KLÍMAMODELLEZÉS
A numerikus ik klímamodellezés klí d ll é alapjai, l j i Az éghajlati rendszer és modellezésének a jövőre vonatkozó prognózisok lehetőségei megbízhatósága HORÁNYI ANDRÁS (
[email protected])
Országos O á M Meteorológiai t ló i i Szolgálat S l ál t Numerikus Modellező és ÉghajlatÉghajlat-dinamikai Osztály MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
1
KLÍMAMODELLEZÉS
BEVEZETŐ GONDOLATOK • Fontosnak tartjuk a találkozást a társ társ--tudományok képviselőivel, mert általában ugyanazt a kérdéskört más oldalról látják, mint mi meteorológusok és sokat lehet profitálni az eszmecseréből. • Néhány (?) éve tartottam már két előadást az elméleti fizikusoknak: „mindkét i dkét fél túlélt túlélte…”… ” remélem él ez így í lesz l mostt is. i • Három Há óóra elég lé soknak k k tűnik, tű ik de d kevés k é lesz, l ha h aktívan ktí részt é t vesztek részt az előadásban (akkor talán senki se fog elaludni!)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
2
AZ ELŐADÁS VÁZLATA
KLÍMAMODELLEZÉS
• Bevezetés Be e etés és alapok • Az éghajlati rendszer • A számszerű előrejelzés (numerikus prognosztika) alapjai • Az éghajlat g j modellezése • Regionális klímamodellezés: nyitott kérdések • Éghajlati ghajlati projekciók és azok bizonytalansága a KárpátKárpátmedencében d éb • Összefoglalás, Ö f l lá kitekintés kit ki té MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
3
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
4
MOTIVÁCIÓ
KLÍMAMODELLEZÉS
• A klímaváltozás kl l kérdésköre k d k nagy érdeklődésre d kl d tart számot, s egyben most már „mindenki ért hozzá”… • Éghajlatváltozásról vagy éghajlat ingadozásról van szó? • Az antropogén (emberi beavatkozás) hatások mennyiben felelősek a változásokért (a változás meghaladta meghaladta--e a természetes változékonyság szintjét)? • Van V - e lehetőségünk Vanl h ő é ü k és é vannakvannakk-e eszközeink kö i k az előrejelzésre? lő j l é ? • Az éghajlat globális megváltozása milyen lokális változásokkal jár? • Módszertan: légköri numerikus modellezés (klímadinamika) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
5
PONTATLAN ÁLLÍTÁSOK
KLÍMAMODELLEZÉS
• Egyedi szélsőséges jelenségek, mint a klímaváltozás megkérdőjelezhetetlen jelei (pl. (pl augusztus 20.) 20 ) • Adott évszak jellemzői alapján következtetést vonunk le a klímaváltozás várható tendenciáira (például a 2006/20072006/2007-es enyhe tél, DE: az idei jjanuár 1 fokkal hidegebb g volt, mint a sokéves átlag) g) • Párhuzam különböző térségek g éghajlata g j között (pl. (p Budapest p – Várna vagy Firenze?) • Katasztrófavárás, félelemkeltés (hirtelen gyors változások, mint például a GolfGolf-áramlat leállása) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
6
KLÍMAMODELLEZÉS
ALAPFOGALMAK: ELMÉLET É • Időjárás: Időjá á a légkör lé kö egy adott d tt időponthoz idő th tartozó t t ó pillanatnyi állapota és annak időbeli viselkedése • Éghajlat g j (klíma): ( ) a légkör g és a vele érintkező geoszférák g együttese által meghatározott éghajlati rendszer a t folyamán y tanúsított szokásos viselkedése (állandósult ( viselkedési forma)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
7
ALAPFOGALMAK: GYAKORLAT
KLÍMAMODELLEZÉS
• Időjárás (éghajlat) értelmezése: globális, regionális, lokális • Az időjárás jellemzése: az állapotvektor komponenseivel (M diszkrét pontban, L szinten és N állapotjelző szerint, azaz a meteorológiai paraméterek pillanatn pillanatnyii értéke) értéke) • Klímaállapot Klí áll t jellemzése: j ll é statisztikai t ti tik i paraméterek ét k (átlagok, (átl k varianciák, kovarianciák) tipikusan 30 év átlagában – Például: • csapadék átlagos mennyisége • átlagos napfénytartalom vagy borultság • szélsőséges jelenségek előfordulási gyakorisága – Vonatkoztatási V tk t tá i alap: l 30 éves é éghajlati é h jl ti átlagok átl k (1961(1961-1990) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
8
KLÍMAMODELLEZÉS
IDŐJÁRÁS éés ÉGHAJLAT ÉGHAJLAT: ELŐREJELZÉS és é PROJEKCIÓ • Időjárás – Előrejelezzük … – Elsősorban kezdeti érték probléma • É Éghajlat h jl t – Feltételes „prognózisok” (forgatókönyvek alapján): projekciók vagy szimulációk – Regionálisan: peremérték probléma • Időbeli határ az időjárás és az éghajlat között: kb. 30 nap környékén MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
9
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
10
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÉGHAJLATI RENDSZER
Az éghajlati rendszer: a légkör és a vele érintkezésben levő négy geoszféra (hidroszféra, krioszféra kontinentális felszín és bioszféra) krioszféra, kölcsönhatásban álló együttese
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
11
KLÍMAMODELLEZÉS
légkör
bioszféra szárazföldek tengeri jég, jégtakarók, gleccserek
vízburok
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
12
KLÍMAMODELLEZÉS
É ÉGHAJLATI RENDSZER: LÉGKÖR É Ö • Légkör: az éghajlati rendszer központi, központi leginkább instabilis és legnagyobb változékonyságú komponense – Állandó kémiai összetevők ((nitrogén, g , oxigén, g , argon) g ) – Üvegházhatású gázok (0,1%, szénszén-dioxid, metán, dinitrogéndinitrogénoxid, ózon) – Vízgőz (1%, természetes üvegházgáz) – Szilárd és cseppfolyós pp y részecskék ((aeroszolok)) – Felhők
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
13
KLÍMAMODELLEZÉS
É ÉGHAJLATI RENDSZER: HIDROSZFÉRA É • Hidroszféra: az összes felszíni és felszín alatti víz ((a Földfelszín 71 %-a) – Glob Globális ális vízkörzés (termohalin cirkuláció) – lényegesen lassabb lassa bb a légköri cirkulációnál – Nagy hőkapacitás: jelentős energia tárolására képesek – Meridionális hőátvitel: pl. Golf áramlat nyugat nyugat--európai enyhe telek – Szén Szén--dioxid nyelő (a szénszén-dioxid szennyezés 30 %-át nyeli el) el)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
14
A FELSZÍNI TENGERÁRAMLATOK RENDSZERE
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
KLÍMAMODELLEZÉS
15
