Bevezetés

Általánosan elfogadott tény, hogy az éghajlati rendszer összetett működésének és jövőbeli viselkedésének tanulmányozására a numerikus modellezés eszköztára szolgáltat megfelelő, objektív módszert. A globális numerikus éghajlati modellek képesek a rendszer egyes összetevői (a légkör, az óceán, a szárazföld, a jégtakaró és az élővilág; 1. ábra) fizikai folyamatainak leírására, valamint a komponensek közötti bonyolult kölcsönhatások és visszacsatolások jellemzésére. Ezek a modellek a komplex rendszer egészét együtt tekintik, ezért lehetőségünk van velük leírni az éghajlati rendszer válaszát egy feltételezett jövőbeli kényszerre. 

1. ábra: Az éghajlati rendszer elemei és legfontosabb kölcsönhatásai.

A feltételezett jövőbeli kényszerek egyik legfontosabb és legbizonytalanabb eleme az emberi (antropogén) tevékenység. Az éghajlati rendszerre hatással bíró emberi tényezőket a globális modellek számára oly módon számszerűsíthetjük, hogy meghatározzuk mindezen tényezőknek (a népesség, az energia-felhasználás, az ipari és mezőgazdasági szerkezet stb. változásainak) az éghajlati rendszerre gyakorolt "sugárzási kényszerét" (azaz mennyiben módosulnak ezáltal a földi sugárzási viszonyok), s kiszámítják a hatással egyenértékű szén-dioxid kibocsátást, valamint az ennek megfelelő koncentrációt (2. ábra). A bizonytalanság pedig abból adódik, hogy jelenleg nem vagyunk képesek teljes bizonyossággal megmondani, hogyan változnak az antropogén tevékenység egyes részletei a jövőben. Éppen ezért a jövőbeli kibocsátási tendenciákra számos hipotézist (ún. forgatókönyvet) állítanak fel, melyek között vannak optimista, pesszimista vagy átlagosnak tekinthető változatok, s ezek figyelembevételével készítenek globális projekciókat a Föld egészére nézve. (Ezeket a modell-szimulációkat nem előrejelzéseknek, hanem projekcióknak nevezzük éppen az említett feltételes voltuk miatt.)

2. ábra: A globális emisszió legfontosabb forgatókönyv-családjának széndioxid-egyenértékben
kifejezett kibocsátási (bal) és koncentrációs (jobb) mutatói a XXI. századra.

Napjainkra a nagy klímakutató központokban fejlesztett globális éghajlati modellek kidolgozottsága elérte azt a szintet, hogy ezek a modellek képesek megbízhatóan leírni az éghajlati rendszer elemeinek viselkedését a közöttük lévő összetett kölcsönhatásokkal együtt, továbbá kiválóan használhatók az éghajlatváltozás planetáris (azaz globális, nagyskálájú) jellemzőinek vizsgálatára. A rövidtávú modellekkel ellentétben ezekkel a modellekkel szemben nem elvárás, hogy minden pontban és időpillanatban leírják az időjárást - ebben az esetben a célunk az, hogy az éghajlati rendszer átlagos tér- és időbeli statisztikáit reprezentáljuk. A globális klímamodellek komplexitása azonban a jelenlegi számítógépes kapacitás teljes kihasználásával sem teszi lehetővé azt, hogy egyedüli alkalmazásukkal az éghajlatváltozás regionális vonatkozásairól pontos információhoz jussunk (térbeli felbontásuk például többnyire 100 km-nél még ma sem finomabb). A részletek feltárására ezért ún. regionalizációs (leskálázási) módszerekkel élünk, amelyek segítségével egy az érdeklődésünkre számot tartó területen (például Közép-Európa térségére) finomíthatjuk a nagyskálájú globális jellemzőket.

A globális információk regionális pontosítására Magyarországon regionális éghajlati modelleket használunk, melyek - miként a rövidtávú időjárás-előrejelzésben - egy kisebb tartományra készítenek projekciókat a globális modellek eredményeit határfeltételekként felhasználva (3. ábra). A regionális modellek többnyire már csak az éghajlati rendszer légköri komponensének leírását tűzik ki célul, ezért kifejlesztésük általában a rövidtávú előrejelzésben is használt időjárási modellek adaptálását és kiterjesztését jelenti oly módon, hogy bizonyos folyamatokat (például a felhőképződést, sugárzást) az éghajlati tér- és időskálának megfelelően írnak le. 

3. ábra: Az éghajlat regionális változása az éghajlati rendszert ért globális kényszer hatására.

