát-medence is hozzátartozik.
Regionális modellek

Ezeket az eredményeket nem tudjuk közvetlenül Magyarország területére értelmezni, mivel e modellek "felbontása" általában nem kisebb 250 kilométernél. Ez azt jelenti, hogy az egész országra 2-3 rácspont esik. Ebből pontos információkat nem kaphatunk, ezért regionalizációs eljárások alkalmazására van szükség. A globális modellek eredményeit felhasználó ún. beágyazott modellek képesek a nagyskálájú változásokat területileg finomabb rácsra lebontani. A regionális modellek felbontása 20-40 km is lehet, mely már kisebb régiók pontos leírását is lehetővé teszi. A hamburgi Max Planck Intézetben és az angliai Hadley Központban kifejlesztett modellek alkalmasak lehetnek a Kárpát-medence 21. század végére várható éghajlatának becslésére.

Már megindultak a hazai kísérletek a beágyazott leskálázó modellekkel az Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszékén és az Országos Meteorológiai Szolgálatnál. Eddigi vizsgálataink alapján a Sió-Balaton vízgyűjtő területe, illetve az Alföld a leginkább veszélyeztetett a klímaváltozások szempontjából. Nem a nagymértékű változás, inkább a szélsőségesebbé váló éghajlat fenyeget elsősorban: a sekélyvizű Balaton vízháztartási egyensúlya könnyen felborul, és ekkor a vízszint jelentősen csökkenhet. Az Alföld vízellátottsága eddig is az alsó határon volt. Ha itt még további eltolódás következik be a félszáraz, mediterrán jellegű klíma irányába, akkor a mezőgazdaság nagyon komoly problémákkal kerülhet szembe.

Korlátok, bizonytalanságok

Ahogy már említettem, a világ nyolc legnagyobb nemzeti kutatóközpontjában közel húsz globális éghajlati modell képes megközelítőleg jó fizikai közelítést adni a légköri és az óceáni folyamatokra különböző jövőbeli emissziós szcenáriókból kiindulva. Értelemszerűen ezen modellek csak hipotetikus éghajlatokat jelezhetnek előre. Éghajlati kísérleti laboratóriumok nem létezhetnek, így az eredmények kontrollálására sincs lehetőség. További probléma, hogy a modellekben rejlő bizonytalanságok nehezen számszerűsíthetők. Alább felsorolunk néhány tényezőt, melyek növelik e modellek pontatlanságát, s melyek óvatosságra intenek az eredmények közvetlen és feltétel nélküli interpretálásával kapcsolatban:

1. minden modell egyszerűsítés, csak a valóság egy részét írja le;
2. a modellek térbeli felbontása nem elegendő;
3. a domborzati adatok nem adják meg a felszínt elég pontosan;
4. a mérési adataink térben nem adnak elég sűrű lefedettséget;
5. sem a modell határfeltételei, sem a bemenő paraméterei nem adhatók meg pontosan.

V. Extrém események

Gyakoribbá válnak-e a globális melegedéssel a szélsőséges éghajlati események?

A globális melegedés folyamata elméletileg három séma szerint történhet, ezt szemlélteti az alábbi animáció.
Animáció: A hőmérséklet átlagának és változékonyságának növekedése

1. Az átlaghőmérséklet eltolódásával a szokásosnál melegebb időszakok gyakorisága megnövekedik, míg a hűvösebb időszakok aránya csökken.
2. A változékonyság nő, az átlagérték nem változik. Ekkor szimmetrikusan mind a meleg/hideg időszakok, mind a rekord melegek/rekord hidegek gyakorisága növekszik.
3. A hőmérsékleti átlagértékek és változékonyságok együttes növekedése esetén jelentős mértékben nő a meleg, illetve rekord meleg időszakok gyakorisága, míg a hideg eseményeké arányosan lecsökken.

Vajon a fenti sémák közül melyik jellemzi a 20-21. századi klímaváltozásokat?

Szinte minden héten hallunk a rádióban, televízióban óriási árvizekről, földcsuszamlásokról vagy nagy erejű tornádók, illetve hurrikánok pusztításairól. Úgy tűnik, mintha gyakoribbak lennének a szélsőséges éghajlati események, az ún. klímakatasztrófák, mint korábban. Az éghajlati katasztrófák okozta károk egyértelmű növekedése figyelhető meg a 20. század során (21. ábra).