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI RENDSZER: RENDSZER KRIOSZFÉRA • Krioszféra: grönlandi és antarktiszi jégmezők, jégmezők gleccserek, gleccserek felszíni hó, tengerjég – Nagy reflektivitás reflektivitás, termikus tehetetlenség, tehetetlenség alacsony hővezető képesség, mélytengeri cirkuláció kormányzása (a sótartalom „befolyásolásával”)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
16
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI RENDSZER: RENDSZER KONTINENTÁLIS FELSZÍN • Vegetáció és talajfelszín hatása (visszasugárzás) örös sugárzás g a levegő g melegítésére, g , valamint a • Infrav Infravörös víz párolgása (vízgőztartalom növelése) • Érdesség dinamikai hatása • Aeroszolok forrása
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
17
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI RENDSZER: RENDSZER BIOSZFÉRA • Az élet színtere a Földön (összes élőlényközösség kölcsönhatásokkal és anyagmozgásokkal együtt) • Elsősorban El ő b növényi ö é i populáció lá ió (tenger (t és é szárazföld) á föld) • Befolyásolja az üvegházgázok biokémiai körforgalmát (elsősorban a légkör és az óceán szénszéndioxid forgalmát; fotoszintézis: szén szén--dioxid nyelő)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
18
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI RENDSZER: KÖLCSÖNHATÁSOK • 1 hónapos skálán: egyoldalú légkör felé irányuló hatás (külső (k l ő kényszer: ké ffelszíni l í i éghajlatalakító é h jl l kí ó tényezők) é ők) • Hosszabb időskálán: kétirányú kölcsönhatások (pl. a légköri g hőmérséklet és felszíni vízhőmérséklet;; El Nino))
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
19
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK: AZ ÉGHAJLATI RENDSZER, MINT KÉNYSZERÍTETTKÉNYSZERÍTETT-DISSZIPATÍV RENDSZER • A Nap sugárzása (differenciált hőközlés) a légkör és az óceánok különböző skálájú mozgásainak kinetikus energiája általános léglégés vízkörzés (impulzus, hő és víz térbeli átvitele; korlátos jelleg: a Földön nincs se nyelő, se forrás) súrlódási disszipáció (hő) infravörös infra örös sugárzás s gár ás az a űrbe • Éghajlatalakító É h jl t l kító tényezők té ők (és (é ezekhez kh való ló igazodás): i dá ) – Napsugárzás intenzitásának esetleges változása – Sugárzásátvitel S á á át it l feltételeinek f ltét l i k módosulása ód lá – Felszínközeli energia bevétel módosulása MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
20
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI RENDSZER GLOBÁLIS ÉVI ÁTLAGOS ENERGIAEGYENSÚLYA Teljes T lj visszavert i t napsugárzás 107 Wm-2
Beérkező napsugárzás 342 Wm-2
Légköri gázok gázok, felhők felhők, aeroszolok által visszavert 77
Légköri emisszió
Kimenő hosszúhull. sugárzás 235 Wm-2
Légköri ablak Felhőzeti emisszió Üvegházgázok
Légköri elnyelés Látens 78 hő Felszín által visszavert 30
Felszín által elnyelt
MAFIHE Téli Iskola
Vi Visszasugárzás Felszíni Evapop visszasug. g Termikus transpiráció Felszíni elnyelés
2010. február 6. Hőegyenleg = hőbevétel – hőleadás (=0)
21
KLÍMAMODELLEZÉS
KÜLSŐ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK • Természetes külső kényszerek – Extraterresztrikus: napsugárzás változása, a Föld orbitális paramétereinek változása – Terresztrikus: vulkáni tevékenység • Antropogén hatások – Az ipari forradalomtól kezdődően – Üvegházhatású gázok kibocsátása – Aeroszol részecskék levegőbe juttatása (a napsugárzás visszaverése) – Természetes felszín átalakítása (őserdők kiirtása, túllegeltetés)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
22
KLÍMAMODELLEZÉS
SZÉN--DIOXID KONCENTRÁCIÓ NÖVEKEDÉSE SZÉN
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
23
HOKIBOT GÖRBE: GLOBÁLIS KLÍMAMODELLEZÉS FELSZÍNHŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁSA
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
24
A GLOBÁLIS FELSZÍNHŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁSAI
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
KLÍMAMODELLEZÉS
25
KLÍMAMODELLEZÉS
A LEGUTÓBBI IPCC JELENTÉS LEGFONTOSABB MÚLTRA VONATKOZÓ MEGÁLLAPÍTÁSAI • A globális felszínhőmérséklet emelkedésének mértéke 0,560,56 0 56-0,92 0 92 o C volt az elmúlt 100 évben (1906– (1906–2005) • A légkör kémiai összetétele megváltozott – oka: a légkörbe jutó szennyezőanyagok, üvegházgázok koncentrációjának növekedése – a sugárzási kényszer pontosabb ismerete • Egyértelmű kapcsolat az üvegházgázok és a melegedés között
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
26
KLÍMAMODELLEZÉS
SZABAD VÁLTOZÉKONYSÁG: TERMÉSZETES BELSŐ ÉGHAJLATALAKÍTÓ MECHANIZMUSOK
• Az éghajlati rendszer összetevői (eltérő igazodási idejük révén) állandóan az egyensúly felvételére törekszenek, de azt sohasem tudják elérni • Az összetevők között kölcsönhatások, visszacsatolások vannak (pozitív: öngerjesztő vagy negatív: csillapító) • Autonóm nemlineáris dinamikai rendszerek aperiodikus szabad változékonysága
• Kérdések: – Jelen klímaváltozás okai: külső kényszer megváltozása vagy szabad változékonyság? – Mekkora M kk a nemnem-realizálódott li álód melegedés l dé (mélyóceáni ( él ó á i tárolás)? á lá )? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
27
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÓCEÁNOK ÁLTAL TÁROLT HŐMENNYISÉG
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
28
KLÍMAMODELLEZÉS
A FELSZÍNI HŐMÉRSÉKLET EMELKEDÉSE A SZABAD BELSŐ VÁLTOZÉKONYSÁGON BELÜLI VAGY ANTROPOGÉN KÜLSŐ KÉNYSZER ÁLTAL KELTETT? • Tények: a felszíni középhőmérséklet 0,6 fokos növekedése, a tengerszint kb. 0,1 mm-es emelkedése (XX. század) • Melegedés: 19101910-1945, valamint 19761976-tól • Szignifikáns lehűlés a sztratoszférában • Éghajlati É modellek hőmérsékleti idősorainak statisztikai elemzése, illetve az elmúlt 150 év megfigyeléseinek összevetése a természetes változások természetes trendje kisebb amplitúdójú, mint a tapasztalt MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
29
KLÍMAMODELLEZÉS
TERMÉSZETES VS VS. MÉRT VÁLTOZÉKONYSÁG: A HŐMÉRSÉKLET EMELKEDÉSE ADÓDHATADÓDHAT-E AZ ÉGHAJLAT BELSŐ VÁLTOZÉKONYSÁGÁBÓL VAGY MÁR AZ ANTROPOGÉN KÉNYESZEREKNEK (IS) KÖSZÖNHETŐ?
