ÉSZAK- ÉS DÉL-EURÓPA HŐMÉRSÉKLET- ÉS CSAPADÉKVÁLTOZÁSAI A GLOBÁLIS HŐMÉRSÉKLET FÜGGVÉNYÉBEN Szász Csaba1 – Mika János2:
Összefoglalás A dolgozat rövid betekintést nyújt egy megújuló tudományág, a paleoklimatológia világába. Kiválasztunk néhány olyan rész-időszakot, amelyek során a csillagászati feltételek, a légkör összetétele és a jégtakaró kiterjedése nem tért el lényegesen a maitól illetve a közeljövőben várható koncentrációktól. Ezen rész-időszakok adatainak összevetésével számításokkal igazoljuk, hogy a hőmérséklet európai rekonstrukciója a különböző korokban ellentmondástól mentesen lehetséges. Ugyancsak e rekonstrukciók számértékeit, valamint a jövőt előrebecslő szakirodalmi modell-számítások együttesét használjuk fel arra, hogy meghatározzuk, mi a statisztikai kapcsolat a helyi, konkrétan észak- és dél-európai hőmérsékletváltozások és a globális átlaghőmérséklet között. A vizsgálatok célja kettős: bemutatjuk a paleoklíma forrásokból származtatott hőmérsékleti becslések illeszkedését a más korokból, jórészt egzaktabb módszerekkel származtatható adataihoz. Ezt követően pedig a rekonstruált adatokat felhasználva megmutatjuk, hogy azok milyen tapasztalati függvénykapcsolat mentén illeszkednek az évgyűrű-növekedésen alapuló (gyakran szintén paleoklíma forrásnak tekintett) közvetett történeti adatokra, továbbá a műszeres adatokból ismert közelmúltbéli és a modellezett jövőbeni állapotokhoz. Így e négyféle forrásból kirajzolódik, hogyan alakul a hőmérséklet a globális melegedéssel párhuzamosan észak- és dél-Európában. Az eddig elvégzett számítások szerint a vizsgált két térség hőmérséklete a két szélső évszakban szoros lineáris kapcsolatot mutat a globális átlaghőmérséklet alakulásával. Az eredmények egyik újszerű vonása, hogy miközben a helyi hőmérsékletváltozás mindkét térségben és szélső évszakban valamivel erősebb, mint a globális átlagé, a legnagyobb relatív érzékenység a mediterrán térség nyári hónapjaira esik. A globális változás ekkor több mint másfélszeres értékkel követő hőmérsékletváltozásban valószínűleg a felhőzet alacsony értéke játssza a fő szerepet. E hatást fokozhatja, hogy a felhőzet a passzát-övből nyáron felhúzódó anticiklonok hatására csökken, erősebb besugárzással járulva hozzá a magas helyi érzékenységhez. Bevezetés Az éghajlat várható változása korunk egyik legismertebb környezettudományi kihívása. A környezetvédelmi gondolkodás kialakulásával egy időben, vagyis nagyjából az 1970-es évektől kezdve, birkózik a klimatológia e változás számítógépes előrejelzésének feladatával. Az üvegházhatású gázok és az aeroszolok légköri feldúsulásának globális léptékű következményei a tudomány mai állása szerint előjelében és nagyságrendjében jól becsülhető. E téren legfeljebb a háromdimenziós vízkörzés, az ún. óceáni szállítószalag esetleges legyengülése, vagy más nem ismert és a modellekből hiányzó folyamat okozhat meglepetést.
