Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
A CSAPADÉK VÁLTOZÁSA AZ ALPOK ÉS A KÁRPÁTOK TÉRSÉGÉBEN AZ ÉGHAJLAT MELEGEDÉSÉVEL PÁRHUZAMOSAN Mika János1, Bálint Gábor2, Albert Kornél3, Imecs Zoltán4, Kósa Emőke Réka5 Összefoglalás Tanulmányunkban egy viszonylag rövid, globálisan melegedő időszakban vizsgáljuk a csapadékviszonyok alakulását a hazánk hidrológiai viszonyait meghatározó alpi-kárpáti térségben. A vizsgálatok alapmódszere a helyi csapadék és a félgömbi átlaghőmérsékleti sorok közötti lineáris regressziós kapcsolat számszerűsítése az ún. instrumentális változók módszerével. A vizsgált időszak az 1974 és 1998 közötti 25 év, amikor a félgömbi hőmérséklet erősen melegedő (+0,26 K/évtized) trendet mutatott. A regresszió független változója a félgömbi átlaghőmérséklet; míg függő változóként a felső-Duna vidéki terület 76 állomásán megfigyelt csapadék szerepel, amelyek a felső-Duna vízgyűjtőjén, hat országban találhatók. Vizsgálatainkban az ún. instrumentális változó az egymás utáni évek sorszáma, ami a fenti időszakban 0,83 korrelációs együtthatójú, pozitív kapcsolatban állt a félgömbi hőmérséklettel, de feltehetően nincs kapcsolata annak hibáival, sem a csapadék reziduális értékeivel. Az instrumentális változók módszere szerint a nyári félévben hazánk területét, a Kisalföld és az Északi-középhegység kivételével, csökkenő csapadék jellemzi. Ennek mértéke 0,5 K globális melegedésre alig pár %, s a zérus vonal közelsége miatt valószínűleg ez sem szignifikáns. Tőlünk keletre az együtthatók egyértelműen negatívak, míg nyugatra pozitívak. A téli félévi változás hazánkban mindenütt negatív, -10-20 % -os jellemző értékkel. Tőlünk keletre erős, helyenként -30 %-ot elérő a 0,5 K melegedésre számított csapadék-csökkenés. Növekvő csapadék tőlünk nyugatra található, az Alpokban +25 %-os maximummal. A csapadék-adatok kirívó hibáit előzetes cluster-analízissel igyekeztünk kiszűrni, amely eljárás után a kapott al-régiók egyben az állomásonként kiszámított regressziós együtthatók magasság-függésének becsléséhez szükséges összevonásokat is megalapozta. Az együtthatók egyértelmű, tiszta magasság-függését csak az Alföld-Erdély-Partium térségben sikerült kimutatni: a tengerszint feletti magasság e térségben fokozza a melegedéssel párhuzamosan itt tapasztalt szárazodást. Az Alpok keleti térségeit, a Kárpátok Szlovákiai vonulatát, valamint a Dunántúlt tartalmazó régióban télen, ill. a téli félévben a csapadék növekedését mutató együtthatókat a tengerszint feletti magasság szintén erősítette. A csapadékváltozások magasság-függését egy másik, heurisztikus közelítéssel, a csapadék éves menetét jellemző első és második Fourier-együttható magasság-függésének alakulásával is számszerűsítünk. Az éves menet e komponensei önmagukban is érdekes területi elrendeződést mutatnak, ám e komponensek – mint a lassú klímaváltozás más időléptékű, esetleg alkalmas analógjai - magasság-függése az előző módszerrel szinte semmiben nem egyező eredményt szolgáltat. Emiatt az éves menet e vonatkozásban sem alkalmas modellje a lassú változásoknak, feltéve, hogy az előző eljárás, az instrumentális változók módszere azt jól tükrözi. 1
Dr. Mika János tudományos tanácsadó Országos Meteorológiai Szolgálat, H-1525 Budapest, Pf. 38,
[email protected] 2 Bálint Gábor, Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Rt. (VITUKI) 1095 Budapest, Kvassay Jenő út, 1.,
[email protected]; 3 Albert Kornél, Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Rt. (VITUKI) 1095 Budapest, Kvassay Jenő út, 1. 4 Babes-Bolyai Tudományegyetem, Földrajzi Kar, Kolozsvár, Románia, Clinicilor 5-7,
[email protected] 5 Babes-Bolyai Tudományegyetem, Földrajzi Kar, Kolozsvár, Románia, Clinicilor 5-7,
1
Mika János: A Csapadék változása az Alpok…