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
30
MEGHATÁROZÓ JELENTŐSÉGŰ VISSZACSATOLÁSOK + • Hőmérséklet Hőmérséklet--jégjég-albedó visszacsatolás
KLÍMAMODELLEZÉS
– Felszíni hőmérsékletcsökkenés jégtakaró növekedése a visszaverődés növekedése • A vízgőztartalom változásával összefüggő visszacsatolás – Magasabb hőmérséklet több vízgőz növekedő üvegházhatás
+
– • Felhőzet Felhőzet--sugárzás visszacsatolás – Negatív visszacsatolás: a felhők inkább hűtenek, mint fűtenek • A lé légkör kö és é a hidroszféra hid fé közötti kö ö i kölcsönhatások köl ö h á k – Az óceáni vízkörzés lehetséges átrendeződése termohalin cirk láció gyengülése, cirkuláció g engülése leállása MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
31
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATVÁLTOZÁS: UGRÁSSZERŰ vagy ag FOKOZATOS? • Az éghajlatnak létezik többes egyensúlyi állapota, melyek között ugrásszerű átváltások lehetségesek A múltban voltak, a j őb llehetnek jövőben h k ugrásszerű á ű változások ál á k • A globális felmelegedés járhat lokális lehűléssel bizonyos térségekben • Ok: az észak észak--atlanti termohalin cirkuláció (a felszínen meleg, sós víz szállítása észak felé, felé míg a mélyben hideg és édesebb víz áramlása az Egyenlítő irányába) gyengülése, esetleges leállása MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
32
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ATLANTI ÓCEÁN ÓC Á SÓ SÓTARTALMÁNAK Á A VÁLTOZÁSA
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
33
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÉSZAKÉSZAK-ATLANTI TERMOHALIN CIRKULÁCIÓ ELŐREJELZETT VÁLTOZÁSAI
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
34
KLÍMAMODELLEZÉS
A TERMOHALIN CIRKULÁCIÓ VÁLTOZÁSAI • Fokozatos és intenzív csökkenés (esetleges teljes leállás), amikor a melegedés 3,7 – 7,4 fok közötti küszöbértéket elér • (A Golf áramlás nem állna le, a szél szél--hajtotta cirkuláció miatt) • DE: a tengeráramlatok á l k szerepe a hőátvitelben hőá i lb kisebb, ki bb mint i gondoltuk! • Múltbeli leállások: – 12 700 évvel ezelőtt: az északészak-atlanti térség középhőmérséklete p egy gy évtizeden belül kb. 5 fokkal esett vissza • Jéghegyek Portugália partjainál • 1300 évig tartott – 8200 évvel ezelőtt: hasonló, de kevésbé éles folyamat (mintegy 100 évig tartott) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
35
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
36
KLÍMAMODELLEZÉS
NUMERIKUS IDŐJÁRÁS ELŐREJELZÉS • A légkör hidrohidro-termodinamikai (primitív) egyenleteinek (parciális differenciálegyenletek) megoldására alkotott matematikai modellek • Vegyes gy feladat (kezdeti(kezdeti ( - és határfeltételek – alsó,, felső,, oldalsó – megadása szükséges) • Folytonos F l egyenleteket l k is i közelítjük kö lí jük • Numerikus (közelítő) megoldás
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
37
KLÍMAMODELLEZÉS
LÉGKÖRI EGYENLETEK • Kontinuitási egyenlet (prognosztikus (prognosztikus összefüggés, a tömegmegmaradás ö dá törvénye) ö é ) • Nedvesség kontinuitási egyenlet ((prognosztikus prognosztikus összefüggés, a víz megmaradása: folyékony, folyékony szilárd és gáz halmazállapotban) • Mozgásegyenletek (prognosztikus (prognosztikus összefüggés, NavierNavier-Stokes egyenletek; gy kapcsolat p a sebességg megváltozása, g valamint a nyomási y gradiens, Coriolis és súrlódási erők között) • Termodinamikai egyenlet ((prognosztikus prognosztikus összefüggés, az energia megmaradás törvénye) tör én e) • Gáztörvény ((diagnosztikai diagnosztikai összefüggés a nyomás, a hőmérséklet és a nedvesség között) Hét egyenlet gy és hét ismeretlen változó ((u,, v,, w,, ρ, p, T,, q) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
38
KLÍMAMODELLEZÉS
A numerikus prognosztika alfája és omegája: a légkör hidro-termodinamikai egyenletrendszere
mozgásegyenletek (II. tv.) kontinuitási egyenlet termodinamikai egyenlet (I. főtétel) nedvesség kontinuitási egyenlete
nemlineáris parciális differenciál-egyenlet rendszer MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
39
KLÍMAMODELLEZÉS
A folytonos egyenletek közelítései: • g gömbi közelítés, • a légkör vastagságának elhanyagolása, • kvázi-hidrosztatikus közelítés,, • vízgőz hatásának elhanyagolása a levegő sűrűségében, parametrizációk a túl bonyolult, y , illetve a rácstávolságnál g • fizikai p kisebb skálájú folyamatok modellezésére (pl. sugárzás, felhőfizika, diffúzió, turbulencia, planetáris határréteg stb.) ANALITIKUSAN TOVÁBBRA SEM OLDHATÓ MEG ! Analitikus megoldás hiányában numerikus módszerek diszkrét egyenletek MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
40
RÁCSOK, GLOBÁLIS és REGIONÁLIS MODELLEK
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
