4. fejezet - Alkalmazások

Tartalom

4.1 A jövőbeni éghajlat-változás Köppen tükrében
4.1.1 Előzmények
4.1.2 Rubel és Kottek (2010) cikkének ismertetése
4.1.3 Fábián és Matyasovszky (2010) cikkének ismertetése
4.2 A jövőbeni éghajlat-változás Holdridge módszerének tükrében
4.2.1 Előzmények
4.2.2 Sisneros et al. (2011) cikkének ismertetése
4.2.3 A hazai kutatások rövid ismertetése
4.3 A jövőbeni éghajlatváltozás Thornthwaite módszerének tükrében
4.3.1 Eredeti modell, globális skála – az éghajlat vizsgálata
4.3.2 Eredeti modell, regionális skála – az éghajlat vizsgálata
4.3.3 Eredeti modell, regionális skála – az éghajlatváltozás vizsgálata
4.3.4 Módosított modell, globális skála – az éghajlat vizsgálata
4.3.5 Módosított modell, regionális skála – az éghajlat és az éghajlatváltozás vizsgálata
4.4 Az alkalmazások összehasonlítása
4.4.1 Általános vonatkozások
4.4.2 Globális skála
4.4.3 Regionális skála
4.5 Kérdések
Felhasznált irodalom

Éghajlatváltozás mindig volt, mindig lesz, annak ellenére a „globális melegedés” jelensége[4] korunk egyik legnagyobb környezeti problémája. E bonyolult folyamat több tényezőtől függ, többek között a szárazföldi felszín[5] és a légkör kölcsönhatásától. E kölcsönhatás tanulmányozása az IGBP ( International Geosphere- Biosphere Programme) nemzetközi tudományos program tárgya. A tudomány felismerte, hogy e kölcsönhatás főszereplője a vegetáció.

Manapság már számos éghajlat-vegetáció modellel rendelkezünk. E modellekben a vegetáció lehet dinamikus (pl. Overpeck et al., 1991; Smith et al., 1992; Melillo et al., 1993; Haxeltine and Prentice, 1996; Foley et al., 1998; Goudriaan et al., 1999), azaz időben változó, illetve statikus, azaz időben állandó (pl. Köppen, 1936; Holdridge, 1947; Budyko, 1956; Box, 1981; Prentice et al., 1992; Neilson et al., 1992; Lenihan and Neilson, 1993; Tchebakova et al., 1993, 1994; Neilson, 1995). Értelemszerűen a statikus modellek a dinamikus modelleknél egyszerűbbek. A legegyszerűbb statikus modellek az ún. biofizikai éghajlat-osztályozási modellek. Az egyszerűségük egyrészt előny, másrészt hátrány is; népszerűségüket azonban alapvetően az eredményeik vizualizálhatóságának köszönhetik (Jylhä et al., 2010). Ugyanis az éghajlat-változás térben és időben lejátszódó folyamatairól – akár csak néhány térkép, vagy a térképek kisebb-nagyobb sorozatának videolejátszása alapján – tényszerűen meggyőződni mindig látványos és káprázatos élmény. Nyilvánvalóan azért, mert az egyén által tapasztalható folyamatok tér- és időskálája nem összevethető[6] az éghajlat-változás folyamatainak tér- és időskálájával.

E fejezetben Köppen, Holdridge és Thornthwaite módszereinek olyan globális és regionális alkalmazásaival ismerkedünk meg, melyek e jövőbeni melegedés folyamatának megismerésére összpontosítottak. A regionális alkalmazások mindegyike Magyarországra, vagy a Kárpát-medencére vonatkozik. Az eredmények ismertetése mellett, bemutatjuk majd a modellfuttatások fajtáit és a használt adatbázisokat, valamint az adott alkalmazással kapcsolatos tudományos kutatások előzményeit is.

