Ugrás a tartalomhoz

Éghajlattan

Dr. Bartholy Judit (2012)

EDUTUS Főiskola

Változó éghajlat

Változó éghajlat

A múltbeli változások vizsgálati módszerei I.

Az elmúlt egy-két évszázad változásairól a meteorológiai mérőhálózatok segítségével pontos információink vannak, de milyen közvetett utakon, ún. „proxy” adatsorok összeállításával szerezhetünk mért éghajlati adatok nélkül információt a régebbi korok klímájáról, azok változásairól? Mint egy titkosírással írt üzenetet, úgy fejthetjük meg, s vonhatunk le következtetéseket a történelem előtti idők, az elmúlt néhány ezer év, illetve az utolsó néhány évszázad éghajlatának alakulásáról. Ezen adatforrások eredete sokféle lehet, mi most csak néhányat mutatunk be közülük:

  • Az ősi barlangrajzokon ábrázolt állatok, növények utalnak a térség faunájára és flórájára, mely információt ad a régi korok klímájáról.

  • Az ún. pollenanalízis a régmúlt időkből származó növényi pollenek elemzésével foglalkozik, ugyanis egyes növények pollenje és ellenálló spórái akár évmilliók után is felismerhetők, s bemutatják a terület növényzetét.

  • Száraz éghajlatra utalnak a talaj kősó- és gipszrétegei, amelyek beltavak, elzáródott tengerrészek kiszáradásával keletkeztek.

  • A paleoklimatológiai célú kormeghatározáshoz az egyik legpontosabb becslést a szénizotópok felhasználásával kaphatjuk. A légköri szén-dioxidban állandó a szén 14-es tömegszámú izotópjának (14C) aránya. Az élő szervezetekbe épülő 14C-izotóp azok pusztulása után csökkenni kezd, aminek mértéke kellő pontossággal számítható. Így lehetséges e módszerrel akár az utolsó 1 millió év fosszíliáinak kormeghatározása.

  • Festmények és egyéb régi műalkotások is segíthetik a klímaváltozások megfigyelését. Például a híres római Trajánusz-oszlop (1.4.1.1.) egy részletének tanulmányozása is segítségünkre lehet elmúlt idők éghajlatának feltárásában.

1.4.1.1. ábra Forrás: Marco Cristofori fotója http://www.gettyimages.com/detail/a0250-000015/Iconica

  • A faragott domborművön a császár által i.sz. 101–106 között építtetett, kőpilléreken álló fahíd látható, mely a Vaskapunál íveli át a Dunát. A híd a történetírás szerint 170 éven keresztül állt a kőfaragás által megmintázott formában. Az elmúlt több mint másfél évezred alatt változott a Duna vízállása és változtak a térség csapadékviszonyai, hiszen a mai klimatikus viszonyok, s a folyón az elmúlt évszázadok során levonuló áradások mellett a híd nem állhatott volna az ábrázolt helyszínen és formában.

  • A fák évgyűrűinek vastagsága, egymástól való távolsága, színe is értékes adatok; a terület évenkénti csapadékviszonyairól árulkodnak.

1.4.1.2. ábra

  • A Kaliforniában élő ún. Sequoia fenyőóriások életkora gyakran meghaladja a 3000 évet.

A múltbeli változások vizsgálati módszerei II.

  • Az eljegesedés, a gleccserek kialakulása és mozgása jelentős és felismerhető nyomot hagy a környezeten, s az alacsony tengerszinti magasságon talált gleccsernyomok hidegebb éghajlatra engednek következtetni. Gleccserek visszahúzódásának mostanában is tanúi lehetünk.

  • A múlt éghajlatát kutató vizsgálatoknak további jó indikátora a sarkokat fedő jégpáncélból vett jégminta.

1.4.2.1. ábra Forrás: Nature 2004.

  • Az 18O-izotóp rétegenként meghatározott koncentrációjából jól következtethetünk az elmúlt korok hőmérsékletének alakulására. E módszer lehetővé teszi akár több százezer éves időszak végigkövetését, de ehhez esetenként több km-es jégfurat elemzése is szükséges lehet. A furatelemzés során az elmúlt idők légköri összetételére a lehullott hópelyhek közé szorult légbuborékok analízisével következtetünk. 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 (1.4.2.2. ábra). Az eddigi rekordhosszúságú jégfuratminta hossza több mint 3000 méter, 2004 elején kezdték meg európai klimatológusok és geofizikusok a részletes elemzést. E minta alapján az elmúlt 740 000 év éghajlatáról kaphatunk információkat.