KLÍMAMODELLEZÉS
41
KLÍMAMODELLEZÉS
A NUMERIKUS ELŐREJELZÉS LEGFONTOSABB LÉPÉSEI NUMERIKUS ELŐREJELZÉS ADATASSZIMILÁCIÓ
MODELL INTEGRÁLÁS
UTÓFELDOLGOZÁS
A mérési információk gyűjtése, ellenőrzése, modellrácsra történő
A légkör hidro-termodinamikai egyenletrendszerének közelítő
Megjelenítés Speciális paraméterek származtatása
előállítása (objektív analízis)
megoldása
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
42
KLÍMAMODELLEZÉS
BEÁGYAZOTT KORLÁTOS BEÁ TARTOMÁNYÚ MODELLEK LOKÁLIS MODELL
GLOBÁLIS MODELL
REGIONÁLIS MODELL
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
43
KLÍMAMODELLEZÉS
A MODELLEK BEVÁLÁSÁNAK JAVULÁSA: KB KB. 3 NAP IDŐELŐNY 30 ÉV ALATT (Kb. 10 év alatt 1 nap)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
44
KLÍMAMODELLEZÉS
VALÓSZÍNŰSÉGI ELŐREJELZÉSEK: ENSEMBLE (EGYÜTTES) MÓDSZER (ELMÉLET) • Egy előrejelzés akkor és csak akkor teljes, ha hozzá tudunk rendelni megbízhatósági mutatókat (beválási valószínűségeket) • A légkör bonyolult turbulens (kaotikus) rendszer, amely nagyfokú érzékenységet mutat a kiindulási állapotaira („a ( a brazíliai pillangó és a texasi tornádó kapcsolata”) In memoriam Edward Lorenz 1917-- 2008 1917
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
45
KLÍMAMODELLEZÉS
VALÓSZÍNŰSÉGI ELŐREJELZÉSEK: ENSEMBLE (EGYÜTTES) MÓDSZER (GYAKORLAT) • A kezdeti feltételekben meglevő bizonytalanság figyelembe vétele több egyformán lehetséges kiindulási feltétel több előrejelzés ((előrejelzések j együttese) gy ) • Más bizonytalanságok (például modellek leírása) figyelembevétele is! • Az így kapott eredmények együttes vizsgálata – Ha az előrejelzések j hasonlóak nagyobb gy megbízhatóság g g – Ha az előrejelzések nagyon eltérnek egymástól nagyobb bizonytalanság (az előrejelezhetőség kisebb) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
46
KLÍMAMODELLEZÉS
VALÓSZÍNŰSÉGI ELŐREJELZÉS VELENCÉRE
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
47
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
48
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÉGHAJLATI RENDSZER
Az éghajlati rendszer: a légkör és a vele érintkezésben levő négy geoszféra (hidroszféra, krioszféra kontinentális felszín és bioszféra) krioszféra, kölcsönhatásban álló együttese
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
49
KLÍMAMODELLEZÉS
légkör
bioszféra szárazföldek tengeri jég, jégtakarók, gleccserek
vízburok
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
50
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÉGHAJLATI MODELLEK LEGFONTOSABB ELEMEI Óceán modellek (tengeráramlások, tengeri jég)
Felszín (talaj) Felszín modell Légköri modellek Levegőkémia ( (aeroszolok, l k CO2 körforgalom) MAFIHE Téli Iskola
Bioszféra i fé
2010. február 6.
51
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
52
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI MODELLEK • Az éghajlati rendszer, rendszer illetve a rendszer összetevői tanulmányozására, illetve az összetevők közötti kölcsönhatások elemzésére • A természetes klímaváltozékonyság oksági megismerése • Egyetlen objektív válaszadási lehetőség az alábbi kérdésre: miként reagál az éghajlat egy feltételezett antropogén kényszerre? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
53
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉGHAJLATI „PROJEKCIÓK” PROJEKCIÓK” KÉSZÍTÉSE • Egyensúlyi módszer: egy feltételezett kényszer megváltoztatásával (pl a légköri szén(pl. szén-dioxid mennyiségének megduplázódása) integrálják a klímamodellt egy új egyensúlyi állapot felvételéig – A kontroll és kísérleti futtatás összevetése – Akár 4000 éves integrálás is szükséges lehet – Számításigényes – A klímaváltozás időbeli lefolyásáról nem ad információt • Tranziens módszer: a kényszerek változási forgatókönyvei alapján történő gerjesztés – A klíma változásának időfüggése a kontrollal való összehasonlítás révén MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
54
KLÍMAMODELLEZÉS
GLOBÁLIS KLÍMAMODELLEK • Az egész Földre szolgáltatnak éghajlati előrejelzéseket (tipikus horizontális felbontás: néhány 100 km) • Lehetőség változó külső kényszerek figyelembevételére (pl.. CO2 koncentráció (p o ce ác ó várható vá a ó változása vá o ása kibocsátási bocsá ás forgatókönyvek) • Globális átlagban szolgáltatnak eredményeket a regionális g változások irányára y vonatkozóan nem adnak tájékoztatást (a regionális változások előjele akár ellentétes is lehet a globális változásokéval) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
55
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
56
GLOBÁLIS ÉGHAJLATI MODELLEK FELBONTÁSÁNAK FEJLŐDÉSE 1990
1995
2001
MAFIHE Téli Iskola
KLÍMAMODELLEZÉS
2007
2010. február 6.
