LABORASZTALON AZ ÉGHAJLATVÁLTOZÁS

A Föld klímatörténete ugyan egyetlen pályán halad, de modellvizsgálatokban nincs akadálya annak, hogy az időfejlődést többször is lejátsszuk. Az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport munkatársai fizikai szemlélettel vizsgálták a klímaváltozás statisztikus tulajdonságait. Eredményeikből kiderül: nagyon sok különböző klímatörténet valósulhat meg közel azonos induló feltételek mellett is.

A klímaváltozás statisztikus tulajdonságainak fizikai szemléletű vizsgálata iránt egyre növekszik a nemzetközi tudományos világ érdeklődése. Az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport munkatársainak e témával kapcsolatban egy héten belül két cikke is megjelent a Nature leánylapjában, a Scientific Reportsban. A két tanulmány szervesen kiegészíti egymást, hiszen az egyik kísérleti, a másik pedig elméleti és numerikus eredményeket mutat be, ám mindkettő azonos szemléletet követ.

Vincze Miklós, a kutatócsoport tagja és két szerzőtársa a cottbusi Brandenburgi Műszaki Egyetemről (BTU) világviszonylatban elsőként vizsgálták laboratóriumi kísérletekben az éghajlatváltozás folyamatát. Ezt a hidrodinamikai hasonlóság elve teszi lehetővé. Az elvnek köszönhetően a paraméterek megfelelő beállításával a Földünkével összevethető kiterjedésű légköri áramlások akár asztali méretű tartályokban is modellezhetők. Ilyen kísérletek nyomán megállapítható, hogy egy oldalirányú hőmérséklet-különbség által hajtott áramlás egy forgatott, sekély folyadékrétegben meglepően jól modellezi a mérsékelt övi éghajlati rendszert.

Az ELTE Fizikai Intézet Kármán Laboratóriumában és a BTU áramlástani tanszékén folytatott vizsgálatok arra fókuszáltak, hogy a kísérleti rendszerben az áramlásokat hajtó hőmérsékleti peremfeltételek lassú, „klímaváltozás-szerű” időbeli változása miképpen módosítja a modellidőjárás változékonyságát. Egy ilyen, időben folyamatosan változó rendszerben akkor nyerhetők megfelelő statisztikák, ha sok kísérletet, azaz egy sokaságot futtatunk ugyanazon időfüggő „éghajlati” gerjesztés mellett. E gerjesztés praktikusan a légkörmodell „sarki” területein előírt hőmérséklet programozott növelését s így a „sarkvidék” és az „egyenlítő” közötti hőmérsékletkontraszt csökkenését jelentette.

A kísérletek megmutatták, hogy ugyanazon gerjesztés mellett a ténylegesen megvalósuló hőmérsékleti idősorok jelentős mértékben különböznek egymástól.
Ez a tapasztalat óvatosságra int a klimatológiai előrejelzések tekintetében, hiszen a valódi földi éghajlatban csak egyetlen realizációt figyelhetünk meg, mely tehát nem reprezentatív. Az eredmények azt mutatják, hogy a kísérletbeli éghajlatváltozás helyes leírása a sokaságelemek fölött képzett átlagok s az ezek körüli ingadozások megadása.

Herein Mátyás és munkatársai az ún. pillanatkép-attraktorok elméletére alapozva megfogalmazták a párhuzamos földi klímák vizsgálatának szükségességét. Megközelítésük lényege, hogy a Föld-rendszer számos másolatát képzeljük el, melyek különböző hidrodinamikai pályákon mozognak, azonos fizikai törvényeket, peremfeltételeket követve. A peremfeltételek – mint például a légköri CO2-tartalom – időben változhatnak, azonban minden másolatban pontosan egyformán. A párhuzamos pályák sokasága klímánk különböző lehetséges élettörténeteit jeleníti meg. Tudományos értelemben megbízható előrejelzés adott jövőbeni pillanatra vonatkozóan csak az lehet, hogy a sok lehetőség közül a tipikus viselkedést és az akörüli ingadozás jellegét mutatjuk be. A kapcsolat a kísérleti munkával egyértelmű: Vincze Miklós kísérletei azonosan változó környezeti feltételek mellett éppen a lehetséges párhuzamos laboratóriumi klímaváltozatokat követték. Herein Mátyás és munkatársai egy nagyléptékű klímamodellben (az ún. Planet Simulatorban) végeztek párhuzamos futtatásokat azzal a céllal, hogy az ún. légköri távkapcsolatok helyes statisztikai leírását megadják klímaváltozás esetén. A földi rendszer egyik meglepő tulajdonsága, hogy egy adott földrajzi helyen bekövetkező változás attól nagyon távoli helyeken járhat együtt esetenként drámai időjárással. A legismertebb ilyen távkapcsolat az El Niño-jelenséghez kötődik.

A szerzők az Európára sokkal nagyobb hatással bíró Észak-Atlanti Oszcilláció (NAO) tulajdonságait vizsgálták, mely szerint az Azori-szigeteken megfigyelhető tartósan magas, illetve az Izlandon tapasztalható tartósan alacsony téli légnyomás hideg telet eredményez a mediterrán térségben. Ez jelenlegi klímánkat jellemzi, de – tették fel a kérdést – megmaradhat-e a kapcsolat a CO2-koncentráció jelentős növekedésével járó klímaváltozási szakasz után is? Azt találták, hogy a válasz minden egyes szimulált egyedi klímatörténetben más és más. A sokaság átlagos viselkedése pedig azt mutatja, hogy a klímaváltozás után szinte semmilyen tipikus kapcsolat nem jósolható meg a nyomásváltozás és a hideg tél között: a távkapcsolat megszűnik, vagyis az átlagos korreláció erőssége lényegében nullává válik.

Mindkét vizsgálat eredményeiből világosan kiderül, hogy közel azonos induló feltételek mellett valóban nagyon sok különböző klímatörténet valósulhat meg,
továbbá az is, hogy így a jövőre vonatkozóan statisztikailag megbízható kijelentések csakis e sokaságkép alapján tehetők. A fentiek szellemében pontosíthatók, megbízhatóbbá tehetők a klímaváltozásra vonatkozó előrejelzések, de a kísérletsorozat eredménye tanulsággal szolgálhat minden olyan fizikai rendszerre nézve is, melynek környezeti feltételei időben változnak, azaz „klímaváltozáson” esnek át.

Forrás: MTA