1.4.2.2. ábra Forrás: Nature 2004.

Az elmúlt idők éghajlata I.

A feldolgozott furat alapján az elmúlt 800 ezer év hőmérsékletének, valamint szén-dioxid és metán koncentrációjának történetét követhetjük nyomon (1.4.3.1. ábra).

1.4.3.1. ábra Forrás: Centre for Ice and Climate, Niels Bohr Institute, Koppenhágai Egyetem

A pleisztocén kori eljegesedések során a meleg és hideg fázis közötti hőingás a sarkok közelében nagyobb volt, mint a közepes földrajzi szélességeken. A grafikonon 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. A jégfurat mintájából jól látszik, hogy a glaciálisok és interglaciálisok során teljesen együtt változott a hőmérséklet-, a szén-dioxid- és a metánkoncentráció. Jelenlegi ismereteink szerint az eljegesedési ciklusok a földpályaelemek 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 múltban az eljegesedési időszakok idején a jelenleginél akár 6–8 °C-kal hidegebb klíma uralkodott. Az elmúlt 800 ezer évben a mainál jelentősen melegebb éghajlati viszonyok nem fordultak elő.

A legutolsó eljegesedés idején a kontinensek közel egyharmadát gleccserek fedték, melyek az Északi-félgömbön lenyúltak Európában egészen a mai Prágáig, illetve Párizsig, Amerikában pedig a mai New York térségéig. Becslések szerint a jégtakaró vastagsága a mai Svédország területén és a Sziklás-hegységben meghaladta a 2500–3000 m-t. Az Alpok gleccserei mélyen lehúzódtak a folyóvölgyekbe, és óriási egybefüggő jégtáblák borították a kontinensek jelentős részét. 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, ami lehetővé tette a kontinensek közötti közlekedést.

Az elmúlt idők éghajlata II.

Az 1.4.4.1. ábra 20 ezer évet felölelve mutatja be a földfelszíni hőmérséklet becsült alakulását a múltban és az eljövendő 100 évben.

1.4.4.1. ábra Forrás: WHO

Jól látható, hogy az esetlegesen bekövetkező változások veszélye abban rejlik, hogy a földi légkör olyan hőmérsékleti tartományba léphet, melyben az emberiség története során soha nem volt. Vegyük sorra a jelen korunkat megelőző egy-két évezred hőmérsékleti és csapadékviszonyait. Az elmúlt néhány évszázad mérési adatait a fent felsorolt módszerek felhasználásával kiegészítve jó közelítést kaphatunk az éghajlati paraméterek múltbeli alakulásáról. Közép- és Észak-Európában markánsan jelentkezett az ún. középkori meleg időszak, mely 1150 és 1300 között tetőzött, és egyben a megelőző néhány évezred legmelegebb periódusa is volt. Az ezt követő lehűlési fázisban – az 1550-től 1850-ig terjedő időintervallumban – Európa különböző területein a „kis jégkorszaknak” nevezett hűvös időszak más és más évtizedben érte el hőmérsékleti minimumát. Ez a több évszázadon át tartó periódus az előző jégkorszak hidegfázisa óta a leghűvösebb időszak volt. A XIX. század közepére-végére viszont már az egész kontinens túljutott ezen a lehűlési perióduson. Ezekkel a hőmérsékleti ingadozásokkal összefüggésben több fontos éghajlati elem is változott:

  • a különféle növénykultúrák tenyészidőszakának hossza,

  • a hóval fedett időszakok hossza és gyakorisága,

  • a téli időszak hossza,

  • a fagyok gyakorisága és a talajba való lehúzódás mélysége,

  • a csapadék mennyisége és évszakonkénti eloszlása,

  • a párolgás és a talajnedvesség évszakonkénti eloszlása,

  • a folyók és tavak vízszintje, kiterjedése,

  • az aszályok és árvizek gyakorisága.