Bevezetés Magyarország vízkészletének nagy része (95-97 %-a) a szomszédos hegyvidékekből folyóiból érkezik. Ezért a terület érzékeny a 46 közepes ill. nagy folyó áradásaira. Minthogy a vízhozam hosszú távú változásai - legalábbis részben - összefüggnek a globális klímaváltozással, a hidrológiai célú éghajlati forgatókönyvek nem lehetnek teljesek a felsőDuna vízgyűjtő távolabbi területeire vonatkozó becslések nélkül. A klímaváltozás kutatásának ugyanakkor alap-problémája, hogy még nem ismerjük, ill. nem tudjuk végigszámolni a jelenségkör összes folyamatát. A klímaváltozás iránya és sebessége emiatt nem jelezhető előre teljes bizonyossággal, s különösen így van ez dolgozatunk tárgya, a csapadék esetében. A csapadék sokévi átlagértéke több tényezőtől függ: a nedves légtömegek óceáni forrásától mért távolságtól; a konvektív aktivitás mértékétől; a tengerszint feletti magasságtól, az uralkodó áramlási irányokhoz viszonyított kitettségtől, stb. A feltételezett globális klímaváltozás a 2. tényezőre közvetlen hatást gyakorol, de a nagytérségű cirkuláció várható módosulásával együtt a másik három faktor szerepe is módosul. Jelenleg nem ismeretes világszerte általánosan elfogadott módszer a globális klímaváltozással párhuzamosan várható helyi változások becslésére. A leskálázásra használt bonyolultabb módszerek mellett – amelyek a napi cirkulációs típusok gyakoriság-változásain alapulnak (Bardossy és Plate, 1992, Bartholy és mtsai, 1995) – Mika (1988, 1998) a lokális és félgömbi változók közötti, sokkal egyszerűbb regressziós becslést ajánlott. E módszer azonban hosszú, kb. 100 éves adatsorokat igényel. Ilyen adatsorok leggyakrabban csak a könnyen megközelíthető, síkvidéki, vagy középhegységi területekről állnak rendelkezésünkre, emiatt a leginkább megalapozottnak mondható forgatókönyvek is e térségekre vonatkoznak. Számos, komplex domborzatú térségben ugyanakkor gyakorlati szempontból (hidrológia, ökológiai potenciál, stb.) is fontos volna a tengerszint feletti magasság esetleg eltérő érzékenységet kiváltó területein pontosabban ismerni a várható klímaváltozás mértékét. Ezért a jelen tanulmány a klímaváltozás leskálázásának új megközelítését mutatja be, majd az éves, menet harmonikusainak elemzésén alapuló, alternatív módszert megkísérel alkalmazni. Alkalmazott módszerek Regresszió-becslés az instrumentális változók módszerével Az alábbi módszer a teljesebbnek gondolt, ún. szeletelés módszerének (Mika, 1988, 1998) egyszerűsített változata, amely nem igényel száz év körüli hosszú idősorokat, viszont éppen a vizsgált időszak rövidebb volta miatt inkább hordozhatja az adott periódus olyan esetlegességeit, amelyek nem volnának a jövőbe extrapolálhatóak. A kényszerű kompromisszumot a kellő térbeli sűrűségű, hosszú, száz éves sorok hiánya okozza a vizsgált térségben. Ugyanakkor, mint azt Jankó Szép (1999) kimutatta, a keleti Kárpátok vidékére a szeletelés módszere sem ad egyértelmű eredményt a helyi csapadék és a félgömbi hőmérséklet kapcsolatára. Az Y=Y0+bX sztochasztikus lineáris összefüggés b regressziós együtthatója megközelítésének egyik módja az úgynevezett instrumentális változó módszere, melyet először Groisman, Vinnikov és szerzőtársaik használtak (Vinnikov, 1986) a klimatológiában. Ez az eljárás (Fomby et al. 1984, Körösi et al. 1990) abban az esetben ajánlott, amikor korrelációt feltételezünk a független változó megfigyelt értékei és a függő változó reziduális értékei között. Ebben az esetben a hagyományos módszer b megbecsülésére
2
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
inkonszisztensnek bizonyulhat. Az instrumentális változó metódusa az alábbi kritériumokat követeli meg: • nem elhanyagolható korreláció a független változó megfigyelt értékeivel; • zérus korreláció a független változó hibáival; • zérus korreláció a függő változó regresszió utáni reziduális értékeivel. A Z instrumentális változó esetén a kapcsolat lineáris regressziós együtthatóját az alábbi kovarianciák hányadosaként számítjuk ki: cov (Y,Z) b = ---------------cov (X,Z)