1 2
Szász Csaba MSc egyetemi hallgató, Babes-Bolyai Tudományegyetem, Kolozsvár, Románia Mika János a földrajztudomány kandidátusa, vezető főtanácsos, Országos Meteorológiai Szolgálat, Budapest 1
Jóval kevésbé lehetünk biztosak abban, hogy miként változik egy-egy térség éghajlata, elsősorban csapadékhozama. A fizikai klimatológia három évtizedes fejlődése nyomán a klímamodellek egyre tökéletesedtek ugyan, de a ma lehetséges 2-300 kilométeres névleges felbontás mellett számos fizikai folyamat a modellekből még szükségszerűen hiányzik. A modellek fejlődésének azonban csak egyik feltétele a számítógép kapacitás további bővülése. Ahhoz, hogy a megnyíló lehetőségeket érdemi tartalommal lehessen megtölteni, szükség van a bonyolult éghajlati folyamatok pontosabb leírására, és ennek ellenőrzése érdekében, a tényleges éghajlati változások minél teljesebb megfigyelésére, tapasztalati leírására is. Mégpedig ennek nem csak a légkörre, hanem az azzal érintkező óceánra, jégtakaróra, szárazföldre, sőt lehetőleg a bioszférára, mint a felszín és a légkör közötti kölcsönhatás folyamatait vezérlő közeg alakulására is ki kell terjednie. Mindemellett, az ismereteknek nem elegendő a maihoz hasonló időszakokra vonatkoznia, hiszen a várható változások több fokot is kitehetnek, ráadásul a földtörténetben eddig ismert, természetes változásoknál akár nagyságrendekkel is nagyobb sebességgel. E ponton jelentkezik dolgozatunk tárgya, a paleoklimatológia meteorológiai jelentősége, fontossága. Ha e régi, az elméleti éghajlattant sok évtizeddel megelőző tudományterület az új kihívások hatására továbbfejlődik, és igazolja, hogy a hatalmas időbeli, térbeli és metodikai különbségek ellenére – egyéb alkalmazási mellett – hasznára tud lenni az éghajlatot kormányzó komplex geofizikai folyamatok megismerésének, akkor ez nagyban segíteni fogja az éghajlat globális és regionális modellezését, illetve előrejelzését is. A globális klímamodellek felbontása ma még nem teszi lehetővé, hogy egy-egy térség várható változásait csupán e korlátozott fizikai tartalmú forrásokra alapozzuk. A globális modellek lehetőségei és a hatásvizsgálatok igényei közötti különbséget a modell-válaszok ún. leskálázásával szokás áthidalni. A statisztikus leskálázás legkritikusabb eleme, hogy ezekben olyan időszakokat kell felhasználnunk, amikor a globális változást okozó külső tényezők együttese nem ugyanaz volt, mint ami a jövőben várható melegedést okozhatja. Emiatt alkalmaznunk kell az ún. hasonlósági hipotézist, amely szerint a regionális változások csak az előidéző globális változás mértékétől függ, azok előidéző okaitól nem. E hipotézis igazolása, vagy cáfolata csak a mainál jobb felbontású modellekben lehetséges. Amíg ezek megszületnek, – s ez egyben a leskálázás meghaladását is jelentené –, addig csak arra van lehetőség, hogy sokféle korból származó, empirikus analógok alapján próbáljuk megrajzolni a globális klímaváltozás regionális sajátosságait, s ezeket vessük össze a mai klímamodellek, esetleg más leskálázási próbálkozások eredményeivel. Dolgozatunkban erre teszünk kísérletet, amikor négyféle forrás: paleoklíma rekonstrukciók, a közvetett történeti kori becslések, a közelmúlt műszeres megfigyelései, valamint a fenti ún. általános cirkulációs klímamodellek eredményeit hasonlítjuk össze. A számítások a klímamodellek által kínált, az 50. szélességi kör mentén kettéosztva, feltételesen észak- és dél-Európának (mediterrán térségnek) nevezett területekre átlagosan vonatkoznak, 21 ill. 22 számszerű adatforrás alapján.
Észak- és Dél-Európa hőmérséklet- és csapadékváltozásainak vizsgálata A vizsgálatok célja A következőkben bemutatjuk, hogy a paleoklíma rekonstrukciókat miként tudjuk felhasználni a klímaváltozás regionális sajátosságainak becslésére. Eljárásunk alapvető elvi
2
feltételezése az, hogy a különböző korokban a legkülönbözőbb természetes, illetve utóbb antropogén külső tényezők hatása alatt kialakult éghajlati időszakokban a helyi éghajlatváltozások jellege és mértéke nem függ számottevően attól, hogy mi is okozta magát a globális változást. Ha ez a feltételezés igaz, akkor érdemes a különböző korokban megfigyelt, rekonstruált vagy modellekben szimulált helyi változást csak a globális változás függvényében szemlélni; figyelmen kívül hagyva, hogy milyen okok vezettek az adott kor globális éghajlati eltéréseihez. Más oldalról nézve, erre a hipotézisre feltétlenül szükség van ahhoz, hogy számításaink alább részletezett két célját el lehessen érni. Egyik célunk tehát, hogy az elérhető legtöbb fajta adatforrás alapján igazoljuk, hogy a paleoklíma rekonstrukció olyan regionális becslésekre vezet, amelyek illeszkednek a más korszakokból számítható regionális változásokhoz. Másik célunk, hogy a különféle forrású adatok viszonylagos illeszkedése esetén megkíséreljük meghatározni azt a függvényt, ami egybekapcsolja a helyi és a globális (félgömbi) változásokat. Ha a kapcsolat lineáris, akkor e második feladat egyet jelent a helyi és a globális változások közötti lineáris regressziós együttható meghatározásával. Mindkét célt két nagyobb területre, Észak-Európára és a mediterrán térségre kíséreljük meg elérni. (ld. a következő pontban.)