A fenti paraméterek esetenként önmagukban is jó indikátorai lehetnek az éghajlatváltozásoknak. Gondoljunk csak a Velencei-tó felszínének csökkenésére, kiszáradására vagy a Balaton vízszintjének ingadozásaira. (A történelem során még a Balaton is többször teljesen kiszáradt, s óriási homokviharok, porviharok sújtották a vidéket, mígnem a rómaiak a Sió-csatorna és a hozzátartozó zsilipek megépítésével lehetővé tették a vízszint emberi szabályozását.) Egy-egy klímaparaméter alakulásából nem vonhatunk le általános következtetéseket az éghajlat egészére, hiszen gyakran nem lehet megítélni, hogy egy markáns tendencia megjelenésének hátterében milyen ok-okozati összefüggések húzódnak. Például az aszályok vagy árvizek gyakoriságának jelentős változása mögött nemcsak a lehullott csapadék mennyiségének markáns növekedése vagy csökkenése állhat, hanem esetenként a folyók szabályozása, víztározók építése vagy a rosszul tervezett vízgazdálkodás. Ezek a változások mind közvetlenül vagy közvetve érintik a mezőgazdaságot, s következményeik hatással lehetnek a térség gazdaságára.

Természetes eredetű üvegházhatás

A légköri üvegházhatás kifejezés arra a hasonlóságra utal, mely számos légköri gáz és a kertészetek melegházait lefedő üveglapok funkciója között van. A légkörben jelen lévő ún. üvegházgázok a kertészetekben használt üveglapokhoz hasonlóan áteresztik a rövid hullámhosszú, Napból érkező elektromágneses sugárzást. A másik irányba pedig útját állják a Föld felől érkező, az infravörös (hőmérsékleti) tartományba eső földi sugárzásnak. Ettől meleg az üvegház, s ettől magasabb a Föld felszínközeli hőmérséklete 33 °C-kal (mint lenne e gázok légköri jelenléte nélkül).

A melegházban a Nap sugárzása – átjutva az átlátszó üveglapon – részlegesen elnyelődik a felszínközeli tárgyakon, melyek azt hővé konvertálják, s így emelkedik a melegház belső hőmérséklete. A másik fontos melegítő hatás a termőtalajra lejutott, elnyelt, s a hosszúhullámú hőmérsékleti tartományban újból kisugárzott energiából származik: ez az energia alulról eljut az üveglaphoz, melyet az nem ereszt át, hanem visszasugároz a melegház belsejébe.

A vitathatatlan hasonlóságok ellenére a légköri folyamatok a fent ismertetett mintától jelentősen eltérő módon zajlanak le (1.4.5.1. ábra), a lényegi különbségeket az alábbiakban összefoglaljuk.

  • a levegő- és felhőrészecskék a napsugárzás nagy hányadát elnyelik,

  • a légkörön át a világűr irányába haladó földsugárzást bizonyos tartományban (az ún. „légköri ablakban”) nem nyelik el az üvegházgázok,

  • a szabad légkörben a légtömegeket szállító szeleknek is nagy szerep jut.

1.4.5.1. ábra

Sok szakember a fenti okok miatt tiltakozik a légköri üvegházhatás elnevezés használata ellen, mondván, több az eltérő, mint a hasonló elem. Ennek ellenére széles körben elterjedt ez a szóhasználat.

Az üvegházhatás mechanizmusának feltárása nem az elmúlt évtizedek érdeme, közel másfél évszázados múltra tekint vissza. A légkörrel foglalkozó tudósok már az 1860-as években felismerték a nyomgázok jelentős szerepét abban, hogy a Föld bolygó éghajlata ilyen kellemes. 1863-ban az angol Philosophical Magazine hasábjain jelent meg az első cikk – John Tyndall tollából – mely a vízgőz légkört melegítő szerepével foglalkozik. Svante Arrhenius 1896-os tanulmánya pedig a kőszén elégetése révén megemelkedő szén-dioxid koncentráció várható légköri következményeit taglalja.

Az üvegházhatás leírásának egyik kulcsszava a szelektív abszorbció. Néhány légköri gáz – az ún. üvegházgázok – szelektíven elnyelőek, azaz elnyelnek az infravörös hőmérsékleti tartományban, viszont áteresztenek az ultraibolya és a látható fény tartományában. A legfontosabb üvegházgázok a vízgőz és a szén-dioxid. Az 1.4.5.2. ábráról leolvasható, hogy e két gáz légköri jelenléte együttesen 27,8 °C-kal (20,6, illetve 7,2 °C-kal) emeli a felszínközeli léghőmérsékletet.

1.4.5.2. ábra

További üvegházgázok az ózon (mely főleg a sztratoszférában található meg nagyobb mennyiségben), a dinitrogén-oxid és a metán, melyek rendre 2,4 °C, 1,4 °C és 0,8°C-kal járulnak hozzá a globális üvegházhatáshoz. Ezen gázok az infravörös tartományba eső energia elnyelése révén kinetikus (mozgási) energiához jutnak, melyet ütközésekkel megosztanak a többi (főként oxigén és nitrogén) molekulával. E folyamat révén megemelkedik az alsó légrétegek energiaszintje, mely a felszíni léghőmérséklet növekedéséhez vezet.