Forrás: IPCC, AR4 57
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
58
KLÍMAMODELLEZÉS
A LEGUTÓBBI IPCC JELENTÉS LEGFONTOSABB JŐVŐRE VONATKOZÓ MEGÁLLAPÍTÁSAI • Az évszázad végére várható globális hőmérsékletnövekedés 1,1 1,1--6,4 oC • A század végére várható tengerszint tengerszint--emelkedés 0,18 0,18-0 59 m 0,59
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
59
REGIONÁLIS SAJÁTOSSÁGOK
KLÍMAMODELLEZÉS
• A regionális antropogén klímaváltozás oka nem a globális melegedés: g külső kényszerek y megváltozása g módosult légköri g és óceáni cirkuláció új klímaállapot • Globális modellek: 100100-250 kmkm-es horizontális és 1 kmkm-es vertikális felbontás planetáris skálájú előrejelzések • Regionalizációs technikák: globális előrejelzések régiókra történő leskálázása
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
60
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÉGHAJLAT REGIONÁLIS ELŐREJELZÉSE Kiindulás: a gglobális klímamodellek jjó minőségű Kiindulás: g előrejelzéseket j szolgáltatnak • Statisztikai leskálázás: statisztikai kapcsolat a múltbeli globális és regionális változások között (és ezt alkalmazza a jövőre nézve) • Nagyfelbontású vagy változó felbontású globális modellek (nagy számításigény, nincs határfeltétel probléma) • Regionális éghajlati modellek: korlátos tartományú numerikus modellek (határérték probléma, oldalsó határfeltételek: globális modellek) d ll k) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
61
KLÍMAMODELLEZÉS
REGIONALIZÁCIÓS TECHNIKÁK: TECHNIKÁK EMPIRIKUS STATISZTIKAI LESKÁLÁZÁS • A regionális éghajlatot meghatározó tényezők: nagytérségű klíma, a felszín regionális fizikai és földrajzi sajátosságai • Statisztikai kapcsolat a nagytérségű és a regionális éghajlat ö ött között • Globális előrejelzésekből a fenti statisztikák alapján regionális eg o s eelőrejelzések ő eje ése sszármaztatása s • Korlát: a múltbeli adatokon számolt statisztikai kapcsolatok p nem feltétlenül lesznek érvényesek y a jjövőre nézve MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
62
KLÍMAMODELLEZÉS
REGIONALIZÁCIÓS TECHNIKÁK: NAGY VAGY VÁLTOZÓ FELBONTÁSÚ GLOBÁLIS MODELLEK
• Az egész Földre adnak előrejelzést (nincs peremfeltétel probléma) • A túl nagy felbontásnak határt szab a számítógépes kapacitás • Változó Vált ó felbontású f lb tá ú modelleknél: d ll k él túl nagy felbontás f lb tá differencia nem lehetséges, a különböző felbontású tterületeknél ül t k él különböző külö bö ő fi fizikai ik i parametrizációs t i á ió eljárások ljá á k alkalmazása szükséges
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
63
KLÍMAMODELLEZÉS
REGIONALIZÁCIÓS TECHNIKÁK: BEÁGYAZOTT KORLÁTOS TARTOMÁNYÚ MODELLEK
• Több fizikai folyamat explicit (és ezzel pontosabb) leírása • A domborzat (és egyéb felszíni jellemzők) pontosabb figyelembevétele • Szélsőséges S él ő é jelenségek j l é k megbízhatóbb bí h tóbb szimulálása i lálá • Oldalsó határfeltételek problémaköre • Számításigény
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
64
KLÍMAMODELLEZÉS
PÉLDA PRUDENCE (EU PROJEKT) MODELL RENDSZERE PÉLDA: Csatolt AOGCM (légkör: 300km) SST/tengeri jég változása az AOGCM alapján
150km globális légköri GCM
Pontosabb cirkuláció a 150km GCM alapján
50km regionális klímamodellek (RCM)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
65
KLÍMAMODELLEZÉS
MILYEN ELŐREJELZÉSEK KÉSZÍTHETŐEK ÉGHAJLATI MODELLEKKEL? • Az éghajlati rendszer (elsősorban a légkör) átlagos viselkedésének jjellemzése statisztikai jellemzőkkel j (átlagok, összegek stb.) • Az előrejelzés bizonytalanságának számszerűsíthetősége (valószínűségi forma, „együttes” előrejelzések: több modellfuttatás) d llf ) Megjegyzés: egy klímamodell úgyis lehet tökéletes, hogy futtatása közben egyetlen időjárási jelenséget sem j l tt pontosan jelzett t előre lő MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
66
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
67
A REGIONÁLIS KLÍMAMODELLEZÉS IZGALMAS KÉRDÉSEI
KLÍMAMODELLEZÉS
1. Mit tudunk a közelmúlt klímájáról (mi a referencia)? referencia)? 2 A regionális modellek képesek 2. képesek--e a klíma klíma--projekciók pontosítására? 3. A modellhibák értelmezése és kezelése 4. Mi az oldalsó határfeltételek szerepe? y méretének és felbontásának a hatása? 5. Mi a tartomány 6. A változások szignifikanciájának vizsgálata 7. A projekciók érzékenysége a kibocsátási forgatókönyvekre és az oldalsó határfeltételekre 8. Ensemble (valószínűségi (valószínűségi)) kiértékelés 9. Hogyan használhatóak a modellezett információk hatásvizsgálatok elvégzésére? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
68
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
69
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK • Megfelelően ismerjükismerjük-e a közelmúlt éghajlatát? éghajlatát? • Mi a múlt éghajlatának legjobb leírása? leírása? • Melyek a múlt éghajlatának leírására vonatkozó legjobb adatbázisok?? adatbázisok – ERA40 (1 (1°°, re re--anal analízisek ízisek)? )? – CRU (0,5° (0,5° or 10’, Climatic Researc Research Unit)? – ECA (0,25 (0,25°°, European Climate Assessment)? – Nemzeti megfigyelési adatbázisok (direkt megfigyelési és rácsponti adatok: adatok: pl. 0,1 0,1°°-os rács Magyarországra)? Magyarországra)? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
70
KLÍMAMODELLEZÉS
HŐMÉRSÉKLET Ő S ((1961(1961 96 -2000, 000, tél) é)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
71
KLÍMAMODELLEZÉS
CSAPADÉK KÜLÖNBSÉGEK (1961(1961-2000, 2000 tél)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
72
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK • Még ég a múltat ú se ismerjük s e jü elegendően e ege dőe pontosan po os („ („az az se bbiztos, os, ami már megtörtént”) megtörtént”) • A különböző adatbázisok érdemben eltérhetnek egymástól (különösen a hegyek fölött, illetve a tengerpartoknál) tengerpartoknál) Óvatosan kell eljárni az éghajlati modellek megfigyelési adatokkal való összevetésénél (Amúgy az ECA adatbázis tűnik a legalkalmasabbnak!)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
73
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
74
DINAMIKAI LESKÁLÁZÁS
KLÍMAMODELLEZÉS
Regionális Region ális model modelll
Globális Glob ális mező
MAFIHE Téli Iskola
Leskálázás
2010. február 6.
