Párhuzamos klímajövők

2023.03.20.
Párhuzamos klímajövők
Az ELKH-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport munkatársai a káoszelmélet alapján új, az eddig ismertnél szigorúbb feltételt fogalmaztak meg arra, hogy egy klímamodell mikor adhat megbízható előrejelzést. E feltétel alapján a szerzők azt találták, hogy a sokaságszimulálással készült jóslatok jól tükrözik a valóságban zajló klímaváltozást.

Az időjárás és a klíma előrejelzése manapság párhuzamos futtatásokkal, ún. sokasági szimulációkkal történik. A szimulációk ugyanazon fizikai törvényeket követik, csupán kezdeti feltételeikben különböznek. Ezekből számos lehetséges, de különböző életút fejlődhet ki, amint az megszokott minden kaotikus vagy ahhoz hasonló esetben. Az egyszerű kaotikus rendszerek viselkedésére vonatkozó kutatások megmutatták, hogy a sokaság csak egy bizonyos idő eltelte, az indításra jellemző részletek elfelejtése után írja le hűen a lehetséges viselkedések tárházát. Ennek megfelelően a numerikus klímasokaság adatai is csak relatíve hosszú idő után tekinthetők megalapozottnak, akkor, amikor a sokaság már „konvergált” sokaság. A konvergálás ideje azonban a szimulálás kezdete után több évtizedet ölel fel. 

A konvergencia bekövetkezését az új tanulmány szerzői, Herein MátyásTél Tamás és Haszpra Tímea sajátos grafikus ábrázolás alkalmazásával fejezik ki. Ehhez az egyik legfejlettebb klímamodell sokasági szimuláció, a CESM1-LE adatait használják. Amint az 1. ábrán látszik, a sokasági szimulálás 1920-ban kezdődik, és 40 életutat követ 2021-ig. A modell egyik fő hajtóereje az üvegházgázok megfigyelt koncentrációinak eltolódása, amely 2005-ig a méréseket, utána a modellbe beépített koncentráció előrejelzéseit követi.

1. ábra: A CESM1 klímamodell sokasági szimulációjának eredményei a Föld TS-sel jelölt felszíni globális átlaghőmérsékleteire 40 szimulációban. A konvergencia elérése előtti 40 évben minden szimuláció eredménye más színnel jelenik meg. A konvergált tartományban azonban (amikor az eredmény már nem függ a sokaság kezdeti feltételeinek megválasztásától) a lehetséges értékeket szürke satírozás jelzi. Ebben a tartományban a folytonos fekete görbe a sokaság átlagértékét jelöli, a szaggatott görbék pedig az átlag körüli szórását. A kék görbe a valóságban mért értékek adatsora.

"Az életutaknak megfelelő görbéket a konvergencia elérése előtt különböző színekkel jelöltük, kifejezvén azt is, hogy ezek a görbék még emlékeznek a kiindulási állapotra. A konvergencia bekövetkezése után már csak szürke satírozást használtunk, hiszen nincs értelme a megkülönböztetésnek: az életutak összessége, vagyis a konvergált sokaság jelenti a klíma szubjektív elemektől mentes leírását – magyarázza Herein Mátyás. – Jól megfigyelhető, hogy a szürke sáv kb. 1970-től növekvő tendenciát mutat, az átlaghőmérséklet emelkedik, klímaváltozás történik."

Ebből még nem következik, hogy a modell megbízható, vagyis jól tükrözi a valóságban zajló klímaváltozást. Ahhoz még össze is kell vetni a kapott adatokat a felszíni átlaghőmérséklet-méréseken alapuló, megfigyelt értékeivel. Ezt az 1. ábra kék görbéje teszi lehetővé, amely az egyik megbízható mérési adatsort mutatja (a többi nagyon kevéssel tér el ettől).

Bár a kék görbe a konvergencia beállása, 1960 után a szürke sávba esik, látni kell azt is, hogy nem a szürke sáv közepén halad – jegyzik meg a kutatók. Az előrejelzés megbízhatóságának a káosz tulajdonságaira alapozva ugyanis éppen az a feltétele, hogy a mért adatok (egyetlen) görbéje teljes szélességében járja be a konvergált sokaság szürke sávját. 

A bemutatott modell tehát 2005-ig megbízhatóan követte, az azt követő másfél évtizedre pedig megbízhatóan jelezte előre a valóságot a vizsgált változóban. A szerzők ugyanakkor hangsúlyozzák, hogy az 1. ábra, mely csupán a a Föld felszíni átlaghőmérsékletének időbeli változását illusztrálja, még csak szükséges feltétele a megbízhatóságnak: a teljes megbízhatósághoz legalább az összes lényeges globális mennyiségnek is ilyen egyezést kell mutatnia.

2. ábra A konvergált 40 elemű sokaság TS értékeinek előfordulási gyakoriságát a szerzők szürke színezéssel adják meg minden egyes évben, a színkód mutatja az alkalmazott gyakorisági intervallumokat. Az ábra annak a valószínűségével arányos, hogy az egyes lehetséges átlaghőmérséklet-értékek milyen eséllyel fordulnak elő (a fekete a legvalószínűbb).

A klímában is tehát, mint minden kaotikus rendszerben, az előrejelzés valószínűségi értelemben teljesen pontos, a sokaságszimulálások éppen ezt teszik lehetővé. Az ELTE fizikusai az ilyen szimulálások fogalmi hátterét egy nemzetközi csoport tagjaiként korábban elsőként vizsgálták a káoszelmélet szellemében, a most közzétett 2. ábra pedig már a különböző párhuzamos klímákban lehetséges hőmérsékletek megvalósulási esélyeit tükrözi.

Az illusztrációt a szerzők készítették.

Forrás: elte.hu