Az X független változó a félgömbi átlaghőmérsékletek sorozata (Jones, 1994; és kiegészítései). A mi megközelítésünkben az instrumentális változó a 25 éves felmelegedési periódus évei, melyekre megfelelő számú csapadék-adatunk van a vizsgált területen. A periódust úgy választottuk meg, hogy a félgömbi hőmérséklet monoton változása biztosítsa az X és Z közötti szignifikáns korrelációt. Az 1974-1998-as melegedő trendű periódus regressziós és korrelációs becslései az I. táblázatban láthatók. Az alkalmazott eljárás lehetővé teszi a regressziós együttható torzítatlan, pontszerű becslését. Ugyanakkor, nehéz szignifikancia kritériumot megadni ezen a pontszerű becslésekhez (Vinnikov, 1986), ami kétségkívül hátrányt jelent a hagyományos regressziós közelítésekkel szemben, melyek azonban - mint már említettük - hosszabb idősorokat igényelnének. 1. táblázat. Félgömbi hőmérséklet-tendenciák és közelített korrelációs értékeik az 1974-1998 alapperiódusban és az összehasonlításra használt másik kettőben. dT/dt (K/10 év) r (T,t) Periódus regressziós együttható korrelációs együttható 1974-1998 (melegedő trend) +0.825 +0.261 0.004 A regressziónak egy, a szokásosnál komplexebb megközelítésének szükségességét Mika (1994) igazolta egy még rövidebb, 15 éves periódus esetében: hagyományos legkisebb négyzetes módszerrel alig kaptunk szignifikáns regressziós együtthatót közép-Európa négy országában. Ugyanez volt megfigyelhető a jelenlegi adatsoron elvégzett számítások során is. Az évi csapadék és félgömbi átlaghőmérséklet között fennálló 76 regressziós együttható közül csak 19 (25%) volt 95%-os szinten szignifikáns az 1974-1998-as periódusban. Az új megközelítés, melyet a hosszú sorozatok hiánya miatt fejlesztettek ki, a Vinnikov és munkatársai által alkalmazott módszer (Vinnikov, 1986) és a van Loon és Williams (1976) kombinációja. Az első az instrumentális változók alkalmazása a félgömbi és regionális változók közötti regressziós együthatóinak becslésére a mienknél hosszabb adatsorokból. Az utóbbi a helyi trendek földrajzi eloszlásának elemzése monoton 30 éves periódusokra. A területi felosztása cluster-analízis alapján A cluster-analízis célja a szingularitások (hibás adatok) felfedése, valamint a csapadék évközi eloszlásának régiókba csoportosítása, de az eljárást a regressziós becslések további értel-mezéséhez is fel volt használtuk. Pontosabban a - csapadékmennyiségek közötti – euklidészi távolságon alapuló hierarchikus egyesítést használtuk. Az összevonást Ward módszerével (Ward, 1963) végeztük, amely a változók szórásnégyzetét minimalizálja az egybe tartozó clusterek meghatározására. A számításokat a STATISTICA for Windows 5.0 program felhasználásával végeztük.
3
Mika János: A Csapadék változása az Alpok…
A további elemzésekhez használt helyi adatbázis a klimatológiai és hidrológiai állomások havi csapadékösszegeit tartalmazza a teljes, illetve csaknem teljes Felső-Duna vízgyűjtő területéről, ezen adatok részei lévén az 1974-1998 alapperiódus nemzetközi adatcseréjének. A hiányzó adatok helyettesítése a területi összefüggések figyelembe vételével történtek. A területi lefedés hat ország részeit tartalmazza, úgy mint Németország, Ausztria, Csehország, Szlovákia, Magyarország és Románia. A cluster-analízis a téli és a nyári félévben 7 ill. 9 régiót eredményezett (1. ábra). Az eredmények összevonásával 11 al-régiót képeztünk, megőrizve a leggyakoribb félévi kombinációkat, de a kevesebb, mint 4 (legtöbbször 1, vagy 2) állomást magában foglaló clustereket összevontuk a gyakoribbakkal. A kialakult al-régiók meglehetősen szabályosan helyezkednek el a régió térképén, kivéve két régió-párt (C+D, illetve B+E), amelyek tagjai néhol, szporadikusan keverednek a Nyugati-Alpok és Keleti-Kárpátok régióiban, ahol nagyok a magasság-különbségek az állomások között. A továbbiakban e két régiót külön tárgyaljuk. 1. ábra. A vizsgált térség, felső-Duna vidéki térség, benne a cluster-analízissel meghatározott al-régiók. (A pontok az operatív állomásokat jelölik, a felhasznált 76 pontot l. a 3. ábrán.).