4.1 A jövőbeni éghajlat-változás Köppen tükrében

4.1.1 Előzmények

Manabe és Holloway (1975) elsők között használták Köppen (1936) módszerét saját GCM-eredményeik (Global Circulation Model) verifikálására. A 20. század éghajlatát Köppen módszerével Fraedrich et al. (2001), valamint – csupán Európára összpontosítva – Gerstengarbe és Werner (2009) tanulmányozták. Köppen és Geiger (Geiger, 1954) módszerének viszonylag új alkalmazásai közé tartoznak Kottek et al. (2006), valamint Peel et al. (2007) tanulmányai is. Kottek és munkatársai az 1951-2000 közötti időszak hőmérséklet és csapadék adatait használták. A térképeket, és az adatokat a http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at/ c. weboldalon tették közzé. Ezeket az eredményeket az állattanban, a parazitológiában és az egészségűgyben is felhasználták (Diaz et al., 2007; Lloyd et al., 2007). Meteorológusok is érdeklődtek az eredmények iránt. Mizoguchi et al. (2009) az ázsiai mikrometeorológiai fluxus-mérések áttekintése során használta őket, míg Zanobetti and Schwartz (2009) a légszennyezés és az elhalálozás közötti kapcsolat vizsgálata során alkalmazta azokat. Utescher et al. (2009) tanulmányában paleoklimatológiai alkalmazással találkozhatunk, amikor a növényi fossziliák korához tartozó éghajlatot becsülték. Kottek et al. (2006) eredményeit a legújabb földrajzkönyvekben (Raw, 2008; Kuttler, 2009) is felhasználták. Kottek et al. (2006) munkájának folytatásaként értelmezhető Rubel and Kottek (2010) cikke is, melyben az 1901-2100 közötti időszakban zajló éghajlat-változást vizsgálták a Köppen-Geiger (Geiger, 1954) féle éghajlat-osztályozás tükrében. Ez eddig Köppen módszerének egyik legkörültekintőbb alkalmazása, ezért az alábbiakban a használt módszertant és a kapott eredményeket részletesen be is mutatjuk[7].

A globális skálájú alkalmazások mellett nagyobb felbontású regionális skálájú alkalmazások is vannak. A nagyobb felbontás ugyanis nélkülözhetetlen a klíma regionális skálájú térbeli változékonyságának a megállapításához. Ilyen tanulmányok közé sorolható pl. Diaz and Eischeid (2007), valamint Fábián and Matyasovszky (2010) tanulmánya is. Ez utóbbival a következőkben még részletesebben foglalkozunk.

4.1.2 Rubel és Kottek (2010) cikkének ismertetése

Rubel and Kottek a 0,5°x0,5° felbontású rácshálózatot használták. A 20. századra vonatkozó havi léptékű hőmérséklet és csapadék adatokat két forrásból szerezték be. A hőmérséklet adatokat a CRU TS 2.1 adatbázisból vették, ami a Kelet-Angliai Egyetem Éghajlatkutató Osztályának[8] ismert terméke (Mitchell and Jones, 2005). A csapadék adatokat a Német Meteorológiai Szolgálat keretében működő Globális Csapadékklimatológiai Központ[9] állította rendelkezésükre. A tanulmányban a GPPC-és reanalízis adatok 4. verziója került felhasználásra (Fuchs, 2008). Ezek a hőmérséklet és csapadék adatok az 1901-2002 közötti időszakot ölelik fel. A 2003-2100 közötti időszakra vonatkozó hőmérséklet és csapadék adatokat a Tyndall Éghajlatváltozás Kutató Központ[10] bocsátotta rendelkezésükre biztosítva a TYN SC 2.03 adatbázishoz való hozzáférést (Mitchell et al., 2004). Az adatbázis négy emisszió szcenárió[11] (A1FI, A2, B1 és B2) alapján és öt GCM-modell (HadCM3[12], NCAR-PCM[13], CSIRO2[14] és ECHam4[15]) segítségével kapott 20 GCM-futtatás eredményeit tartalmazza. A használt hőmérséklet és csapadék adatokat az öt GCM-futtatás hőmérséklet és csapadék adatainak minden egyes szcenárióra külön-külön történő ensemble átlagolásával állították elő. A hőmérséklet és csapadék adatokból 25 éves átlagokat képeztek, így a 200 éves időszakra minden egyes szcenárióra vonatkozóan összesen 176 klímatérképet készítettek. E térképek a http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at/ című weboldalon megtekinthetők. A cikk az A1FI szcenárió adatai alapján kapott, s az 1901-1925 közötti (1.ábra), illetve a 2076-2100 közötti (2. ábra) időszakra vonatkozó klímatérképeket tartalmazza. A szerzők a térképek vizuális összehasonlításával nem is foglalkoztak, ezért ezek legszembeötlőbb eredményeit röviden összefoglaljuk.