Vajon csak látszat ez a növekedés, vagy van valóságalapja? Esetleg csak annak a következménye, hogy egyre sűrűbben lakott a Föld, s egyre drágábbak a klímakatasztrófák során megsemmisült ingatlanok és más vagyontárgyak? Ezeknek a kérdéseknek a megválaszolásához objektíven mérhető mutatókra van szükség.

Ha az átlaghőmérsékletek eltolódása hatással van az emberi társadalmakra és a különböző ökoszisztémákra, akkor az extrémértékek megváltozásának értelemszerűen akár hatványozott következményei is lehetnek ezekre a rendszerekre. Ennek jegyében szerte a világon számos nagyobb térségre vonatkozó klíma-extrém vizsgálat indult, melyek egy széleskörű nemzetközi összefogáshoz vezettek. 1997. június 3-6. között került sor az amerikai Észak-Karolina állambeli Asheville-ben az Éghajlati extrémumok indexei és indikátorai című munkakonferenciára, melynek fő céljai között szerepelt annak meghatározása, hogy milyen egységes adatbázis és milyen extrémindexek lennének a legalkalmasabbak az éghajlati szélsőségek változékonyságának vagy esetleges nagytérségű tendenciáinak vizsgálatára.
Az elemzésekhez 15 hőmérsékleti és 12 csapadékindexet definiáltak, melyeket napi maximum-, minimum- és középhőmérsékleti, valamint napi csapadékösszegek idősorainak segítségével határozhatunk meg. A globális és európai vizsgálatainkhoz 350, illetve 140 állomás adatait, míg a Kárpát-medence extrém csapadék és hőmérsékleti analíziséhez 21 hazai és 10 külföldi állomás idősorait használtuk fel. A 20. század extrém tendenciáinak összehasonlító elemzéséből egy-két példát mutatunk be.
A több mint húsz extrémindex jelentős hányada vagy valamilyen küszöbérték túllépésének a gyakoriságát, vagy valamilyen szint feletti tartózkodás időtartamát elemzi. Az előbbire példák a fagyos napok évi száma, a nyári napok évi száma, a hőségnapok évi száma, a 20 mm-t meghaladó csapadékú napok évi száma stb. Az utóbbiakra pedig a hőhullámok évi összhossza, a vegetációs periódus évi hossza, a száraz időszakok évi összhossza stb.
A hőmérsékleti extrém paraméterek mind földi, mind európai, mind kárpát-medencei térskálán egyöntetű melegedő tendenciát mutatnak a teljes 20. századra vonatkozóan, ami például földi skálán a fagyos napok számának csökkenését (22. ábra), az európai térségben pedig a hőhullámok hosszának növekedését (23. ábra) jelenti.


Annak ellenére, hogy a 20. században a Kárpát-medence régiójában a lehullott évi csapadék mennyisége fokozatosan csökkent (24. ábra), az extrém csapadékok gyakorisága mégis megnövekedett. Jól emlékezünk még az 1998-2002 közötti időszak heves árvizeire (25. ábra). A Kárpát-medencében valóban nagynak számító 20 mm-t meghaladó csapadékú napok száma nagyon jelentősen növekedett az utolsó negyedévszázadban (26. ábra), ami valószínűsíti az extrém csapadékok növekedő gyakoriságát.
 
A 21. századra vonatkozó modellbecslések szintén a 24 órás extrémcsapadékok számottevő gyakoriságnövekedését jelzik, azaz egy-egy szélsőségesen nagy csapadék ún. visszatérési periódusának hossza csökkenni fog (27. ábra).

VI. A hirtelen klímaváltozás lehetőségei

A Földtörténet során már többször is volt arra példa, hogy a Föld nagyobb régiójában gyors lefolyású éghajlatváltozás következett be. A pleisztocén kor legutolsó eljegesedési periódusa becslések szerint 100 000-110 000 éven át tartott. Ennek végén, a melegedési periódust megszakítva ékelődött be a Felső-Dryas hideg időszak, melynek hossza megközelítően 1100-1300 év volt. A Felső-Dryas egy nagyon hirtelen melegedéssel fejeződött be, grönlandi jégfuratminták alapján ennek mértéke meghaladta az évtizedenkénti 5°C-ot. A tudósok feltevése a Felső-Dryas kialakulásáról az, hogy az interglaciális melegedés során Észak-Amerika hirtelen olvadó jégtakarója leállította a Golf-áramlást, ami jelentős lehűlést eredményezett az észak-atlanti térségben. Ennek éghajlati következményeit Eurázsiában számos helyen megtalálták (a skandináv tűlevelű erdőket tundrák váltották fel, a magashegységekben intenzív hófelhalmozódás és gleccserképződés jelentkezett).