Az éves menet 12, 6 és 4 havi hullámai A periodikus adatsorok közelítése gyakran trigonometrikus polinomokkal történik. Dolgozatunkban a Jordan Károly féle módszert (Dobosi és Felméry, 1994) alkalmazzuk, amelynek kiindulása, hogy adottak az x fokozatok és a nekik megfelelő y (x) mennyiségek az x= 0, 1,…, N értékekre. Esetünkben N=12. Célunk az eredeti függvény harmonikus függvények összegeként y=y0+Σϕm alakú közelítése, ahol ϕ = a m2 + b m2 cos (ω − ω m ) . Ha az m
ismert x és y értékek száma 12, és csak az első két komponensre vagyunk kiváncsiak, akkor az am és bm együtthatók: ao = κ yi/12, vagyis az yi értékek átlaga, továbbá
σy 1 σy 6
2♠ x 1 Υ 12 6
a
1
Υ
1 6
y cos
b
1
Υ
1 6
y sin
a
2
b
2
1 6 1 Υ 6
4♠ x 1 Υ y 12 6 4♠ x 0 , 866 Υ y sin 12 6
4
Υ
y cos
2♠ x Υ 12
σ
0
Ε
3
0
y
Ε
y
9
Χ
y
≅y
1
≅y 0 , 5 ≅y
Χ 0 ,5
6
Χ
6
Χ
1
Ε
y
y 2
3
Χ
Ε
y
2
Χ
y
Χ
y 7
y
9
Χ
5
10
y
Ε
Χ 0 ,5
y
8
y
Ε
Ε
7
4
Ε
y
Ε
≅y
1
y
4
ΑΧ
y
8
11
ΑΧ
Χ
y
5
Ε
y
5
≅y
0 , 866
0 , 866
≅y
Χ
y
7
y
Ε
y
10
Χ Ε
2
11
y
11
1
Χ
Ε
Α
y
Χ
y
y
2
4
11
Ε
Ε
y
Ε
y
y
8
4
5
Ε
Ε
y
Ε
y
y
10
8
Αυ Αυ
7
Ε
y
10
Αυ
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
A fenti módszert a 76 állomás sokévi (1974-98 közötti) csapadék-átlagaira alkalmazzuk. A számítások célja a csapadék átlagos évi összegének, valamint az éves menet első (12 hónapos), második (6 hónapos), illetve harmadik (4 hónapos) harmonikus komponensét jellemző amplitúdók meghatározása. Ezek az amplitúdók (C1, C2, C3.) az előző oldal (2) egyenletének utolsó kifejezésében a cos (± -±m) együtthatói, melyekre (Ci)2 = (ai)2 + (bi)2 . Eredmények A regressziós becslés eredményei A regressziós meghatározása 12, 6, 4, 3 (2 féleképpen), 2 illetve egy hónapos felbontásban történt. Pontosabban, a 0,5 K félgömbi felmelegedésnek megfelelő csapadékváltozás becsült értékét az előbbi bontásokban határoztuk meg a 25 éves átlaghoz viszonyítva. Kiszámítottuk a csapadék százalékos, relatív változásait és elvégeztük az összehasonlítást a csapadék évközi változásai (clusterek) és lassú trendjei (regressziók) között. A csapadék sorozatok évközi változásának cluster-analízise által meghatározott 9 régióban az oda tartozó állomásokon a csapadék-trendek hasonló előjelűek, vagyis a két időskála eredményei az egyes régiókon belül hasonlóak. Az eltérő trendek aránya messzemenően kisebb, mint az előzetes cluster-analízis nélküli, a teljes terület valószínűbb előjelén alapuló hányad (2. ábra). 2. ábra. Azon állomások százalékos aránya a 9 alrégió átlagában (oszlopok), amelyek regressziós együtthatója eltér az al-régió jellemző viselkedésétől. A satírozott háttér az előzetes csoportosítás nélküli, legkedvezőbb arány, mint viszonyítási alap. 50 40 30 20 10 0 12
6
4
3
3
2 2
1 1 1 1
2. táblázat. A 0.5 K félgömbi felmelegedésnek megfelelő évi, ill. évszakos csapadékváltozás: a régiók átlag, minimum és maximum együtthatói (a 25 év átlagának százalékában).