A hőmérsékleti sugárzási tartomány egy részén, a 8–11 mm-es intervallumban sem a vízgőz, sem a szén-dioxid nem nyeli el, hanem átereszti a sugárzást. Ezt a tartományt nevezzük az ún. „légköri ablaknak” (1.4.5.3. ábra), jelképesen utalva arra, hogy itt szökhet a hőenergia a légkörből az űrbe.

1.4.5.3. ábra

Éjszakánként a felhők felerősíthetik az üvegházhatást: az apró vízcseppecskékből álló alacsony szintű, nagy tömörségű, vastag felhők még a 8–11 mm-es intervallumban is képesek energiát elnyelni, így mintegy „becsukni a légköri ablakot”.

A természetes üvegházhatás összetett folyamatai révén egy finom és nagyon sérülékeny egyensúly alakult ki a földi légkör sugárzási egyenlegében az elmúlt évmilliók során. Kérdés, hogy a XXI. század elején a Földet lakó emberiség képes-e megőrizni ezt az egyensúlyt. Csak a légköri folyamatok mechanizmusának mind jobb megismerése, megértése, s a felelősségteli önkorlátozó fogyasztás ad esélyt az ipari és gazdasági fejlődés jelenlegi üteme mellett arra, hogy az ember ne veszélyeztesse saját jövőbeni életterét.

Antropogén eredetű üvegházhatás

Az iparosodás és a robbanásszerű népességnövekedés révén az emberi jelenlét a Földön egyre intenzívebbé válik, mely folyamat megváltoztatja az üvegházgázok és aeroszolok légköri eloszlását és koncentrációját. Ezeknek a változásoknak a következtében jön létre a korábbi fejezetekben már említett sugárzási kényszer változása, melyet a napsugárzás eltérő mértékű elnyelése és visszaverődése, illetve a földsugárzás eltérő mértékű emissziója és elnyelése magyaráz.

Az elmúlt 250 évben az alsó légkörben bekövetkezett sugárzási viszonyok megváltozásáért számos folyamat felelős, melyeket az 1.4.6.1. ábra foglal össze.

1.4.6.1. ábra Forrás: IPCC, 2007

A legnagyobb hatású, s egyértelműen a globális melegedés irányába mutat, hogy ezen összetevők közül az üvegházhatás, pontosabban az üvegházgázok antropogén eredetű koncentrációnövekedése. 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 ingadozása. A sugárzási kényszer növekedését részben kompenzálják 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. Az ábra jobb oldalán, a szélső oszlopban feltüntettük a különböző folyamatokra vonatkozó tudományos ismereteink bizonytalanságát.

Ha összehasonlítjuk a legfontosabb üvegházgázok koncentrációinak a jelenlegi és az iparosodási folyamatot megelőző értékeit, a légköri koncentráció növekedésének ténye vitathatatlan. Az 1.4.6.2. ábra bemutatja a fontosabb üvegházgázoknak az elmúlt két évezred során bekövetkezett koncentrációváltozásait. A szén-dioxid légköri koncentrációja 280 ppm-ről 379 ppm-re növekedett az ipari forradalom kezdete óta, a metáné 715 ppb-ről 1774 ppb-re, a dinitrogén-oxidé pedig 270 ppb-ről 319 ppb-re. Mindhárom gáz esetén az ipari forradalmat megelőző évezredek során ezen változásokhoz képest csak minimális ingadozás figyelhető meg.

1.4.6.2. ábra Forrás: IPCC 2007.

A koncentráció mellett még egy nagyon fontos paramétere az üvegházgázoknak az ún. tartózkodási idő, mely megmondja, hogy a légkörbe kerülés után a gáz várhatóan átlagosan mennyi idő múlva kerül ki a légkörből. A szén-dioxid esetén ez 50–200 év, a metánnál 12 év, a dinitrogén-oxidnál 114 év. Új üvegházhatású gázként jelentek meg az 1950-es évek közepétől a halogénezett szénhidrogének (CFC-gázok), melyek természetes forrásból nem kerülnek a légkörbe. Ezek a gázok kizárólag emberi tevékenység következtében kerülnek a légkörbe, s a légkör alsó részében rendkívül stabilak, átlagos tartózkodási idejük 65–130 év.

