Klímaforgatókönyvek a Kárpát-medencében
Műholdas mérések a klímaváltozás megértéséért
Mika János
Az éghajlatváltozás napjaink egyik leggyakrabban tárgyalt tudományos kérdésköre. Az alábbiakban az éghajlatváltozás szemszögéből mutatjuk be a műholdas megfigyelés jelentőségét.
Elsőként röviden áttekintjük, hogy milyen változókat tudunk a műholdakról megfigyelni. Ezt követi a felhasználás három feladatcsoportja, nevezetesen az éghajlat változásának a megfigyelése, a változás lehetséges okainak a megfigyelése, valamint a kettő közötti oksági kapcsolatokat elemző éghajlati modellek működésének az ellenőrzése. Végül összefoglaljuk, milyen legvalószínűbb válaszokat adhatunk az éghajlatváltozás alapkérdéseire jelentős részben a műholdas megfigyeléseknek köszönhetően.
Mit figyelünk meg?
Az éghajlati rendszer (légkör, óceánok, szárazföldek, jégtakaró, bioszféra) nagyszámú változóját elsősorban műholdakról lehet globális fedésben, megfelelő térbeli és időbeli bontásban megfigyelni. Az éghajlati alkalmazások főleg a térbeli teljességet hasznosítják, mert a kezdeti állapot részletes felvétele – ami például meghatározó az időjárás sikeres előrejelzésében – az éghajlatváltozás több évtizedes időskáláján szinte jelentéktelenné válik.
Gyakorlatilag minden fontos éghajlati paramétert meg tudunk már figyelni műholdakról is. Az 1. táblázatban meg is mutatjuk ezeket a változókat.
- táblázat: A légkör, az óceán és a szárazföld éghajlati szempontból lényeges komponensei (forrás: Liebig, 2010)
| Légkör | Felszín | Léghőmérséklet, csapadék, légnyomás, vízgőztartalom, felszíni sugárzási mérleg, szélsebesség és szélirány |
| Felső- légkör | A felhőzet jellemzői, szélsebesség és szélirány, a Föld-légkör rendszer sugárzási mérlege, felsőlégköri hőmérséklet- és vízgőztartalom | |
| Összetétel | Szén-dioxid, metán és más üvegházgázok, ózon, aeroszol-jellemzők | |
| Óceánok | Felszín | A tengerfelszín hőmérséklete, tengerszint, a tengeri jég kiterjedése, az óceán színe, az óceán hullámzása, a felszíni rétegek sótartalma, a szén-dioxid parciális nyomása |
| Felszín alatti | Hőmérséklet, sótartalom, áramlások, tápanyagtartalom, széntartalom, óceáni nyomanyagok, fitoplanktonok | |
| Szárazföldek | Gleccserek és jéghátságok, a felszínborítás jellege, tűzesetek, a fotoszintetikusan aktív besugárzás aránya, levélfelületi index (LAI), albedó, biomassza, a tavak vízmagassága, hótakaró, talajnedvesség, vízfelhasználás, a talajvíz szintje, a folyók lefolyása, permafroszt és évszakosan fagyott talaj | |
Az 1. ábra azt mutatja meg, hogy a felszíni és a műholdas információknak köszönhetően éghajlati átlagban ma már ismerjük a felhőzet vertikális szerkezetének mennyiségi jellemzőit. Az ezekben zajló változások kimutatásához ugyanakkor még több évtizednek kell eltelnie, miközben gondosan korrigáljuk a mindenkori eszközváltások hatásait.
Az éghajlat változásának megfigyelése
Egy sor éghajlati mutatóról már több évizede rendelkezünk viszonylag állandó eszköztárral megfigyelt, műholdas adatokkal. Ebből a körből a 2. ábrán az alsó troposzféra hőmérsékletét ábrázoljuk mikrohullámú műholdas mérések alapján, míg a 3. ábra az északi félgömb hótakarójának kiterjedését mutatja be, felszíni és műholdas adatok alapján. Mindkét ábra igazolja, hogy éghajlatunk több évtized óta folyamatosan melegszik.
A változás lehetséges okainak vizsgálata
Az éghajlati rendszer melegedését minden bizonnyal okozó üvegházhatású gázok térbeli és időbeli elrendeződése igen egyenletes. Emiatt az ilyen gázok megfigyelése nem elsőrendű célja a műholdas megfigyeléseknek. Az aeroszol részecskék okozta fénygyengítés globális megfigyelése pedig alig két évtizedes múltra tekint vissza.
Emiatt a 4. ábrán csak a legutóbbi, éghajlati szempontból jelentős vulkánkitörés, a Fülöp-szigeteki Mount Pinatubo 1991. júniusi kitörésének hatását ábrázoljuk. A sok kén-dioxidot nagy magasságba, a sztratoszférába feljuttatni képes vulkánok kitörése nyomán nagyságrendekkel megnő a légkör fénygyengítése, elsősorban a bejövő sugárzásnak a világűr felé történő visszaszórása révén . Az ábra nemcsak azt mutatja be, hogy milyen kiugró volt az 1991. évi kitörés hatása, de azt is, hogy milyen jelentéktelen volt a 2010. áprilisi izlandi vulkán napsugárzást gyengítő hatása.