Reg. A 7 állomás Reg. B+E 13 állomás Reg. C+D 8 állomás Reg. F 10 állomás Reg. G
Jellemző állomás Linz Brno Zalau Odorhei Klippeneck Augsburg Kecskemét Arad Bratislava
Átlag Min/max Átlag Min/max Átlag Min/max Átlag Min/max Átlag
Évi +16 +5 +34 -27 -50 -1 -12 -21 +5 -6 -12 +3 -1
Tél -14 -35 +19 -26 -68 - 1 -27 -48 - 8 -4 -19 + 8 -28
Tavasz +33 +13 +59 -24 -40 - 4 -10 -23 +15 -11 -36 + 9 +9
Nyár +18 - 2 +47 -35 -56 -14 -6 -23 + 6 -18 -44 + 3 -10
Ősz +23 - 1 +58 -16 -45 +26 -6 -26 +28 +15 - 7 +33 +22
5
Mika János: A Csapadék változása az Alpok… 9 állomás Reg. H 7 állomás Reg. I 6 állomás Reg. J 9 állomás Reg. K 7 állomás
Siófok Holesov Chopok Lienz Bruck.. Mur Regensburg Innsbruck Debrecen Baia Mare
Min/max Átlag Min/max Átlag Min/max Átlag Min/max Átlag Min/max
-20
+13
-51 -16 -41 -57 -27 -14 -51 + 8 -19 -29 - 3 -30 -71 - 5
-1 -8
+6
+10 +34 -2 -10 +5 -19 -40 -8 -10
- 8 +29 +16 +6 +22 -4 -60 +32 -1 -21 +13 -8 -24 + 9
-39 +29 +2 -11 +25 +8 - 8 +30 +3 -13 +23 -35 -73 -14
-4
+42 +7 -9 +17 +37 +23 +64 +4 - 6 +24 -0 -20 +23
3. ábra. A 0,5K félgömbi felmelegedésnek megfelelő csapadékváltozás átlagos együtthatói felülről lefelé: évi összeg; nyári félév; téli félév. (A számozottt-ek a 76 állomást jelölik.). 7
50.00
61
23 48.00
46.00
24
25
26 66 28 27 65 68 6755 69
24
25
59
50 51
39 45
41 40 54 46 60 44 43 47 42 32
4 56 58
14.00
16.00
18.00
6
48
52
53
72 8 71 70 74 9 73 10 11 36 75 29 13 12 33 35 31 15 16 76 34 37 14 18 30 19 17 38 20
20.00
50 51
49 1 3
26 66 28 27 65 68 6755 69 57
10.00
5
22 64
63
59
12.00
2 4 56 58
14.00
39 45
41 40 54 46 60 44 43 47 42 32
16.00
22.00
24.00
18.00
52
53
72 8 71 70 9 74 73 10 11 36 75 29 13 12 33 35 31 15 16 76 34 37 14 18 30 19 17 38 20
20.00
22.00
24.00
7 61
24
62
5
22
64 63 66 26 28 27 65 68 6755 69 57
10.00
1 3 59
12.00
-40
6
48
50 51
49
25
-60
6
57
62
21
46.00
48
7
50.00
23 48.00
3
2
61 21
46.00
1
12.00
50.00
23 48.00
6
49
64
63
10.00
5
22
62
21
2 4 56 58
14.00
-30
-20
39 45
41 40 54 46 60 44 43 47 42 32
16.00
-10
0
18.00
10
20
52
53
72 8 71 70 74 9 73 10 11 36 75 29 13 12 33 35 31 15 16 76 34 37 14 18 30 19 17 38 20
20.00
30
40
22.00
24.00
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
Néhány ritka kivételtől eltekintve, az ábra satírozott, háttérben mutatott változója (vagyis a véletlenszerű, az előzetes cluster-analízis nélküli regresszió) megfelel a pozitív regressziós együtthatók arányának. E kivételek, ahol a negatív együtthatókhoz kell viszonyítanunk (ti. a pozitívak vannak többségben): ősz (szeptember-november), kéthavi átlagok (március-április, szeptember-október), valamint néhány egyedi hónap (április, szeptember és november). A csapadék és a félgömbi melegedés kapcsolatának első szembetűnő jellemzője a földrajzi hosszúság (Atlanti-óceántól vett távolság) szerinti nem-linearitás. A keskeny, alig 4 fokot kitevő övezetben a földrajzi szélesség hatása a csapadékra a teljes felső-Duna vízgyűjtő tekintetében nem kimutatható. A tengerszint feletti magasság hatását, valamint a horizontális koordináták nagyobb térségeken belüli szerepét a 3.2 pontban ismertetjük. Az évi és évszakos változások szignifikáns értékei az 2. táblázatban (voltak) láthatók. Az évszakok nem egyszerűen a konvencionális átlagolás periódusai, hanem abban az értelemben is optimálisak, hogy a szomszédos hónapok együtthatói a 76 állomáson ilyen bontás mellett állnak a legközelebb egymáshoz. Amint az 2. táblázat is mutatja, ezen évszakos változások különböznek az egyes al-régiókban és ugyancsak, különböznek az évszakok között is. Ha a 76 rácspontban becsült regressziós együtthatókat megszorozzuk a 2-3 évtized múlva várható 0,5 K félgömbi melegedéssel (ami nagyjából a 25 év adatain alapuló regressziós kapcsolat értelmezési tartománya is), akkor közvetlen csapadék-változásokat kapunk, amelyek azonban nagyon függnek az alap-mennyiségtől, a csapadék sokévi átlagától. Javítja a változás területi elrendezésének áttekintését, ha e változásokat relatív egységben, a 25 évi átlagok %-ában adjuk meg, majd