Lényeges tényező, hogy a szén-dioxid, a dinitrogén-oxid, s némely halogénezett szénhidrogén gáz légköri tartózkodási ideje a 100 (esetenként akár többezer) évet is meghaladja, ami a mai generáció felelősségét csak még jobban kiemeli. Ahhoz, hogy megbecsülhessük a növekvő légköri üvegházhatás következtében esetlegesen bekövetkező globális melegedéshez az üvegházgázok egyenkénti hozzájárulását, három tényezőt kell figyelembe venni:

  1. a molekulák egyedi aktivitását az abszorpciós és az újra kisugárzó mechanizmusokban,

  2. az adott gáz légköri koncentrációját,

  3. a gáz tartózkodási idejét.

Az üvegházgázok közül a szén-dioxid a legkevésbé aktív gáz. Nála 21-szer hatékonyabb a metán, 206-szor aktívabb a dinitrogén-oxid, s átlagosan mintegy 15 000-szer aktívabbak a CFC-gázok a sugárzási energia elnyelésében és újra kisugárzásában. Ennek ellenére a CO2 gáz a legjelentősebb komponense a globális melegedési folyamatnak, ahogy ezt az alábbi táblázatból is leolvashatjuk. A szén-dioxid domináns szerepe magas légköri koncentrációjával és tartózkodási idejével magyarázható.

1.4.6.3. ábra Forrás: IPCC 2001.

Várható globális melegedési tendenciák

A meteorológiai mérések egyértelműen bizonyítják, hogy a földi klíma melegedett az elmúlt másfél évszázadban. Mára már nem kétséges, hogy ennek hátterében az üvegházhatású gázok antropogén eredetű kibocsátásának növekedése áll, mely elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok (szén, kőolaj, földgáz) égetéséből származik. Ezen felül számottevő még az erdőirtás és a mezőgazdasági termelés (például rizstermesztés, szarvasmarha-tenyésztés) emisszióhoz való hozzájárulása is. A jövő klímáját globális éghajlati modellek (GCM: General Circulation Model) segítségével becsülhetjük. Ezek a modellek nem kevesebbre vállalkoznak, mint az éghajlati rendszer – azaz a légkör, az óceán, a talajfelszín, a krioszféra és a bioszféra – folyamatainak, kölcsönhatásainak leírására. Az éghajlati modellek az egyedüli eszközeink, melyekkel a jövő klímájára vonatkozó becsléseket készíthetünk. Ezek a földi légkört és a kapcsolódó szférákat mint fizikai rendszereket matematikai formulákkal írják le. Az éghajlati rendszer numerikus modellezése az alapvető fizikai törvényszerűségeken alapszik, melyek közül a legfontosabbak a tömeg-, az energia- s az impulzusmomentum megmaradásának elve. E modellek szimulálják a légkör és az óceánok mozgásait, becslést adnak többek között a hőmérséklet, sűrűség, légnyomás várható alakulására. Leírják a hidrológiai ciklus elemeit, a sarki jégsapkák, gleccserek terjeszkedését, olvadását. Közelítik a felhő- és csapadékképződési folyamatokat. Mind több összefüggés (egyenlet) beiktatásával lehetőség van egyre több – a légkörre, az óceánra, a bioszférára vonatkozó – fizikai folyamat és kölcsönhatás figyelembevételére. Napjainkra a nagy klímakutató központokban fejlesztett globális éghajlati modellek tudományos és technikai kidolgozottsága elérte azt a szintet, hogy ezek a modellek képesek megbízhatóan leírni az éghajlati rendszer elemeinek viselkedését (a közöttük lévő összetett kölcsönhatásokkal együtt), továbbá kiválóan használhatók az éghajlatváltozás planetáris (azaz globális, nagyskálájú) jellemzőinek vizsgálatára. Komplexitásuk azonban a jelenlegi számítógépes kapacitás teljes kihasználásával sem teszi lehetővé azt, hogy egyedüli alkalmazásukkal az éghajlatváltozás regionális vonatkozásairól pontos információhoz jussunk.