75
KÉRDÉSEK
KLÍMAMODELLEZÉS
• A regionális (korlátos tartományú) modellek képesek plusz értéket (kiegészítő részleteket) hozzáadni a globális szimulációkhoz i lá iókh (más á szavakkal: kk l van értelme é l regionális i áli modellek futtatásának)? futtatásának)? – Elvben El b igen, i és é a gyakorlatban? k l b ? • Ho Hogyan gyan mérjük a lehetséges plusz információ tartalmat (szisztematikus és négyzetes hibák)? • Kialakulhatnak Kialakulhatnak--e a regionális g modellen belül önálló cirkulációs viszonyok? viszonyok? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
76
KLÍMAMODELLEZÉS
ELMÉLETI SÍKON: IGEN (DOMBORZAT: ECHAM VS. REMO; ARPEGE VS. ALADIN ALADIN--CLIMATE)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
77
KLÍMAMODELLEZÉS
GLOBÁLIS (ECHAM) VS. VS REGIONÁLIS (REMO)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
78
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉVES HŐMÉRSÉKLETI ÉS CSAPADÉK SZISZTEMATIKUS HIBA GLOBÁLIS
LAM
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
79
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK • A regionális klímamodellek képesek regionális részletek pontosítására a felszíni jellemzők pontosabb leírásával és a magasabb felbontás alkalmazásával (saját cirkuláció is kialakulhat) • Ugyanakkor egyszerű statisztikai mutatók nem feltétlenül mutatnak javulást • A „hagyományos” verifikációs mutatók a magasabb felbontású modellt sújthatják („double penalty penalty”)) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
80
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
81
KÉRDÉSEK
KLÍMAMODELLEZÉS
• Ho Hogyan gyan kezeljük a modellhibákat, amelyek a múltra vonatkozó teszteléseink révén jutnak tudomásunkra? tudomásunkra? • A múltra vonatkozó modellhibákat hogyan alkalmazhatjuk a jövőre vonatkozó projekciók javítására? javítására? • A modellhibák időben változatlanok változatlanok?? • Ki tudjuk küszöbölni a modellhibákat? modellhibákat? • A múltban tökéletes modellek tökéletesek a jövőre nézve is?? is • Rossz (múltban hibás) modellek használhatatlanok a jövőre vonatkozóan? vonatkozóan tk ó ? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
82
KLÍMAMODELLEZÉS
MODELL HIBÁK: Á CSAPADÉKMENNYISÉG É É A DUNA VÍZGYŰJTŐJÉN
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
83
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
84
KLÍMAMODELLEZÉS
NYÁRI HŐMÉRSÉKLETI és CSAPADÉK PROBLÉMA °C observed temperature sim ulated tem perature 30 25 20 15 10 5 0 -55 -10 j MAFIHE Téli Iskola
f
m
a
m
j
j
2010. február 6.
Hungary, 16 stations 1979-2002
a
s
o
n
d 85
KLÍMAMODELLEZÉS
observed precipitation sim ulated p precipitation p
mm 140
Hungary, 16 stations 1979 2002 1979-2002
120 100 80 60 40 20 0 Jan
MAFIHE Téli Iskola
Feb
Mar
Apr
May
Jun
2010. február 6.
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
86
KLÍMAMODELLEZÉS
MODELL HIBÁK: Á EGY PÉLDA É (HŐMÉRSÉKLET Ő É É és CSAPADÉK, CRUCRU-HOZ KÉPESTI SZISZTEMATIKUS HIBA, ALADINALADIN-Climate)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
87
KLÍMAMODELLEZÉS
A MODELLHIBÁK FÜGGÉSE A SZIMULÁLT ÉRTÉKEKTŐL (REMO)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
88
KLÍMAMODELLEZÉS
A SZISZTEMATIKUS HIBA IDŐBELI VISELKEDÉSE Hőmérsékleti hiba [oC] 1 9 6 1 – 1 9 7 0
HU: 2.4
1 9 8 1 – 1 9 9 MAFIHE Téli Iskola 2.0 0
1 9 7 1 – 1 9 8 0
1.5
2010. február 6.1.8
89
1 9 9 1 – 2 0 0 0
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK • A modellek hibával terheltek, mint ahogy az a tesztelésük során látható: hogyan lehet ezeket kiküszöbölni? kiküszöbölni? – Modellfejlesztés • A modell hibák függnek az évszaktól, a szimulált értékektől, valamint a szimulációs időszaktól (azaz nem könnyű ezeket az információkat felhasználni a jövőre vonatkozó szimulációk hiba hiba-mentesítésére)) mentesítésére • A gyakorlatban: gyakorlatban k l tb : különbségeket külö b é k t képzünk ké ü k a modellek d ll k múltbeli últb li és é jövőbeli szimulációi között („delta” módszer) módszer) MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
90
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
91
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK • Mi a határfeltételek szerepe p (elvben ( meghatározó g tényezők a peremérték probléma megoldása során)? során)? • Mi a fontosabb fontosabb?? – Tökéletes határfeltételek (re (reanalízisek analízisek)? )? – Dinamikailag (és fizikailag) konzisztens határok? határok? • Ho Hogyan gyan lehet kezelni a múltra vonatkozó szimulációkból származó ellentmondó eredményeket (tökéletes és globális modell peremfeltételekkel peremfeltételekkel))? MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
92
KLÍMAMODELLEZÉS
ERA40 VS. GLOBÁLIS LBCs (1961 (1961--1990, HŐMÉRSÉKLETI HIBA) LBC: ERA40
MAFIHE Téli Iskola
LBC: ECHAM
2010. február 6.
93
KLÍMAMODELLEZÉS
A GLOBÁLIS PEREMFELTÉTELEK ÉS A REGIONÁLIS EREDMÉNYEK KAPCSOLATA LBC
Hőmérséklet [oC]
Csapadék [mm/hónap]
E R A 4 0
E C H A M MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
94
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK • Kísérleteink sé e e azt sug sugallják, j , hogy ogy a dinamikai d konzisztencia o s e c fontosabb, mint a határfeltételek „tökéletessége” (a hibák különböző jellegűek a re re--analízis és globális meghajtás esetén, úgy, hogy a globális meghajtás ad jobb eredményeket) • Az ERA40 ERA40--meghajtott változatot szoktuk használni a modellek tökéletesítésére (elsősorban a fizikai parametrizációs eljárások tekintetében)) tekintetében • Ugyanakkor U kk a jö jövőre ő vonatkozó tk ó szimulációk i lá iók is i globális l báli modellekkel kerülnek meghajtásra… MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
95
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
96
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK É É • A nagyobb felbontású modellek jobbak, mint a durvább felbontású társaik? társaik? • A modell tartomány pontos elhelyezkedése lényeges szempont?? szempont
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
97
KLÍMAMODELLEZÉS
ALADIN--CLIMATE: TARTOMÁNYOK ALADIN Á és DOMBORZATOK
10 km
25 km MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
98
KLÍMAMODELLEZÉS
MODELL HBÁK (HŐMÉRSÉKLET és CSAPADÉK, ALADINALADIN-Climate) HŐMÉRSÉKLET
CSAPADÉK
10 km
10 km
25 km
25 km
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
99
VALIDÁCIÓS EREDMÉNYEK (2001(2001-2002, MEGFIGYELÉS,, 18KM,, 11KM,, REMO))
KLÍMAMODELLEZÉS
Hőmérséklet
Nedvesség
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
100
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK • A felbontás növelése nem feltétlenül javít az eredményeken (a felbontás növelés nem egy „mindenható” megoldás) • Különböző tényezők kölcsönhatása befolyásolja a modell hibákat (határfeltételek,, tartomány y mérete stb.) stb.): hibák véletlenszerű kioltása vagy felerősödése? • ALADIN ALADIN--Climate: a túl kicsi tartomány miatt „gyanús zajok” jelennek meg a peremek környékén (különösen a csapadéknál)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
101
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
102
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK É É • Mennyiben M ib fontosak f t k a statisztikai t ti tik i szignifikancia i ifik i tesztek t t k a változások bemutatása során során??