Van-e esély napjainkban a Mexikói-öbölből induló s az Atlanti-óceánt átszelő Golf-áramlat gyors leállására? A Golf-áram délnyugatias hőszállítása egyértelműen melegíti (5-7°C-kal) az észak-atlanti térséget, s vele együtt Európát is (lásd az animációt).
Animáció: A Golf-áramlat délnyugatias hőszállítása (modell szimuláció - 2 év)

A Világóceán mélytengeri és felszíni áramlásainak rendszere az ún. óceáni szállítószalag (28. ábra) egyedüli jelentős leáramlási zónája az Atlanti-óceán északi részén található. Az áramlás jellege elsődlegesen termohalin, ami azt jelenti, hogy a hőmérsékleti (termo) és a sótartalombeli (halin) különbségek kiegyenlítődésére irányul. A hidegebb és nagyobb sókoncentrációjú sűrűbb víz lesüllyed az észak-atlanti térségben.

A globális melegedés következtében jelentős mértékben olvadó sarki jég csökkentheti a leáramlás mennyiségét és intenzitását az olvadó jég alacsony sótartalma miatt, ami elméletileg legvégső esetben akár az áramlás leállásához is vezethet. Az elmúlt három évtizedben kimutatható egy kismértékű, s ellenkező előjelű sótartalom-változás a trópusi vizekben és az észak-atlanti térségben (29. ábra).
Valóra válhat-e az ún. Pentagon-jelentésben szereplő hirtelen éghajlatváltozás, vagy akár a Holnapután című filmben megjelenített drámai klímaváltozás?
 
Sem a jelentés, sem a film nem adja tudományos közelítését a problémának. A sajtó félreértette, netán szándékosan félremagyarázta a jelentés megállapításait. A jelentés készítői nem meteorológusok, hanem biztonsági szakemberek, s feladatuk a lehetséges legszélsőségesebb forgatókönyv, s nem a reális jövőkép bemutatása volt. A tanulmány azt állítja, hogy a globális melegedés miatt megváltozhat az óceáni cirkuláció, s a Golf-áramlás hirtelen leállhat. Ennek következtében az európai és az észak-amerikai kontinens erősen lehűl. Mindazonáltal annak ellenére, hogy ezen események bekövetkeztének minimális esélye van, mégsem mondhatjuk, hogy teljességgel lehetetlen.
Az észak-atlanti térség óceáni vízáramlás-erősségének szimulációiból (30. ábra) látható, hogy a modellek egy hányada a 21. század második felétől már a vízáram jelentős csökkenését prognosztizálja. Az ábrából azonban egyértelműen látszik az is, hogy a 21. század végéig egyik modell sem feltételezi a Golf-áram leállását. (Ez a tény természetesen adódhat a modell fizikai korlátaiból is.)

Más kiinduló állapotokból indítva a modellezést, s feltételezve az óceáni szállítószalag felbomlását a 31. ábra térképe az erre az esetre becsült globális hőmérsékletváltozást jelzi. Az északi féltekén egyértelmű hűlés (észak-atlanti maximumértékekkel), a déli féltekén egyértelmű melegedés várható. A globális melegedés epizódjaként bekövetkező időszakos lehűlést követően évek, esetleg évtizedek telhetnek el, míg az óceáni áramlás átrendeződve újraindul.  Ezután a globális melegedés tovább folytatódik mindaddig, míg az antropogén eredetű üvegházgáz-kibocsátás le nem csökken. Az ilyen típusú éghajlati eseményeknek az esélye azonban hihetetlenül kicsi, és semmiképpen sem egyik napról a másikra történnek.

Végezetül tegyük fel a kérdést, hogy mi lehet a társadalom, a politikusok részéről a megfelelő stratégia? Alkalmazkodni a változásokhoz vagy megpróbálni csökkenteni az üvegházhatású gázok kibocsátását? Az önkorlátozás kívánatos, de nem elég hatásos. Egy-egy ország központi erőfeszítései jelentős eredményeket hozhatnak, de a kibocsátást erősen korlátozó nemzetközi egyezményekre és ezek betartására van szükség. Ezzel együtt alkalmazkodnunk kell a változásokhoz, melyekre mindenképp fel kell készülnünk, hiszen az üvegházgázok légköri tartózkodási ideje meglehetősen nagy, s ezért a kisebb koncentrációértékekre való visszatérés időben nagyon elhúzódik.