A legmarkánsabb éghajlat-változások értelemszerűen a Föld „hidegebb” övezeteiben, nevezetesen Észak-Kanadában, Grönlandon, Izlandon, Oroszországban a Barents-tenger, Laptyev-tenger és a Kelet-szibériai-tenger parti sávjában, Tibetben, valamint az Andok hegységrendszer magas lejtőin és fennsíkjain figyelhetők meg. Markáns változások tapasztalhatók a Föld egyes „melegebb” régióiban is, azaz Indiában, Indokínában, Ausztráliában, Brazíliában, valamint az Egyesült Államoknak a Kolumbia-fennsík és a Keleti-kordillerák övezte területein. A Tibet, India és Indokína térségében megfigyelhető változások nem csupán jelentősek, hanem több milliárd ember sorsát is érinthetik mind pozitív, mind negatív vonatkozásban. Tekintsük közelebbről ezeket a változásokat! Észak-Kanadában számottevő kiterjedésű ET klímával rendelkező területek Dfc klímájú területekké fognak változni (ezentúl röviden: ETDfc változás). Oroszország imént említett északi tengerparti sávjában az ETDfc, Izlandon az ETCfb, Tibetben pedig az ETD (ami lehet Dwa, Dwb, vagy Dwd) változások figyelhetők meg. Valamelyest kisebb mértékű a melegedés Grönland belső területein, ahol az EFET változás várható. Az Andok magas övezeteiben az igen érdekes ETBSk változásnak lehetünk szemtanúi. Indokínában, és India jelentős területein a CwaAw változást figyelhetjük meg. Indiában emellett a BShAs és Aw típusú változások is jelentős területeket ölelnek fel. Észak-Ausztráliában szintén a BShAw változás a legdominánsabb. Brazilíában egymásnak ellentétesnek tűnő folyamatok is zajlanak: egyfelöl az Uruguay-al és a Paraguay-al határos területeken a CfaAm és Af átalakulás tapasztalható, másfelöl e két ország legkeletibb régióiban a lassú szárazodás, azaz az AwBSh változás figyelhető meg. Az Egyesült Államok nyugati területeinek jelentős részén pedig a BSk, BWkCsa átalakulás a domináns folyamat.

A kisebb térségekben ugyancsak számottevő változások figyelhetők meg. Észak-Afrikában a CsaBSh, Délkelet-Kínában a CfbCwa, Hokkaidón (Japán) a DfbCfa, a Kaszpi-tenger és az Aral-tó környékén a DfaBSk, Irán magasabb hegységeiben a DC, illetve Irán egyéb területein a CsaBSk, Etiópiában a CwbAs, Mexikóban a CsaBSk és Franciaországban a CfbCsa változás. Megállapíthatjuk továbbá, hogy Földünkön vannak olyan területek is, ahol az éghajlat gyakorlatilag változatlan marad. Ilyenek pl. a Szahara régiója, a Közel-Kelet és az Arab-félsziget térsége, Közép-Európa és a Balkán nagy része, a Brit-szigetek, az Egyesült-Államoknak a Mexikói-öböltől északra fekvő, középső része, valamint Közép-Amerika nagy területei.

Rubel és Kottek (2010) e változásokat mennyiségileg jellemezték, a teljes szárazföldi felszín %-ában fejezték ki [16] (Rubel és Kottek, 2010, 3. ábra, felső rész). Ezen elemzés főbb pontjai a következőképpen foglalhatók össze. Az E (-4,11%) [17] és a D (-2,14%) klímákkal rendelkező területek csökkenésének rovására a B (2,68%), a C (0,53%) és az A (3,04%) klímákkal rendelkező területek kiterjednek [18]. Az E klímájú területek D (3,38%), B (0,28%) és C (0,45%) klímájú területekké alakulnak [19]. A poláris öv földrajzilag csak a boreális övvel határos, ennek ellenére a poláris klímájú területek nagy része B, sőt C, azaz meleg-mérsékelt klímájú területekké alakul át. Egyébként az EB átalakulást, mint érdekességet, az Andok példáján meg is említettük. A D klímájú területek kisebb mértékben B (nettó értékben 0,85%), míg nagyobb mértékben C (4,67%) klímájú területekké módosulnak. A melegedéssel a trópusi öv területe nőni fog. Jóllehet az A klímájú területek egy része (nettó értékben -0,14%) B klímájú területekké válik, viszont a C klímájú területek igen nagy része (3,18%) A klímájú területekké alakul [20]. A Földön a B klímákkal kapcsolatos változások a legérdekesebbek. E klímatípus kölcsönhatásban áll[21] a D, a C és az A klímatípusokkal, valamint kapcsolatban van [22] az E klímatípussal is. Megjegyezzük, hogy a B klímájú területek terjeszkedni fognak (nettó 1,41%-al) a C klímájú területek rovására.