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
103
KLÍMAMODELLEZÉS
ÉVES ÁTLAGHŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁSA (CÉLIDŐSZAK VS. 19611961-1990) ALADIN 20212021-2050
ALADIN 20712071-2100
2.0 oC
3.5 oC
Minden változás szignifikáns!
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
104
KLÍMAMODELLEZÉS
AZ ÉVES CSAPADÉKMENNYISÉG VÁLTOZÁSA (CÉLIDŐSZAK VS. 19611961-1990) ALADIN 2021 2021--2050
ALADIN 20712071-2100
Csak az ország területének 1.4 %területének 1.4 %-án szignifikáns a változás!
Nincs szignifikáns változás változás Magyarországra!
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
105
AZ ÉVSZAKOS CSAPADÉKMENNYISÉGKLÍMAMODELLEZÉS VÁLTOZÁSA (CÉLIDŐSZAK VS. VS 19611961-1990) ALADIN 20212021-2050
0.2 %
0.0 %
0.0 %
1.1 %
ALADIN 20712071-2100
0.2 %
Tavasz MAFIHE Téli Iskola
92 %
Nyár 2010. február 6.
0.0 %
0.0 %
Ősz
Tél 106
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK Ö É • Szignifikancia S i ifik i tesztek t t k fontosak, f t k mertt máskülönben á külö b az eredmények félreértelmezhetőek • A nem nem--szignifikáns g változásokat óvatosan kell interpretálni
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
107
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
108
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK • Mi a „fontosabb”: határfeltételek, modell vagy forgatókönyv? f ókö ?
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
109
KLÍMAMODELLEZÉS
MODELLTŐL, HATÁRFELTÉTELEKTŐL, VALAMINT FORGATÓKÖNYVTŐL VALÓ FŰGGŐSÉG (HŐMÉRSÉKLET, 2021 2021--2050)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
110
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
111
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK Ö É • A hhatárfeltételek á f l é l k fontosabbak f bb k mint i a modellek d ll k megválasztása a 2021 2021--20502050-es időszakban • Később ((2071 (2071--2100)) a forgatókönyvek g y a legfontosabb g tényezők
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
112
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
113
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK • A felhasználók számára hogyan számszerűsíthetjük a projekcióinkban j k iói kb rejlő jlő bizonytalanságokat? bizonytalanságokat bi l á k ?
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
114
KLÍMAMODELLEZÉS
TÖBB MODELL OUTPUT EGYÜTTES KIÉRTÉKELÉSE (CSAPADÉK)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
115
KLÍMAMODELLEZÉS
CSAPADÉK (PRUDENCE EREDMÉNYEK) 7-14
0.1 mm/day y 7%
8%
14 %
11 %
10 %
20 mm/day 4-66 65 %
MAFIHE Téli Iskola
36 %
4%
2010. február 6.
61 %
66 %
116
KLÍMAMODELLEZÉS
HŐHULLÁMOK Ő Á (PRUDENCE EREDMÉNYEK) É
46 189 46-189 60 %
MAFIHE Téli Iskola
84 %
46 %
2010. február 6.
60 %
189 %
117
A HŐMÉRSÉKLET NÖVEKEDÉSÉNEK VALÓSZÍNŰSÉGE KLÍMAMODELLEZÉS 1 C 2021 2021-2050 2 C 4 C 2071 2071-2100 6 C É v
M A M J J A
A HŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁS NEM HALADJA MEG A 2 COT 2021 2021-2050 2050-RE
A NYÁRI HŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁS NAGYOBB LESZ 4 C-NÁL 2071 2071-21002100-RA
S O N D J F MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
118
A CSAPADÉK CSÖKKENÉSÉNEK VALÓSZÍNŰSÉGE KLÍMAMODELLEZÉS -10% 2021 2021-2050 -5% -10% 2071 2071--2100 -5% É v
M A M J J A
A CSAPADÉK CSÖKKENÉS KISEBB LESZ LESZ, MINT 10% 20212021 -2050 2050-RE
A NYÁRI CSAPADÉK CSÖKKENÉS SZIGNIFIKÁNS LEHET 20712071 -2100 2100-RA
S O N D J F MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
119
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK Ö É • Elvi El i síkon: ík minden i d bizonytalanságot bi t l á t meg kell k ll értenünk, majd számszerűsítenünk • A gy gyakorlatban: a legkönnyebb g y megoldás g több klímamodell eredményének együttes kezelése, kiértékelése ((multi(multi-modell ensemble))
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
120
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
121
KLÍMAMODELLEZÉS
KÉRDÉSEK • A nyers klímamodell outputok alkalmasak az éghajlati hatásvizsgálatok bemenő paramétereiként? paramétereiként? • Hogyan Hogyan lehet áthidalni a modellek és az igényelt információ felbontásai közötti esetleges szakadékot? (statisztikai (statis ztikai vagy dinamikai módszerek?) módszerek?)
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
122
KLÍMAMODELLEZÉS AZ ÉGHAJLATI MODELLEK EREDMÉNYEINEK FELHASZNÁLÁSA
Modell 1
Modell 2
Modell ...