Felhasznált források és a digitalizálás módja A fenti célkitűzés megvalósítása érdekében – az ott ismertetett ún. hasonlósági hipotézis igaz voltát feltételezve – munkánk kezdetén kiterjedt adatgyűjtésbe kezdtünk, hogy Európa térségére olyan adatokat, térképeket és grafikonokat találjunk, amelyek tartalmazzák, vagy digitalizálás útján lehetővé teszik annak megállapítását, hogy miként alakult egy-egy állomás, térség, vagy nagyobb területi egység éghajlata egy adott korban. A gyűjtésbe később bevontuk a műszeres korszak (utóbbi egy-másfél évszázad) adatait, illetve a globális klímamodellek előrebecsléseit is. A források nagyobb hányada az Országos Meteorológiai Szolgálat állományában levő, illetve a szerző korábbi gyűjtéseiből származó magyar, angol és orosz nyelvű könyvek és cikkek lapjairól származik. Az ilyen fénymásolt lapok száma 178 volt, ami néhány esetben egynél több forrást is jelentett. A források másik része az Internetről letölthető, összesen 57 ábra volt.
1. ábra. A felhasznált források egyike. Áprilisi-szeptemberi hőmérséklet-rekostrukció a két vizsgált térségre évtizedes finomítással. Műszeres adatok pirossal, a Hugershoff-standardizált
3
rekonstrukció kékkel vannak jelölve, míg a sárga és narancs árnyalatok a hibahatárokat jelölik. Időben visszafelé kb. a piros vonalig megbízható a rekonstrukció.
Az így gyűjtött források ötféle eredetű regionális információt hordozott: Voltak közöttük • a légkör összetételének feltételezett változásainak hatását szimuláló általánoscirkulációs modell (GCM) eredmények; • ugyanilyen modellek felhasználásával szimulált paleoklímák; • tényleges közvetett információn alapuló paleoklíma-rekonstrukciók; • külön kezelt proxy történeti rekonstrukciók; • műszeres meteorológiai adatokon alapuló grafikonok és térképek. A gyűjtés és szűrés nyomán végül arra nyílt lehetőség, hogy két nagyobb térség, az IPCC (2001) regionális változásokat értékelő 10. fejezetében meghatározott térségek közül a két európai terület átlagos hőmérsékletváltozásait számszerűsítsük, és együttesen kiértékeljük a négyféle forrás egyenként 4-9 realizációja alapján. Emellett két forrásból, a GCM-ek alapján illetve a két analóg meleg korszak paleoklíma rekonstrukciója alapján csapadék-becsléshez is jutottunk. Ez utóbbiakat azonban nehéz volna a hőmérséklethez hasonlóan összevetni, mivel az első változatban a két szélső évszak megváltozásai voltak hozzáférhetők, azok is a terület jelenkori csapadékának százalékos hányadában. A második eset csak az évi összegre vonatkozott, az is a mai értékekhez viszonyított, abszolút eltérésként. A két térség egyike az észak-európai, amelynek határai a 70. és az 50. északi szélesség, illetve a 10 nyugati és a 40 keleti földrajzi hosszúság. E gömbi téglalappal érintkezik a másik, mediterrán térségnek (esetleg Dél-Európának) nevezhető terület, amelynek oldalsó határai ugyanazok, déli határa pedig a 30 északi szélesség.
4
2. ábra Az észak- (NEU) és dél-európai térség (MED) elhelyezkedése az IPCC (2001) Harmadik Helyzetértékelő Jelentésének 10.1 ábrájához igazodva.