Rubel és Kottek (2010) az A1FI szcenárió mellett a legkisebb mértékű melegedést adó B1 szcenárió eredményeit is bemutatták, azonban térképek és részletesebb elemzés nélkül. Ezt azért tehették meg, mert a különböző szcenáriókkal kapott eredményeik tendenciájukban megegyeztek, azaz csak mennyiségi különbségek voltak közöttük.

Az előbbiek során megállapítottuk, hogy Közép-Európa területének jelentős részén az éghajlat többé-kevésbé változatlan marad. Nézzük meg, mit mondhatunk ezzel kapcsolatosan Magyarországról! Hazánk éghajlatának jövőbeni változásait Köppen módszerének tükrében Fábián és Matyasovszky (2010) tanulmányozták. Az alábbiakban e cikket is röviden ismertetjük.

4.1.3 Fábián és Matyasovszky (2010) cikkének ismertetése

Fábián és Matyasovszky (2010) tanulmányában a 48,3°-45,5°, valamint a 16,0°-22,3° szélességi/hosszúsági körökkel határolt tartományt vették alapul, a vizsgált időszak 1971-2060 közötti, míg az alkalmazott felbontás 1/6°x1/6°. Ez kb. 20 km rácsponti távolságot jelent. E felbontással az adott tartományt 18x40=720 rácsfelszínre bontották. A szerzők két adatbázist használtak: a CRU TS 1.2 és a TYN SC 1.0 adatbázisokat (Mitchell et al., 2004). Az előbbi adatbázist az 1971-2000 közötti, míg az utóbbit a 2001-2060 közötti időszak hőmérséklet és csapadék adatainak előállítására alkalmazták. Az előbbiek észlelt, míg az utóbbiak számított adatok. A számított adatokat a HadCM3 GCM segítségével 4 szcenárió (A1FI, A2, B1 és B2) alapján származtatták. Az eredményeket az A1FI és a B1 szcenáriókra vonatkozóan ismertették. Mi csak az A1FI szcenárió adatai alapján kapott eredményeket fogjuk taglalni.

Fábián és Matyasovszky (2010) nemcsak „átlagos”, hanem „individuális” éveket is vizsgáltak. Az adott időszakra vonatkozó átlagos év adatait a havi hőmérséklet és a csapadék adatok 10-éves átlagai képezik. Az átlagos év nagy valószínűséggel egyensúlyi év[23], így adatai megbízhatóan felhasználhatók éghajlat-osztályozási célokra. Az individuális év adatait az adott év havi bontású hőmérséklet és csapadék adatai alkotják. Az esetek nagy többségében az individuális év nem egyensúlyi év, de ha annak tekintjük, mint ahogy korábban ezt már Berényi (1943) is megtette, akkor éghajlat-osztályozási elemzésekben is felhasználható. Fábián és Matyasovszky (2010) az individuális évek vizsgálatával a lehetséges[24] évközi éghajlatingadozásokról kaptak betekintést, ami mindenképpen érdekes információ.

Fontosabb eredményeiket a cikkük 3. és 4. ábrája tartalmazza. Ezek a következőképpen foglalhatók össze. Az első 10-éves periódusban (1971-1980) 374 Cfa, 323 Cfb és mindössze 23 Dfb klímájú rácsfelszínt számoltak össze. Magyarország területén a Dfb klímájú területek a Bükkben és a Zempléni-hegységben fordultak elő. Az individuális évek közötti változékonyságot többnyire a csapadék évi menetében tapasztalható különbségek okozták. Így, a Cf klíma mellett számos alkalommal előfordult Cs és Cw, továbbá Df és Dw klímájú terület is. A melegedéssel az átlagos évre vonatkozó klímák területi változékonysága csökkent, míg az individuális évek közötti különbségek nőttek. Az 1991-2000 közötti időszakban 665 Cfa, 50 Cfb és mindössze 5 Dfb klímájú rácsfelszínt jegyeztek föl. Ugyanakkor Dfb klímájú rácsfelszínt Magyarország területén nem is mutattak ki. Az individuális éveket illetően azt mondhatjuk, hogy a csapadék ingadozása mellett a hőmérséklet ingadozása is meghatározó lett: egyes területeken megjelent a BSk klímatípus is. A 2031-2060 közötti időszakban az imént említett tendencia még inkább megfigyelhető. 573 rácsfelszín Cfa, 145 rácsfelszín Cfa + [25] és csak 2 rácsfelszín Cfb klímájú. Az évközi hőmérséklet és csapadék ingadozások még nagyobbak lesznek. E 30-éves periódusban 11 klímatípus fordult elő (Cw, Cfa +, Cfb, Cfa, Dfa +, BSk, Cs, Dw, Dfa, Ds és Dfb), melyek közül a Dfa és a Cs klímatípusok gyakorisága volt a legnagyobb. Ez azt jelenti, hogy nemcsak a csapadék, hanem a hőmérséklet évközi ingadozásai is várhatóan növekedni fognak.