interpoláljuk. (3. ábra). A tengerszint feletti magasság hatása a regressziós együtthatókra Az együtthatók egyértelmű, tiszta magasság-függését csak az Alföld-Erdély-Partium térségben (B, E, F és K al-régiók) sikerült kimutatni (3. táblázat). A tengerszint feletti magasság itt fokozza a melegedéssel párhuzamosan tapasztalt szárazodást: 100 m magasságnövekedéshez 1-3 %-kal erősebb csapadék-csökkenés tartozik. A négy térségben összesen vizsgált 30 állomás esetében a kapcsolatok 0,40 - 0,74 közötti többszörös korrelációs együtthatói minden esetben legalább 95 %-os szinten szignifikánsak. Az óceántól való távolság erősíti a csapadékcsökkenést (ti. amikor egyáltalán szignifikáns a hatás). 3. táblázat. A magasság, a földrajzi szélesség és a hosszúság hatása a csapadék relatív érzékenységére, azaz a 8. ábra szerinti, 0,5 K félgömbi melegedéshez tartozó %-os változásra. A mértékegységek: %/100 m; %/szél. fok; %/hossz. fok. Csak a forward step-wise regresszióval (beválasztási küszöb: F ≥ 2.0) szignifikáns változásokat tüntettük fel. Nagy- Együtthatók régió (3 regr. e.h.) Korr. eh. C, D, Tszf. mag. Szélesség J 17 áll. Hosszúság
Évi össz. 0,58 -----5,5
Téli Nyári Novfélév félév feb 0,67 0,52 0,38 ------8,6 -----8,6 4,8 -4,8
Márjún 0,54 0,5 ---3,8
Júlokt 0,69 ----7,9
Korr. eh. A, I, Tszf. mag. H, G Szélesség 29 áll. Hosszúság
0,40 -----2,5
0,68 1,1 ---4,7
0,36 --5,3 ---
0,67 1,2 -8,1 -1,8
0,60 --11,6 -2,5
0,31 -----2,6
0,50 1,6 -5,6 ---
0,42 --9,5 ---
0,49 --9,7 -3,5
0,62 ---6,5 -3,7
Korr. eh. B, E, Tszf. mag. F, K Szélesség 30 áll. Hosszúság
0,66 -1,7 ---2,8
0,41 -2,0 -----
0,67 -1,7 ---3,3
0,67 -2,6 ---3,9
---------
0,74 -1,6 -2,0 -6,0
0,54 -2,7 -2,4 ---
0,40 -1,6 -----
0,46 -1,4 -2,9 ---
0,69 -1,6 ---7,3
Tél ---------
Tavas Nyár z 0,36 0,47 0,7 --------5,3
Ősz 0,73 ----10,1
7
Mika János: A Csapadék változása az Alpok…
Az Alpok keleti térségeit, a Kárpátok Szlovákiai vonulatát, valamint a Dunántúlt tartalmazó régióban télen, ill. a téli félévben a csapadék növekedését mutató együtthatókat a tengerszint feletti magasság szintén erősítette. E térségben 100 m magasságkülönbség 1-2 százalékkal járul hozzá a tapasztalt csapadék-növekedéshez. A földrajzi hosszúság (óceántól mért távolság) gyengíti a térség csapadék-erősödését a melegedés esetén. Az Alpok nyugati vidékén a magasság csak tavasszal befolyásolta az együtthatókat. A meghatározó tényező e térségben a földrajzi hosszúság, azaz a nedves óceáni térségektől mért távolság. Érdekes, hogy e térségben a hosszúság statisztikai hatása a hideg ill. meleg félévben eltérő. (Voltaképpen a magasság hatása itt sem zárható ki, de szerepe a hosszúságéhoz képest legfeljebb másodlagos.) Az eredményekből levonható előzetes következtetésünk tehát az, hogy a félgömbi hőmérséklettel való kapcsolat együtthatója a csapadék esetében ugyanúgy több tényezőtől függ, mint magának a sokévi átlagnak az esetében. A földrajzi koordinátáktól való függés véglegesen csak jóval több állomás és hosszabb idősorok bevonásával lesz lehetséges. (Ha a globális melegedés folytatódik, akkor minden újabb év bővíti a módszerhez használható adatok sorát.) 4. ábra. A csapadék éves menetének 1. (fenn) és 2. (lenn) harmonikusának amplitúdói (mm/hó). 50.00
48.00
46.00
44.00
42.00
40.00
38.00
10.00
12.00
14.00
16.00
1 0 .0 0
1 2 .0 0
1 4 .0 0
1 6 .0 0
18.00
20.00
22.00
24.00
5 0 .0 0
4 8 .0 0
4 6 .0 0
4 4 .0 0
4 2 .0 0
4 0 .0 0
3 8 .0 0
<5
8
5 - 10
10 - 15
15 - 20
1 8 .0 0
20 - 25
2 0 .0 0
> 25
2 2 .0 0
2 4 .0 0
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