5
A négyféle forrásból az alábbi lépésekben származtattuk a területi és évszakos átlagokat: 1.) Az általános cirkulációs modellek esetében az IPCC (2001) kötet 593. oldalán szereplő területi felosztáshoz tartozó rácspontokból kiátlagolt megváltozásokat már eleve tartalmazza az 594-595. oldal 10.2 és 10.3 ábrája. Feladatunk tehát itt csupán az volt, hogy, optikai nagyítás után, a grafikonokról 0.1 K illetve 2% pontossággal vizuálisan megbecsüljük a modell által adott regionális változást. A vonatkozó globális változást az ábraaláírások számszerűen tartalmazták. Az ábrákon két különböző kísérletet is bemutattak. Az egyikben csak az üvegház-gázok koncentrációja változott (valamennyi modellben 1%/év ütemben), míg a másikban a szulfát-koncentráció is változott (némileg eltérő módon, a szerzők választása szerint). A két kísérlet valóban a külső tényezők eltérő együttesét reprezentálja, ezért az egy modellben kapott kétféle eredményt egymástól független becsléseknek tekintettük. Ugyanakkor azokat a futásokat, ahol csak a kezdeti feltételek voltak mások csupán ezek átlagát határoztuk meg, azokat egyetlen kísérletnek tekintve. 2.) A paleoklíma rekonstrukciók túlnyomó része egy nemzetközi együttműködésben, magyarországi koordinációban készült atlasz (Frenzel et al., 1992) térképlapjairól lett digitalizálva. Ez poláris sztereografikus vetületben ábrázolja négy időszak rekonstruált megváltozásait a mai klímához képest. A 120 ezer és a 6 ezer évvel ezelőtti analóg meleg időszakok hasonlíthatnak ahhoz, amire a mérsékelt és magas északi szélesességeken számítani lehet, amennyiben folytatódik az antropogén felmelegedés. Két további lehetőséget, amelyek az európai és az amerikai szárazföldi jéghátságok nagy kiterjedésű állapotait kísérték (25-35 illetve 18-20 ezer évvel ezelőtt) azonban el kellett vetnünk. A jéghátság jelenléte ugyanis olyan módon és mértékben módosíthatja a légkörzést a mérsékelt öv és Európa fölött, ami semelyik más, a jégfelület létrejötténél hamarabb megváltozó) analóg klímákban nem juthat érvényre. E két időszak kizárása mellett szólt az az érv is, hogy a maitól nagyon eltérő jégkiterjedés mellett bizonyosan nem alkalmazható az a kapcsolat sem, amelyik a jelenkori klímában a grönlandi hőmérséklet és a félgömbi hőmérséklet között fennáll, s amely lehetővé teszi a globális mutatóként használt félgömbi átlaghőmérséklet számszerűsítését. Ez általában, és például a következő, történeti időszakok esetében úgy történik, hogy felhasználjuk a Mika (1990) által regressziós módszerrel származtatott kapcsolatot és azt szorozzuk a helyi O18 izotóp-arány és a helyi (értsd grönlandi) hőmérséklet közötti, 1 %o arány = 1 K fok melegedés laboratóriumi eredetű viszonyszámmal. A két felhasznált meleg analóg esetében ugyanakkor számítások nélkül elfogadtuk a Flohn (1979) által közölt becslést a 2 illetve 1 Celsius fokos globális anomáliára vonatkozóan. A két valóban felhasznált időszak térképein a 35., 45., 55. és 65. északi szélességek, valamint a 10 W, 0, 10 E, 20 E, 30 E és 40 E hosszúságok metszeteiben interpolációval számszerű értékeket határoztunk meg. A két szélső hosszúságra eső értékeket 1/2, a többit 1 súllyal figyelembe véve mindkét – egymástól az 50. N szélességgel elválasztott – térségben 10-10 súly esett. A kiválasztott időszakok és térképek túlnyomó részén az adott bontásban nehézség nélkül lehetett rácsponti adatokat származtatni. Néhány térkép ugyanakkor nagyon kevés izotermát (ill. izohiétát) mutatott be, s a térség nagy részén a megváltozást csak ezen izovonalhoz képest kisebbnek, vagy nagyobbnak ábrázolta. E térképeket illetve területeket ki kellett hagynunk a vizsgálatból, teljesen lemondva az adott időszak ill. régió feldolgozásáról.