Fábián és Matyasovszky (2010) megállapításait összegezve elmondhatjuk, hogy a Kárpát medencében az évközi ingadozások növekedése mellett sokévi átlagban az éghajlat területi változékonysága csökkeni fog.



[4] E jelenség lényege az, hogy a levegő melegszik a földfelszín közelében az emberi kibocsátásból származó üvegházhatású gázok koncentrációjának növekedése miatt. E folyamat velejárója az is, hogy a felszín közeli hőmérséklet-növekedés mellett egy sztratoszférában zajló hőmérséklet-csökkenés is tapasztalható.

[5] A szárazföldi felszínt kőzetek, víz, csupasz talaj és vegetáció alkotja, ezek tulajdonságai merőben különböznek, de a legspecifikusabb tulajdonságokkal mindenféleképpen a vegetáció rendelkezik.

[6] Őseink – többek között – éppen azok nem összevethetősége miatt tisztelték az időjárás és az éghajlat erőit. Őseink tudatában voltak parányi mivoltunknak.

[7] Itt megemlítendő, hogy a  http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at/ című weboldalon más, Köppen munkásságával kapcsolatos érdekességek, mint pl. Köppen eredeti térképeinek másolatai, vagy az akkori tudományos gondolkodást meghatározó, néhány német nyelvű cikk szintén megtalálható.

[8] Angolul:  Climatic  Research  Unit (CRU) of the University of East Anglia.

[9] Angolul:  Global  Precipitation  Climatology  Centre, GPCC

[10] Angolul: Tyndall Centre for Climate Change Research.

[11] Az emisszió szcenáriókat, vagy kibocsátási forgatókönyveket az emberiség jövőjével kapcsolatos feltételezések alapján dolgozták ki, amit a jövőben feltételezett CO2-koncentrációk dinamikája tükröz. Minden egyes szcenárió a népesség növekedésén, valamint a termelési és fogyasztási kultúrán alapuló közgazdasági környezettel kapcsolatos feltételezéseken alapul. Jelenleg négy alapforgatókönyvet különböztetnek meg, amelyeken belül több aleset is lehetséges. Megjegyzendő, hogy a forgatókönyvek becsléseinek bizonytalansága óriási.

[12] Teljes neve:  Hadley  Centre Coupled  Model, version 3.

[13] Teljes neve:  National  Center for  Atmospheric  Research -  Parallel  Climate  Model.

[14] Teljes neve:  Commonwealth  Scientific and  Industrial  Research  Organisation GCM, version 2.

[15] Teljes neve:  ECMWF ( European  Centre for  Medium-Range  Weather  Forecasts)  Hamburg, version 4.

[16] Megjegyzendő, hogy a Föld szárazföldi felszínének 1%-a 1,43·106 km2 kiterjedésű területet jelent.

[17] A zárójelben levő adat a változás mértékére. A - előjel a csökkenést, míg a + előjel a növekedést fejezi ki.

[18] A zárójelben levő számok összege értelemszerűen nulla.

[19] A 3,38, a 0,28 és a 0,45 összege értelemszerűen 4,11.

[20] A 3,18 és a -0,14 összege értelemszerűen megegyezik az  A klímájú területek növekedésének mértékével, azaz 3,04-al.

[21] Pl. a B és a D kölcsönhatása azt jelenti, hogy a B terjeszkedik a D rovására, de a D is nőni fog a B terhére, ezért a növekedések/csökkenések nettó mérlegét kell tekintenünk.

[22] A fentiek alapján az E klímájú területek 0,28%-a B klímájú területekké válik.

[23] Az adott év akkor tekinthető egyensúlyi évnek, ha az adott és az előző év havi hőmérséklet és csapadék adatai közötti különbség elhanyagolhatóan kicsi.

[24] Ha az adott individuális évek egyensúlyi évek lennének, akkor a lehetséges helyett valós évközi éghajlat-ingadozásokról lenne szó.

[25] Ez egy Fábián és Matyasovszky (2010) által módosított Köppen-féle klímaképlet. Jelentése: legalább 4 hónap havi hőmérséklete nagyobb, mint 22°C.