A csapadék éves menetének eloszlása és magaság-függése A 4. ábrán bemutatott ábra-pár az első (12 havi) és a második (6 havi) harmonikus amplitúdóit mutatja a vizsgált térségben. Megfigyelhető, hogy az első amplitúdók jóval nagyobbak a másodiknál, noha itt tekintetbe kell vennünk azt is, hogy az ábrázolt különbsége kétszerese az első esetben 6, a másodikban 3 hónap alatt alakul ki. Érthető, hogy a legnagyobb éves amplitúdó az Alpok észak-nyugati oldalán látható, s a félévi amplitúdó is itt a legerősebb. Vizsgálatunknak a fenti térképek is érdekes adalékai. Fő célunk azonban az amplitúdók magasság-függésének számszerűsítése, ami a 4. táblázatban látható. Az összevont régiók az egymáshoz közel eső, a félgömbi melegedéssel szemben a fenti vizsgálatban azonos előjelű csapadék-változással reagáló térségek. Így a magasság-függést 3 al-régióban számszerűsítjük. Elsőként felhívjuk a figyelmet az évi csapadékösszeg magasság-függésének két ismert és jól interpretálható tulajdonságára: Az évi csapadék-összeg mindhárom térségben nő a magassággal, s e kapcsolatok korrelációs együtthatója mindenütt szignifikáns. A növekedés az Atlanti-óceánhoz közelebb eső régióban a legnagyobb (42,5 mm/100 m), a távolabbiban a legkisebb (27,5 mm/100 m). A hat ország 76 csapadék-állomását átfogó, teljes területre a növekedés 39,8 mm/100 m. A másik két koordináta a régiók egyikében sem mutat szignifikáns kapcsolatot az évi csapadékösszeggel, a teljes területen ugyanakkor lineáris negatív kapcsolat mutatkozik a földrajzi szélességgel. A kihullható légköri vízgőz-mennyiség szoros pozitív hőmérsékletfüggésére tekintettel, ez a kapcsolat is könnyen értelmezhető: a magasabb szélességek jellemzően hidegebb klímái kevesebb vízgőzt tartalmaznak, sőt a vertikális feláramlás, a konvekció feltételei is ritkábban alakulnak ki. 4. táblázat. A magasság, a földrajzi szélesség és a hosszúság hatása a csapadék átlagos évi összegére, az éves menet első (12 hónap), második (6 hónap), ill. harmadik (4 hónap) harmonikus komponensének amplitúdójára, valamint ezek és a havi összeg (az évi összeg 1/12-ed része) állomásonként képzett hányadosára. A mértékegységek: mm/100 m; %/100 m ill. %/szél. fok; %/hossz. fok. A t-próba szerint 95 %-nál (zárójelben a 80 %-nál) szignifikánsabb regressziós értékeket tüntettük fel. Nagyrégió C, D, J 17 áll.
Együtthatók (3 regr. e.h.) Korr. eh. Tszf. mag. Szélesség Hosszúság
A, I, H, G 29 áll. B, E, F, K 30 áll. Mind a 76 állomás
Évi össz. 0.847 42,5 ---
C1 mm/100 m 0,694 (-0,69) --12,1
C2 mm/100 m 0,654 (0,24) -(1,53)
C1/ havi ö. %/100 m 0,731 -1,42 --10,92
C2/ havi ö. %/100 m 0,351 ----
Korr. eh. Tszf. mag. Szélesség Hosszúság
0,780 36,2 ---
0,758 1,15 (-1,36) (-2,95)
0,769 0,66 ---
0,461 ----
0,430 (0,24) ---
Korr. eh. Tszf. mag. Szélesség Hosszúság
0,761 27,5 ---
0,802 1,44 ----
0,753 0,91 -0,70 --
0,401 (0,71) ---
0,456 0,54 -12,24 --
Korr. eh. Tszf. mag. Szélesség Hosszúság
0,855 39,8 -15,1 --
0,481 0,707 ---
0,682 0,577 ---
0,241 ----
0,368 -0,40 --
9
Mika János: A Csapadék változása az Alpok…
A harmonikusok függését a koordinátáktól két módon számszerűsítettük: abszolút értelemben és az átlagos havi összeg (az évi összeg 1/12 része) szerint normálva. Az utóbbira azért van szükség, mert az abszolút érzékenységben nagy szerepet játszik a sokévi átlag szoros magasság-függése, ami kihat az amplitúdókra is. E relatív viszonyítás megfelel annak, hogy a lassú változások számszerűsítésében (3.1 és 3.2 pontok) ugyancsak a sokévi átlaggal szembeni százalékos változásokat állapítottunk meg. A tengerszint feletti magasság hatása az éves menet első, második, harmadik harmonikus komponensének amplitúdójára a C+D+J nagyrégióban (nyugati Alpok) nem jellemző, mivel csak a harmadik harmonikus komponens amplitúdója esetében van a 95 %-nál szignifikánsabb regressziós érték. Az óceántól vett távolság szerint középső A+I+H+G nagyrégióban (keleti Alpok, nyugati Kárpátok, Dunántúl) ezzel szemben egyértelmű tiszta magasságfüggés mutatható ki. A B+E+F+K nagyrégióban (keleti Kárpátok, Alföld) nem egyértelmű a magasságfüggés, mivel csak az éves menet első és második harmonikus komponensének amplitúdója esetében találunk a t próba szerinti 95 %-nál szignifikánsabb regressziót. Ahol a csapadék-amplitúdók magasságfüggése e kapcsolatokban szignifikáns, ott ez többnyire (egy kivétellel a nyugati Alpokban) az amplitúdó növekedését jelenti. Diszkusszió A 0.5 K félgömbi hőmérsékletnek megfelelő lokális csapadék-változások