6
A fenti atlasz mellett rendelkezésünkre állt még Huntley és Prentice (1986) rekonstrukciója is, amit azért tekintettünk független forrásnak – t. i. annak ellenére, hogy már feldolgozott korból származott – mert a csak Európára bemutatott térkép más információ-forrásokra támaszkodott és területi bontásban felülmúlta a másik, félgömbi ábrázolást. 3.) A paleoklímán belül néha külön kezelik a frissebb, történeti időszak adatait. Esetünkben egyetlen forrásra tudtunk csupán támaszkodni, s ez az Internetről származó hőmérséklet-rekonstrukció, amely a régióból több területről származó, hosszú évgyűrű-rekonstrukción alapszik (1. ábra). A szerzők az évgyűrű vastagságot a nyári félév (április-szeptember) hőmérsékletére tartják jellemzőnek, sőt ezen időszak hőmérsékleti ingadozását Celsius fokokban is megadják. E forrás területe mintegy 5 földrajzi szélességgel északabbra fekszik, mint a mi alap-térségeink, de a határoló hosszúsági körök azonosak. (Ezt az eltérést – érdemi korrekciós lehetőség híján – figyelmen kívül hagytuk.) A történeti időszakhoz ugyancsak a fenti 2. adat-együttesnél még elvi lehetőségként vázolt módszert alkalmaztuk, amely a grönlandi oxigén-izotóp arányon alapszik A digitalizálás ebben az esetben a két területi átlag-idősor 10 éves simítással ábrázolt adatai alapján 50-50 éves hőmérsékleti átlagok meghatározását jelentette. Ezek határait ügy választottuk meg, hogy a szerzők által megbízhatónak tartott 1620-as évtől kezdődjön, és ne nyúljon túl a műszeres adatsor 1881-es kezdetén. Esetünkben az 1870-es záró év azt jelentette, hogy mindössze egy évtized (1871-1880) adatai maradtak kihasználatlanul. 4.) A műszeres adatforrások a korábbinál sokfélébb forrásból, konkrétan négy különböző szerzőtől illetve módszerrel származik. A 4. táblázat első sorában hét korábbi vulkánkitörés előtti és utáni évek hőmérsékleteit hasonlította össze Loginov (1992 – 242. o.). Ezek közül a legkorábbi a Krakatau (1883), az utolsó pedig a Fuego (1974) volt. A közepes félgömbi becsült változás a kitörés előtt és utáni évek között 0.4 oC. A második sorban szereplő becslés Palutikoff, et al., (1984) nyomán az 5-5 legmelegebb és leghidegebb év különbségét ábrázolja az 1925 és 1978 közötti évekből (a meghatározás itt a legérzékenyebb, 65-85 északi szélesség közötti területek hőmérsékletére vonatkozott). Ezen évek közelítő félgömbi hőmérsékletkülönbsége 0.6 C volt. A harmadik és a negyedik műszeres becslés a helyi és a félgömbi hőmérsékletek közötti regresszión alapul. Természetesen a regressziót egyik eljárás sem közvetlenül az évenkénti adatokból származtatja, hiszen 1-1 éven belül az anomália sokkal kisebb területeken megvalósuló termikus és cirkulációs anomáliáktól függ, semmint a teljes félteke. (Az ilyen közelítés a tapasztalat szerint sem vezet szignifikáns együtthatókhoz.) A 4. táblázat harmadik sorában bemutatott Vinnikov (1986) féle becslés az ún. instrumentális változók módszerét alkalmazza, amely megfelelő instrumentális változó-választás mellett alkalmas a lassúbb folyamatok térbeli léptékei közötti lineáris kapcsolatok számszerűsítésére. A negyedik eljárás (Mika, 1990) az ún. szeletelés módszerével különböző változatokban előre felbontja a vizsgált száz évet, majd a regressziót már az időátlagokra nézve állapítja meg. A műszeres adatok felhasználása során a digitalizálás térképekről történt, mégpedig a paleoklíma információ kezelésénél leírtakkal azonos 10 × 10 fokos felbontásban, vizuális leolvasással.