Miért beszélünk éghajlati forgatókönyvekről előrejelzések helyett? Ahhoz, hogy a modellek bemenő paramétereiként megadhassuk 50–100 évre előre az üvegházgázok emisszió-, illetve koncentráció értékeit, ismernünk kellene a gazdasági és társadalmi folyamatok jövőbeni alakulását. Ilyenek például: a népesség változása, a globalizációs folyamatok térhódításának mértéke és sebessége, a megújuló energiahordozók felhasználásának elterjedése, a környezetkímélő technológiák fejlődési üteme, a globális és regionális gazdaságpolitika iránya, a nemzetgazdaságok regionális fejlődési tendenciái, területi és elemenkénti emisszióértékek stb. Ilyen nagy időtávra előre azonban ezeket a folyamatokat nem ismerjük, nem ismerhetjük, ezért csak éghajlati forgatókönyvekben, ún. „klímaszcenáriókban” gondolkodhatunk.

Az utóbbi évtizedben a klímakutatók négy alapszcenárióval jellemzik a várható társadalmi és gazdasági változásokat. Az A1, B1 és A2, B2 szcenáriópárok rendre a globalizációs folyamatok felgyorsulása, illetve a régiónkénti fejlődés mentén 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 A2 a legpesszimistább és a B1 a legoptimistább forgatókönyv. Az A1 szcenárión belül 3 alszcenáriót különíthetünk el: (1) A1FI, melyet a fosszilis energiahordozók intenzív felhasználása jellemez, (2) A1T, melyet a megújuló energiaforrások használatának jelentős mértékű elterjedése jellemez, (3) A1B, mely a fosszilis és a megújuló energiaforrások kiegyenlített használatát feltételezi.

Az ENSZ 1988-ban hozta létre az Éghajlat-változási Kormányközi Testületét (IPCC), mely öt-hat évente átfogó jelentést ad ki a globális klíma állapotáról. E szervezet s a jelentéseket készítő tudósközösség minőségi munkáját igazolja, hogy 2007-ben ők kapták megosztva a béke Nobel-díjat. A 2007-ben megjelent Negyedik Helyzetértékelő Jelentés alapján: (1) 2020–2029-re a globális melegedés várható mértéke 0,4 °C (nincs jelentős eltérés a különböző emissziószcenáriók között); (2) a század végére az emissziószcenáriók függvényében a modelleredmények 1,1–6,4 °C-os globális melegedést jeleznek. A várható melegedés területi eloszlása a B1, az A1B és az A2 szcenárió esetén az 1.4.7.1. ábrán látható.

1.4.7.1. ábra Forrás: IPCC 2007.

A várható csapadékváltozás becslése a nagy térbeli és időbeli változékonyság miatt a hőmérséklethez viszonyítva jóval nehezebb feladat. Az 1.4.7.2. ábra a téli és nyári csapadékmennyiség várható megváltozását összegzi több egymástól függetlenül készített modellszimuláció eredményének figyelembevételével.

1.4.7.2. ábra Forrás: IPCC 2007.

A magas földrajzi szélességeken a modellek nagy többsége egyértelmű csapadéknövekedést jelez a XXI. század végére, mely a téli hónapokban nagyobb mértékű. Ezzel szemben a Földközi-tenger térségében jelentős szárazodást valószínűsítenek a modellek, mely nagy kiterjedésű területen meghaladja a 20%-os mértéket.

Várható regionális melegedési tendenciák

Az 1990-es évek elejére egyértelművé vált, hogy a globális éghajlati modellekkel nem lehetséges regionális térskálára megfelelő pontosságú éghajlati becsléseket készíteni. Éppen ezért Giorgi (1990) és munkatársai javasoltak egy új módszert, az ún. beágyazott modellekkel való regionális klímaszimulációt. Ennek során a globális modellek eredményeit bemenő paraméterként felhasználva korlátos tartományú beágyazott modellek írják le a finomabb skálájú légköri folyamatokat. A ma használatos regionális modellek felbontása akár már 10–20 km is lehet. A regionális klímamodellezés témakörében a XXI. század elején az V. és VI. EU-keretprogramban számos, az egész kontinenst átfogó program indult (PRUDENCE, STARDEX, ENSEMBLES, CECILIA, CLAVIER). E projektek sorában a legelső a PRUDENCE ( http://prudence.dmi.dk/) volt, mely további kutatásokhoz már 2005-től rendelkezésre bocsátotta a regionális éghajlati szimulációk eredményeit.