egy-egy alrégióban általában azonos jellegűek (előjelűek), noha abszolút értékeik eléggé eltérőek. Ennek egyik oka a - valószínűleg - széles konfidencia intervallum, amit e tanulmányban nem határoztunk meg számszerűen, s amely a regresszió becslés viszonylag rövid (25 évnyi) időszakából adódik. Egy másik ok, hogy a regionális anomáliákat esetleg több félgömbi paraméter is befolyásolja, s ezek a “rejtett” változók dominánsak a félgömbi átlaghőmérséklet mellett (felett). Valószínűleg ilyen paraméter a szárazföld-óceán kontraszt (Mika, 1998), amely azonban nem mutat monoton tendenciát az 1974-1998 periódusban. A használt módszer egy további, talán még vitathatóbb mozzanata, hogy ameddig nem ismerjük a helyi csapadék és a globális (félgömbi) hőmérséklet közötti összefüggések fizikai alapjait, addig nem lehetünk biztosak benne, hogy az 1974-1998 időszakban kapott regressziós együttható érvényes marad egy másik felmelegedési időszakban is. Megvizsgáltuk, hogy teljesül-e a változások magasságtól való függésének esetleges hasonlósága az évtizedes időskálán zajló, lassú klímaváltozás és az éves menet, valamint annak második (fél éves) felharmonikusa között. Tudjuk, hogy a két folyamatot meglehetősen eltérő fizikai (sugárzási, vízforgalmi, cirkulációs, stb.) folyamatok kormányozzák, de ha pl. már a rövidebb skála is elég hosszú volna ahhoz, hogy a lényegi folyamatok egyensúlyba jussanak, akkor fennállhatna a hasonlóság. (Az éves menet és a lassú változások kérdéskörét részletesen tárgyalja Mika, 1991). A fenti eredmények alapján azonban meg kellett állapítanunk, hogy az éves menetet jellemző paraméterek regressziós együtthatói a földrajzi koordinátákkal nem egyeztek eléggé a másik módszer szerinti eredményekkel. A különbség még olyan értelemben is fennáll, hogy egy-egy al-régiónak (összevont térségnek) más-más koordinátával van kapcsolata, illetve azok - ha szignifikánsak is - gyakran eltérő előjelűek. A csapadékra tehát az a feltételezés, hogy a változások (a sokéves átlagok alapján számított) magasságfüggése közelíthető volna az éves menet hatására kialakuló, első illetve második amplitúdó magasságfüggésével, a csapadékra nem állja meg a helyét, feltéve, hogy az instrumentális változók módszere jó becslése a klímaváltozásnak.
10
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
Irodalom Bárdossy, A. and Plate, E. (1992): Space-time model for daily rainfall using atmospheric circulation patterns for precipitation events. Int. J. Climatol. 15, 1087-1097 Bartholy, J., Bogárdi, I. and Matyasovszky, I. (1995): Effect of climate change on regional precipitation in lake Balaton watershed. Theor. Appl. Climatol. 237-250 Dobosi, Z. és Felméry, L. (1994): Klimatológia. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest Fomby,T.B., Hill,R.C., and Johnson,S.R. (1984): Advanced Econometric Methods. Springer,New York Jankó Szép I. (1999): A hőmérséklet és a csapadék időátlagainak kapcsolata a globális változásokkal Románia területén. Légkör, XLIV. évf. 2. sz. 29-35 Jones, P.D. (1994): Hemispheric surface air temperature variations: a reanalysis and an update to 1993. J. Climate, 7, 1794-1802 Körösi G., Mátyás L. és Székely I. (1990): Gyakorlati ökonometria. KJK, Budapest 481 p. van Loon, H. and Williams, J. (1976): The connection between trends of mean temperature and circulation at the surface: Part I,II,III. Monthly Wea. Rev.104, 365-380;1003-1011;1592-1596 Mika J. (1988): A globális felmelegedés regionális sajátosságai a Kárpát-medencében. Időjárás 92, 178-189 Mika, J. (1991): Nagyobb globális felmelegedés várható magyarországi sajátosságai. Időjárás 95, 265278 Mika J. (1998): Globális klímaváltozás, regionális éghajlati forgatókönyvek. In: II. Erdő és Klíma Konferencia, Sopron, 1997. június 4-6, 12-17 Vinnikov, K. Ya. (1986): Sensitivity of climate. Gidrometeoizdat. 219 p. (In Russian) Ward, J.,H. (1963): Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of American Statistical Association, 58, 236- p.
11