7
Észak-Európa és a mediterrán térség hőmérsékletváltozásai és csapadékeltérései Ebben a pontban táblázatszerűen bemutatjuk a két térségre a két évszakban kapott területi átlagos eredményeket. Az időbeli változások (itt tulajdonképpen a félgömbi különbségekre átjátszott) elemzésére a következő alfejezetben kerül sor. E számokat azonban önmagukban a dolgozathoz kapcsolódó szakmai munka önálló eredményének, a feldolgozó munka gyümölcsének, nem pedig közbenső részeredménynek tekintjük. Ezért ehelyütt, magában a dolgozatban mutatjuk be. o
C Modell Globális Észak-Európa Mediterrán térség Csak üvegház gázok változás dec-feb jún-aug dec-feb jún-aug 4.4 2.5 4.1 5.1 GG1 HadCM2 3.07 4.3 3.2 5.2 4 GG2 CSIRO Mk2 3.06 4.7 4.1 4.9 6.8 GG3 CGCM1 4.91 10.9 4.4 4.1 5.5 GG4 CCSR/NIES 3 6.8 4.1 4 5.7 GG5 ECHAM/OPYC 3.02 Aeroszol és üvegház-gázok Glob. vált. dec-feb jún-aug dec-feb jún-aug 4 3 3.4 3.7 GS1 HadCM2 2.52 4.2 3.1 3.7 3.6 GS2 CSIRO Mk2 2.72 3.8 3.3 3.8 5.5 GS3 CGCM1 3.8 9.6 4.1 4.9 5.1 GS4 CCSR/NIES 2.64 3. táblázat Az IPCC (2001) által definiált két európai régióra átlagolt számított hőmérsékletváltozás öt modell kétféle kísérletében. (az ECHAM modellben a második kísérletre a Jelentés közreadásáig nem került sor. Mindkét kísérletben az 1 sorszámhoz négynégy számítás átlaga tartozik, míg a GS3-ban három kísérlet eredményeit átlagoltuk. o
C Szerző(k) Globális Észak-Európa Mediterrán térség Időszak változás dec-feb jún-aug dec-feb jún-aug 120/1 Velichko grafikus 3.4 1.4 0.1 -0.2 2 120/1a Velichko adatból 2.8 0.9 0.5 0.4 2 120/2 Frenzel 3.9 3 n.a. n.a. 2 6/T1 Velichko 2.4 2.2 0.6 0.5 1 6/T2 Huntley&Prentice n.a. 1.5 n.a. 0.4 1 4. táblázat A paleoklíma rekonstrukció alapján, a forrásban megadott szerzők által szerkesztett térképek nyomán becsülhető hőmérsékletváltozás a két európai régióra két analóg meleg időszakban (120 000 ill. kb. 6 000 évvel ezelőtt). A 120/1a számítás csak a térségbe pontosan beleeső lelőhelyekre vonatkozó, rekonstruált (a forrásban számszerűen közölt) számokat használtuk fel és átlagoltuk. A két kísérlet mutatja a – tegyük fel megbízható – térképezési eljárás előnyét, amikor mód van a szomszédos területek számainak interpoláció útján való figyelembe vételére. (n.a. – nincs adat) Az első négy sor forrása: Frenzel et al., 1992., az ötödiké Huntley és Prentice, 1986.
8
Csak a NH hőm. Észak- Mediterrán Időszak δ O18 nyári félév eltérés oC Európa térség 1. 1621-1670 -28.13 -0.6 -0.8 -0.2 2. 1671-1720 -28.24 -0.2 -0.6 -0.25 3. 1721-1770 -28.31 -0.2 -0.2 -0.3 4. 1771-1820 -28.14 -0.3 -0.2 -0.2 5. 1821-1870 -27.94 -0.3 -0.1 -0.1 5. táblázat A fák évgyűrűiből rekonstruált proxy történeti adatsorok a nyári félévre északés dél-Európára. (A forrás mindkét térséget kb. 5 fokkal északabbra jelölte ki, mint az IPCC felosztás. Ezt jelezzük a délebbi terület eltérő megnevezésével.) Az ötven éves félgömbi átlaghőmérséklet a feltűntetett oxigén 18 izotóp arány és a következő táblázat utolsó sorában szereplő forrás (Mika, 1990) által kiszámolt grönlandi érzékenység/félgömbi érzékenység átváltó-szám kombinálásával keletkezett. o
C Szerző(k) Globális Észak-Európa Mediterrán térség Időszak változás dec-feb jún-aug dec-feb jún-aug 1 Vulkáni 0.6 n.a 0.2 n.a. 0.4 2 Meleg-Hideg évek 0.8 0.6 -0.2 0.4 0.6 3 Vinnikov, 1986 0.3 0.65 0.2 0.15 0.5 4 Mika, 1990 0.85 0.6 0.55 0.8 0.5 6. táblázat Az utóbbi évszázad műszeres megfigyeléseiből számított hőmérsékletváltozása két európai régióra fák évgyűrűiből rekonstruált proxy történeti adatsorok a nyári félévre Észak- és Dél-Európára. (A 3. és 4. esetben a két skála közötti regressziós együttható került meghatározásra, s abból visszafelé számítottuk ki a helyi változást a 0.5 fokos félgömbi változáshoz. Az 1. és 