Mode odelll N
3D meteorol meteoroló ógi giai ai output mezők Bi Bizonytalanságok t l á k
Utófeldolgozás: speci speciális ális statis statisztikai ztikai és dinamikai alapú p leskálázások
Objektív alapokon nyugvó hatásvizsgálatok
Végfelhasználók: Végfelhasználók : gazdaság,2010. társadalom, egészségügy, politika stb. MAFIHE Téli Iskola február 6. 123
KLÍMAMODELLEZÉS
KÖVETKEZTETÉSEK • Többnyire az éghajlati modellek közvetlen outputjai nem használhatóak hatásvizsgálatokra • Vagy leskálázás (a térbeli és időbeli információ további javítása)) vagy speciális utófeldolgozás (olyan mezők javítása származtatása, amely nem közvetlen modell output) szükséges • A di dinamikai ik i leskálázási l kálá á i módszerek ód k ajánlottak já l tt k
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
124
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
125
KLÍMAMODELLEZÉS
REMO SZIMULÁCIÓK: LEGFONTOSABB JELLEMZŐK
Integrálási I t álá i időszak idő k Oldalsó határfeltételek
ERA40
TRANZIENS TRANZIENS
1961 19 61–2000 61–
1951– 1951 –210 100 0
ERA40 ((125 km))
ECHAM5/MPI-OM ECHAM5/MPI(200 km)
Határfeltételek frekvenciája
6 óra
Horizontális Horizont ális felbontás
0,22°° ~ 25 km 0,22
Vertikális szintek száma
20
Tartomány Kibocsátási forgatókönyv MAFIHE Téli Iskola
A1B 2010. február 6.
126
KLÍMAMODELLEZÉS
ALADIN-CLIMATE SZIMULÁCIÓK: ALADINLEGFONTOSABB JELLEMZŐK Integrálási g időszakok Oldalsó határfeltételek
ERA40
IDŐSZELETEK Ő
1961 19 61– –2000
1961--1990, 1991 1961 1991--2020, 2021 2021-2050, 2050 2051 2051--2070, 2070 2071 2071--2100
ERA40 (125 km)
ARPEGE/OPA ( 50 km) (~50
Határfeltételek frekvenciája
6 óra
Horizontális Horizont ális felbontás
25 km és 10km
Vertikális szintek száma
37
Tartomány Kibocsátási forgatókönyv MAFIHE Téli Iskola
A1B 2010. február 6.
127
KLÍMAMODELLEZÉS
INTEGRÁLÁSI TARTOMÁNYOK
REMO
MAFIHE Téli Iskola
ALADIN
2010. február 6.
128
oC] Évszakos hőmérsékletváltozás 2021–2050-re [ KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modellátlaga g
Tavasz 1.1 1. 1 – 1.6
Nyár 1.4 1. .4 – 2.6 .6
Ősz 1.6 1. 6 – 2.0
Tél 1.3 MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
129
oC] Évszakos hőmérsékletváltozás 2071–2100-ra [ KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modellátlaga g
Tavasz 2.3 – 3.1
Nyár 4.1 . – 4.9 .9
Ősz 3.6 – 3.8
Tél 2.5 – 3.9 MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
130
Éves relatív csapadékváltozás [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: e e e c a 1961–1990 96 990 modellátlaga ode át aga
2021–2050: -0.9 – -0.2 2071–2100: -5 – 3
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
131
Évszakos relatív csapadékváltozás 2021–2050-re [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modellátlaga g Tavasz -7 – 3
N á Nyár -5
Ősz 3 – 14
Tél -10 – 7 MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
132
Évszakos relatív csapadékváltozás 2071–2100-ra [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modellátlaga g Tavasz -2 – 2
N á Nyár -26 – -20
Ősz 10 – 19
Tél -3 – 31 MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
133
KLÍMAMODELLEZÉS
MAGYARORSZÁGI ÉVSZAKOS CSAPADÉKÁTLAG VÁLTOZÁSÁNAK ALAKULÁSA (Referencia: 196119611990--es időszak 1990 idő k átl átlaga, REMO modell) d ll) Nyár
MAFIHE Téli Iskola
Tél
2010. február 6.
134
KLÍMAMODELLEZÉS
Összefoglalás: átlagos változások Magyarországon • Hőmérséklet: • A modellek melegedést g jjeleznek minden évszakra • Legnagyobb mértékű nyáronnyáron-ősszel (1,4(1,4-2,6 illetve 3,6 3,6--4,9 oC) • Csapadék: • • • •
Nagyobb bizonytalanság, mint a hőmérsékletnél Kevés statisztikailag szignifikáns változás Az éves összeg kismértékű változása (+/(+/- 5 %) A csapadék p éven belüli átrendeződése: • Nyáron: egyértelmű csökkenés • Többi évszakban: modellenként eltérő tendenciák
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
135
Hőmérsékleti szélsőségek változása 2021–2050-re [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modell
Hőségnapok Hőhullámok
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
136
Hőmérsékleti szélsőségek változása 2071–2100-ra [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modell
Hőségnapok Hőhullámok
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
137
Csapadékindexek várható változása 2021–2050-re [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modell
Csapadékintenzitás Egymást követő száraz napok száma
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
138
Csapadékindexek várható változása 2071–2100-ra [%] KLÍMAMODELLEZÉS Referencia: 1961–1990 modell
Csapadékintenzitás Egymást követő száraz napok száma
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
139
KLÍMAMODELLEZÉS
Összefoglalás: szélsőségek változásai Magyarországon • Hőmérséklet: • Hőség Hőség-- és forró napok száma növekszik • Hőhullámok gyakoribbá válása • Csapadék: C dék • Növekvő csapadékcsapadék-intenzitás (lehullott csapadék / csapadékos napok száma) • Az évszázad végére az egymást követő száraz napok száma egyértelműen növekszik • Következmény: kevesebb, de intenzívebb csapadékesemény MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
140
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
141
ÖSSZEFOGLALÁS
KLÍMAMODELLEZÉS
• Időjárási (és éghajlati) előrejelzéseink (projekcióink) számszerű előrejelző lő j l ő modellek d ll k eredményein d é i alapulnak l l k (egyetlen ( l objektív bj k í lehetőség; spekulatív megközelítés nem vezet eredményre) • Egy előrejelzés (projekció) csak akkor teljes, ha az előrejelzett (szimulált) értékek mellé beválási valószínűségeket is hozzárendelünk (és a felhasználóknak – ha tetszik, ha nem – ezt az információt kell beépíteniük p a mindennapos p döntéseikbe)) • A klímamodellezés egy gy dinamikusan fejlődő j tudományág, y g, melyen y belül elsősorban regionális klímamodellezéssel foglalkozunk
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
142
KLÍMAMODELLEZÉS
MAFIHE Téli Iskola
2010. február 6.
143