A PRUDENCE projektben kilenc európai uniós országból összesen 21 egyetem, nemzeti meteorológiai szolgálat és kutatóintézet vett részt. A projekt vezetője a Dán Meteorológiai Intézet volt, a résztvevők között többek között megtalálhatjuk a brit Hadley Központot, a hamburgi Max Planck Intézetet, valamint a trieszti Nemzetközi Elméleti Fizikai Központot (ICTP). A regionális modellszimulációk kiindulási és peremfeltételeihez három globális éghajlati modell (a brit HadAM3, a hamburgi ECHAM5, s a francia ARPEGE) outputjait használták fel. A szimulációk során mindösszesen 10 regionális éghajlati modell került alkalmazásra (Christensen, 2005). A futtatásokban a teljes európai térségre egységesen 50 km-es horizontális felbontást alkalmaztak. Ez jelentős előrelépés a 200–300 km-es horizontális felbontású globális modellekhez képest, ugyanakkor nem teszi lehetővé a nagyvárosok speciális klímájának (a városi hősziget melegítő hatásának) figyelembevételét. Minden esetben az éghajlati szimulációk referencia-időszaka 1961–1990 volt, az éghajlati projekciók célidőszaka pedig 2071–2100. A regionális modellek mindegyike az IPCC-jelentésekben szereplő A2 szcenárióra, s ahol csak lehetőség volt rá, a B2 szcenárióra is készült.

A továbbiakban összegezzük a Kárpát-medence térségében a XXI. század végére várható regionális éghajlat-változási szcenáriókat a PRUDENCE modellszimulációk felhasználásával. Az évszakos hőmérsékleti paraméterek várható alakulását elemezzük, majd az évszakos csapadék valószínűsíthető változását mutatjuk be.

Elsőként az évszakos átlaghőmérséklet várható alakulását vizsgáltuk a 2071–2100 időszakra. Az 1.32. ábra kompozittérképein mutatjuk be a várható évszakos hőmérséklet-növekedést az A2 (balra), illetve a B2 (jobbra) szcenárió esetén (melyhez 16, illetve 8 modellfuttatást használtunk fel).

1.4.8.1. ábra

Hasonlóan a globális és európai eredményekhez a Kárpát-medencére is az A2 szcenárió esetén várható nagyobb melegedés, mint a B2 esetén. A melegedés mindkét szcenárió esetén nyáron a legnagyobb (4,5–5,1 °C, illetve 3,7–4,2 °C), s tavasszal a legkisebb (2,9–3,2 °C, illetve 2,4–2,7 °C). A hőmérséklet-emelkedés mértéke nyáron északról dél felé, míg télen és tavasszal nyugatról kelet felé haladva növekszik. A modellek eredményeiből adódó bizonytalanságot az előre jelzett hőmérséklet-változás szórásértékeivel jellemezve a legnagyobb szórás nyáron (0,9–1,1 °C) jelentkezik mindkét szcenárió esetén (Bartholy et al. 2007.).

Mind az A2, mind a B2 szcenárió esetén az éves csapadékösszegben nem várható jelentős mértékű változás (Bartholy et al. 2003.), de ezt nem mondhatjuk el az évszakos csapadékösszegekről. A regionális klímamodellek által a Kárpát-medence térségére 2071–2100-ra becsült várható csapadékváltozások évszakos kompozittérképeit az 1.4.8.2. ábrán mutatjuk be, balra az A2, jobbra a B2 szcenáriót figyelembe véve. Jól látható, hogy a csapadékösszegek változásának várható tendenciája nem minden évszakban azonos előjelű.

1.4.8.2. ábra

Nyáron (és kisebb mértékben ősszel) a teljes vizsgált térségben a csapadék csökkenésére, míg télen (és kisebb mértékben tavasszal) a csapadék növekedésére számíthatunk. A hőmérséklethez hasonlóan az A2 szcenárió esetén nagyobb mértékű csapadékváltozások valószínűsíthetők, mint a B2 szcenárióra. Az előre jelzett csapadékcsökkenés mértéke nyáron 24–33% (A2 szcenárió), illetve 10–20% (B2 szcenárió), míg a téli csapadéknövekedés mértéke 23–37% (A2 szcenárió), illetve 20–27% (B2 szcenárió). A modelleredményekből adódó bizonytalanságot reprezentáló évszakos szórástérképek alapján a modellek előrejelzésében a legnagyobb eltérések az A2 szcenárió esetén nyáron mutatkoznak (amikor a szórásértékek akár a 20%-ot is elérhetik), míg a B2 szcenárió esetén tavasszal (amikor a szórásértékek elérik a 16%-ot). A többi évszakban relatíve jó egyezés mutatkozik a modelleredmények között (Bartholy et al. 2007.).