2. számításnál a félgömbi változást a zömmel kontinentális helyzetű állomások alapján közölték a szerzők. % Modell Globális Észak-Európa Mediterrán térség Csak üvegház-gázok változás dec-feb jún-aug dec-feb jún-aug 13 5 4 -32 GG1 HadCM2 3.07 25 8 16 -4 GG2 CSIRO Mk2 3.06 32 4 11 -37 GG3 CGCM1 4.91 27 -2 -9 -30 GG4 CCSR/NIES 3 23 -17 -7 7 GG5 ECHAM/OPYC 3.02 Aeroszol és üvegház-gázok Glob. vált. dec-feb jún-aug dec-feb jún-aug 10 1 2 -6 GS1 HadCM2 2.52 24 2 17 -3 GS2 CSIRO Mk2 2.72 27 3 11 -26 GS3 CGCM1 3.8 22 -2 -8 -33 GS4 CCSR/NIES 2.64 5. táblázat Az IPCC (2001) által definiált két európai régióra átlagolt számított százalékos csapadékösszeg-változás öt modell kétféle kísérletében. (v.ö. a 3. táblázattal.)
9
mm/év Szerző(k) Glob. vált. K Észak-Európa Mediterrán térség 120/1 Velichko grafikus 200 110 2 120/1a Velichko adatból 340 230 2 6/P1 Velichko grafikus 13 54 1 6/P2 Frenzel 10 70 1 7. táblázat A paleoklíma rekonstrukció alapján becsülhető változás az éves csapadékösszegben a két európai régióra a két analóg meleg időszakban (120 ezer ill. kb. 6 ezer évvel ezelőtt). A továbbiakban a csapadék grafikus elemzésétől eltekintünk, ugyanis külön-külön akár a 4, akár a 9 adatpár eloszlása túlságosan rendezetlen ahhoz, hogy ilyen kevés adatból jellemző kapcsolatot állapíthassunk meg a térség átlagos csapadéka és a globális hőmérséklet között, a GCM-válaszok illetve a paleoklíma-időszakok egymással való összehasonlításban egyébként is kis varianciájú tartományán. A források illeszkedése, a változások linearitása A célkitűzésben megjelölt kettős célt, tehát a más adatforrásokkal való kvantitatív logikai illeszkedést, valamint a két térbeli lépték közötti függvénykapcsolat vizsgálatát közös metodikával és ugyanazon ábra-sorhoz kapcsolódóan mutatjuk be. Nevezetesen azt fogjuk vizsgálni, hogy szignifikáns lineáris regresszióhoz jutunk-e, ha régiónként és évszakonként külön-külön koordináta-rendszerben ábrázoljuk a helyi változást a globális változás függvényében. E grafikonokat rendre a 2. - 5. ábra illusztrálja. A korrelációs és regressziós együtthatókat az ábra-aláírásokhoz rendelve mutatjuk be. Mind a négy ábrán jól látható, hogy a kapcsolat elég jó közelítéssel lineáris és ezt a 16-22 adatpárra szignifikáns korrelációs együtthatók is alátámasztják. A legkevésbé szoros, csak 0,627 együtthatóval jellemzett korreláció rögtön a 2. ábrán jelentkezik. Azonban itt sem sejtet az ábra a lineáristól jellemzően eltérő viselkedést. Az alacsony korrelációt a modellekből származó két igen erős melegedés okozza, ami egyetlen modellen végzett kétféle kísérletből származik. Külön figyelmet érdemel az a kérdés, hogy van-e érdemi eltérés az ábrákon képzeletben behúzható (s az aláírásban megadott) regressziós értékek között. E tekintetben a legnagyobb értéket a mediterrán térség nyári adatai mutatják, ahol vélhetően a felhőzet csekély volta mellett fokozottan érvényre juthat a légkör összetételében beálló változással összefüggő sugárzási többlet. Emellett megtörténhet, hogy a felhőzet nem csak átlagos alacsony értékével, de a passzát-övből nyáron felhúzódó anticiklonok hatására további értékcsökkenéssel járul hozzá a viszonylag magas helyi érzékenységhez. Ezt külön nem vizsgáltuk, de pl. Mika, (1988) Magyarország vonatkozásában, vagyis a mostani térség északi határán kimutatja az anticiklon-hajlam erősödését és a felhőzet csökkenését a melegedés kezdeti kb. fél fokos tartományán.) Az észak-európai térségben ugyanakkor éppen nyáron a legkisebb az érzékenység. Lehetséges, hogy itt a felhőzet fordított hatású: a melegedéssel inkább nő a mennyisége. A téli időszakban a két térségnek a regressziós együtthatók alapján becsült érzékenysége nagyrészt kiegyenlítődik.