Tudományos igényű éghajlati előrejelzések csak az ún. éghajlati modellek felhasználásával készülhetnek. Emiatt nagy jelentőségűek azok a vizsgálatok, amelyek a klímamodelleket tesztelik. Ilyen tesztelés eredményeit mutatja be az 5. és 6. ábra.
Előbbi arról szól, hogy az időjárás 3–10 napos előrejelzése mennyire sikeres ugyanolyan légköri modell felhasználásával, mint amilyen a klímamodellekben is működik. A magas és egyre tovább javuló korrelációs együtthatók alátámasztják a modell alkalmasságát a nagytérségű légköri folyamatok leírására. Műholdas szempontból legalább ilyen fontos, hogy a színes sávok alsó, illetve felső határai közötti távolság egyre szűkebb, sőt a 2000-es évek elejére el is tűnik. Márpedig ez azt jelenti, hogy a déli félteke előrejelzéseinek beválása ugyanolyan jó, mint az északi félgömbre vonatkozó előrejelzéseké, ami csak úgy lehetséges, hogy a műholdakról származó információ ki tudja egyenlíteni a felszíni megfigyelések térbeli sűrűségében – az óceánok sokkal nagyobb aránya miatt – fennálló, nyilvánvaló különbségeket.
A 6. ábra szerint a légkör vízgőztartalmának változásait jól visszaadja egy olyan klímamodell, aminek kalibrálásához csak a tengerfelszín hőmérsékletét használták fel. Ennek a példának további jelentősége, hogy szemléletesen cáfolja azokat a feltételezéseket, amelyek szerint az üvegházhatású gázok légköri mennyiségének a növekedése azért nem vezet jelentős felmelegedéshez, mert a melegedéssel párhuzamosan csökken a légkör vízgőztartalma. Ugyanis, ha ezt az ábrát összevetjük a 2. ábrával, akkor megállapíthatjuk, hogy az 1980-as évektől kezdve a globális melegedéshez a vízgőztartalom emelkedése társult!
Mit tudunk a klímaváltozásról, és mit nem?
A felszíni és a műholdas mérések alapján az ma már érdemben nem vitatható, hogy bolygónk éghajlata változik. Ezt a változást a légkör, az óceánok és a jégtakaró egyértelműen tanúsítják, de számos jele mutatkozik a szárazföldek és a bioszféra adataiban, noha e szférákban rövidebbek a megfigyelések, és a folyamatokat más emberi beavatkozások is terhelik. Maga a felmelegedés az ipari forradalom kezdete óta a felszín közelében földi átlagban immár meghaladja az 1 Celsius-fokot. Csak a szárazföldek fölött a változás ennek közel kétszerese. Ez a változás ma még kisebb ugyan a földtörténeti korok éghajlatai közötti legnagyobb különbségnél, de ha a változás sebességét vesszük alapul, akkor egy-két nagyságrenddel (tízszeresen, százszorosan) felülmúlja a geológiai korok változásait.
Tudományos viták ma legfeljebb csak arról folyhatnak, hogy biztosan az ember-e a változások okozója. Az üvegházhatású gázok szerepének legfőbb bizonyítéka az, hogy az éghajlati modellekben a megfigyelt felmelegedés csak úgy szimulálható, ha az emberi tevékenység folytán felerősödő antropogén hatásokat is figyelembe vesszük (7. ábra).
Az elmúlt száz év változásainak sikeres szimulációja egyben azt is valószínűsíti, hogy a modellek érzékenysége a külső tényezők változásaival szemben ugyancsak megfelel a valós érzékenységnek, vagyis a jövőre vonatkozó prognózisok bizonytalansága elsősorban abból fakadhat, hogy milyen mértékben sikerül majd korlátoznunk az üvegházgázok kibocsátását.
Hivatkozások
- ECMWF (2020): Anomaly correlation of 500hPa height forecasts. https://www.ecmwf.int/en/forecasts/charts/catalogue/plwww_m_hr_ccaf_adrian_ts?facets=Type,Verification&time=2020021100 (letöltés ideje: 2020. 10. 06.).
- IPCC (2007): Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007 (eds. S. Solomon et al.). Cambridge, UK – New York, NY, USA: Cambridge University Press.
- IPCC (2013): Climate Change 2013: The Physical Science Basis (eds. T. F. Stocker et al.). Cambridge, UK – New York, NY, USA: Cambridge University Press.
- Liebig, V. (2010): Satellite Missions for Climate Observations. “New Space Missions for Understanding Climate Change” Summer School Alpbach 2010, 27 July-August 5, Alpbach, Austria. www.summerschoolalpbach.at (letöltés ideje: 2020. 10. 06.).