Az 1.4.8.3. ábrán illusztráljuk a magyarországi csapadék éves eloszlásában várható változást az A2 és a B2 szcenárió esetén. Az évszakos csapadékcsökkenést sárga, míg a csapadéknövekedést zöld nyilak jelölik.

1.4.8.3. ábra

Az 1961–1990 közötti referencia-időszakban az átlagos évszakos csapadékmennyiség csökkenő sorrendben: nyár, tavasz, ősz, tél. A modelleredmények valószínűsítik e sorrend teljes átrendeződését a XXI. század végére. A modellek azt jelzik, hogy mindkét szcenárió esetén a legcsapadékosabb két évszak a tél és a tavasz lesz (ebben a sorrendben). A legszárazabb évszak az A2 szcenáriót figyelembe véve várhatóan a nyár, míg a B2 szcenárió esetén az ősz lesz. A klímaprojekciók alapján a B2 szcenárió esetén az évszakos csapadékmennyiségek közötti különbségek szignifikáns csökkenése várható (felére csökken), mely azt eredményezi, hogy az éves csapadékeloszlás kiegyenlítettebbé válik a XXI. század végére. Nem mondható el ugyanez az A2 szcenárió esetére, ahol várhatóan továbbra is jelentős mértékben eltér egymástól a téli és a nyári csapadékösszeg, csupán felcserélődik a legszárazabb és a legcsapadékosabb évszak.

A leckéhez kapcsolódó esettanulmányok

Az IPCC éghajlati szcenáriók jellemzése.

Az IPCC 2001-es és 2007-es helyzetértékelő jelentésében alkalmazott éghajlati szcenáriók négy nagy csoportba sorolhatók: A1, A2, B1, B2. Ezek hivatottak a várható társadalmi és gazdasági változások megjelenítésére. Az 1-jelű szcenáriók (A1 és B1) a globalizációs folyamatok felgyorsulására helyezik a hangsúlyt. A 2-es jelű szcenáriók (A2 és B2) viszont a régiónkénti fejlődés mentén prognosztizálják a XXI. századra várható jövőt. Az A-jelölés (A1 és A2 szcenáriók) a gyors gazdasági fejlődés dominanciáját feltételezi. A B-jelölés (B1 és B2 szcenáriók) esetében viszont a környezettudatos technológiai fejlesztéseké a prioritás.

Az egyes szcenáriócsoportok jellemzőit az alábbiak foglaljuk össze.

A1 szcenárió.

  • nagyon gyors gazdasági növekedés

  • a népesség növekedése a XXI. század közepéig, utána csökkenés

  • új és hatékony technológiák gyors megjelenése

  • az egyes régiók közötti kiegyenlítődés

  • fokozott kulturális és társadalmi hatások

  • a regionális jövedelemkülönbségek csökkenése

  • ezen belül 3 alszcenáriót különíthetünk el:

B1 szcenárió.

  • kiegyenlítődő fejlődés a világ felé, az A1-hez hasonló népességváltozások

  • a gazdasági szerkezet gyors eltolódása a szolgáltatási és információs ágazatok felé

  • környezetbarát és energiahatékony technológiák bevezetése

  • globális megoldások kidolgozása a gazdasági, társadalmi és környezeti problémákra

A2 szcenárió.

  • heterogén világkép

  • a helyi önkormányzatok, önszerveződések hangsúlyosabb működése

  • a XXI. század során folyamatosan növekvő népesség

  • regionális gazdasági fejlődések

  • lassú és térben egyenetlen technológiai változások

B2 szcenárió.

  • a gazdasági, társadalmi és környezeti problémák lokális szinten kezelése

  • folyamatosan növekvő globális népességváltozás a XXI. század során

  • közepes mértékű gazdasági fejlődés

  • az A1, B1-hez képest lassabb és sokoldalúbb változások

A leckéhez kapcsolódó további kiegészítő információk

A lecke célja a változó éghajlat fogalmának megértése, a múltbeli klímaváltozások, s azok vizsgálati módszereinek áttekintése, a természetes és antropogén eredetű üvegházhatás fogalmának elsajátítása, valamint a közöttük lévő különbség lényegének megértése. Továbbá a jövőben várható globális és regionális éghajlat-változási tendenciák megismerése is szerepel ebben a hosszabb terjedelmű leckében. A becsült tanulási idő témánként 0,4 óra, a teljes leckére 3,2 óra.