10
Észak-Európa télen 12 10 8
GCM PALEO
6
H. PROXY INSTRUM
4 2 0 -1
0
1
2
3
4
5
6
3. ábra. A hőmérséklet rekonstruált illetve szimulált változása a globális változás függvényében Észak-Európában, télen. A kétféle hőmérséklet korrelációja a vizsgált 17 adat-párra 0.627, a helyi illetve a globális változás közötti lineáris regressziós együttható 1.43.
Észak-Európa nyáron 5 4 3 GCM PALEO
2
H. PROXY INSTRUM
1 0 -1 -1
0
1
2
3
4
5
6
4. ábra. A hőmérséklet rekonstruált illetve szimulált változása a globális változás függvényében Észak-Európában, nyáron. A kétféle hőmérséklet korrelációja a vizsgált 22 adatpárra 0.906, a helyi illetve a globális változás közötti lineáris regressziós együttható 1.01.
11
Dél-Európa nyáron 8 7 6 5 GCM
4
PALEO
3
H. PROXY
2
INSTRUM
1 0 -1 -2 -1
0
1
2
3
4
5
6
5. ábra. A hőmérséklet rekonstruált illetve szimulált változása a globális változás függvényében a mediterrán térségben (Dél-Európában), télen. A kétféle hőmérséklet korrelációja a vizsgált 16 adat-párra 0.859, a helyi illetve a globális változás közötti lineáris regressziós együttható 1.351.
Dél-Európa télen 6 5 4 GCM
3
PALEO H. PROXY
2
INSTRUM
1 0 -1 -1
0
1
2
3
4
5
6
6. ábra. A hőmérséklet rekonstruált illetve szimulált változása a globális változás függvényében a mediterrán térségben (Dél-Európában), nyáron. A kétféle hőmérséklet korrelációja a vizsgált 21 adat-párra 0.915, a helyi illetve a globális változás közötti lineáris regressziós együttható 1.55.
12
IRODALOM • Frenzel, B., Pécsi M. and Velichko, A. A. (1992): Atlas of Paleoclimates and Paleoenvironments of the Northern Hemisphere. Late Pleistocene - Holocene. Geogr. Res. Inst. of HAS, Budapest - Gustav Fischer Verlag, Stuttgart. 155p. • Huntley B. and Prentice I. C. (1986): Pollen data and climate estimates for 6000 and 9000 yr B.P. from Europe. In: Global estimates 6000 and 9000 yr. B.P.(COHRAM Members ed.) Univ. Minnesota Press. • IPCC, (2001): Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Houghton J.T., et al., eds.), Cambridge University. Press, Cambridge, UK and New York, N.Y. USA, 881p. http://www.ipcc.ch • Logonov, V.F. (1992): Pricsinü i szledsztvija klimaticseszkih izmennyeij (Éghajlatváltozások okai és következményei). Minszk, Nauka i Technika, 320 o. • Mika J., (1988): A globális felmelegedés regionális sajátosságai a Kárpát-medencében. Időjárás 92, 178 - 189. • Mika J., (1990): Estimation of the relative sensitivity of regional climate as compared to global changes. In: Climatic Change in the Historical and the Instrumental Periods. (ed. R. Brázdil), IGU Meeting, June 12-16, 1989, Brno, Czechoslovakia, 94-97, + Figs. 1-5 • Palutikof, J.P., Wigley, T.M.L and Lough, J.M. (1984): Seasonal climate scenarios for Europe and North America in high-CO2 warmer world. DOE/EU/10098-5 • Vinnikov K., Ja. (1986): Csuvsztvityelnoszty klimata. (Az éghajlat érzékenysége). Gidrometeoizdat, 219 o.
13