A hazai klímadinamikai tevékenységeink története

Az Országos Meteorológiai Szolgálatnál 2003 közepén fogalmazódott meg az a gondolat, hogy a hagyományos, statisztikai alapú klímakutatás mellett indítsuk be a klímadinamikai tevékenységeket is. Az elképzelésnek az adott szilárd alapot, hogy az azt megelőző években megalakult egy olyan numerikus modellező csapat, amely képes számszerű előrejelzéseket biztosító modellek adaptálására és alkalmazására (természetesen ennek feltétele az a számítógépes háttér is, ami lehetővé teszi a modelljeink hatékony futtatását). A tervezett munka részleteit egy Czelnai Rudolf által összehívott kötetlen megbeszélés szolgáltatta, ahol több, elsősorban klímakutatással és modellezéssel foglalkozó szakember vett részt és próbálta megfogalmazni egy regionális klímadinamikai kutatási program lehetséges alapjait (később a programot az MTA X. Osztálya is megvitatta és megvalósításra érdemesnek találta).

Az elképzelések egy Nemzeti Kutatási és Fejlesztési Program (NKFP) keretében kerültek kezdeti megvalósításra. Az NKFP program címe "Magyarország éghajlatának dinamikai vizsgálata és a numerikus modelleken alapuló regionális klíma-előrejelzések módszertanának megalapozása" volt. A projektet 2005. január 1. és 2007. december 31. között valósítottuk meg az ELTE Meteorológiai Tanszékével, a Pécsi Tudományegyetemmel és az Env-in-Cent Kft.-vel közösen (a projekt koordinátora az Országos Meteorológiai Szolgálat volt). Az együttműködés célja a magyarországi regionális klímamodellezési háttér megteremtése volt, ami alapot szolgáltat a Kárpát-medencében várható éghajlat-változás becslésére. A megvalósítás során négy regionális klímamodellt adaptáltunk: az ALADIN-Climate és REMO modelleket az OMSZ-ban, míg a PRECIS és RegCM modelleket az ELTE Meteorológiai Tanszékén. A projektről részletes információk a http://owww.met.hu/palyazat/nkfp_klima2005.php linken találhatók.

A modellezési alapok sikeres megteremtésével lehetőségünk nyílt arra, hogy kapcsolatba lépjünk azokkal az európai kutatókkal, akik regionális klímamodellezéssel foglalkoznak, és bekapcsolódjunk az európai kutatási hálózatba. Ennek egyik eredménye, hogy partnerként vettünk részt a CLAVIER és a CECILIA Európai Uniós projektekben, amelyek az éghajlatváltozást és annak hatásait vizsgálták a közép-kelet európai térségben. A CLAVIER (Climate Change and Variability: Impact on Central and Eastern Europe) projekt (időtartama: 2006 szeptemberétől 2009 augusztusáig) keretében a REMO modellt alkalmaztuk, és vizsgáltuk a klímaváltozás regionális hatását a cirkulációs viszonyokra, a szélsőséges eseményekre, a levegőszennyeződésre, víz- és energiagazdálkodásra, illetve a mezőgazdaságra. A projektről további részletek a http://www.clavier-eu.org honlapon olvashatóak. A CECILIA (Central and Eastern Europe Climate Change Impact and Vulnerability Assessment) projektben (időtartama: 2006 májusától 2009 decemberéig) az ALADIN-Climate modell eredményeivel vettünk részt. A CECILIA projekt szintén foglalkozott az éghajlatváltozás hatásaival, de a hangsúly a modellek futtatásán és leskálázásán volt. A projekt további részleteiről a http://www.cecilia-eu.org honlapon olvashatunk.

A nemzetközi kapcsolataink további erősítésére 2008 februárjában Budapesten egy regionális klímamodellezési mini-workshopot rendeztünk, ahova elsősorban a CLAVIER és a CECILIA projektek partnereit hívtuk meg. A workshop programja és előadásai az alábbi linken érhetőek el: http://owww.met.hu/seminars/rcm2008.php. A workshop előadásaiból az Időjárás folyóirat számára szerkesztettünk egy különszámot (2008. 3-4. szám). 2009 nyarán egy nemzetközi Nyári Iskolát szerveztünk Visegrádon, melynek témája az éghajlatváltozás és éghajlati változékonyság volt ("Climate Variability and Climate Change: Estimating and Reducing Uncertainties"). A Nyári Iskola részletei a http://owww.met.hu/seminars/ss2009.php linken érhetőek el.

A CECILIA és a CLAVIER projektek lezárása után 2010 elején kezdtük meg részvételünket az ECCONET (Effects of Climate Change on the Inland Waterway Networks) projektben. A 2012 végéig tartó projekt az éghajlatváltozás folyami hajózásra gyakorolt várható hatásaival foglalkozik, különös tekintettel a Duna és a Rajna folyókra. Az OMSZ a munkában a klímamodellezési tapasztalataival és modellfuttatások interpretációjával vesz részt.

A regionális éghajlati modellekkel végrehajtott kísérletek

Az Országos Meteorológiai Szolgálat Numerikus Modellező és Éghajlat-dinamikai Osztályán (NMO) az elmúlt néhány évben két regionális klímamodell adaptálására került sor, melyek az alábbiak (a modellek részletes jellemzőit az 1. táblázat mutatja be):

• Az ARPEGE-Climat globális általános cirkulációs modell alapján a Météo France által nemzetközi együttműködésben kifejlesztett ALADIN-Climate regionális klímamodell;
• A Német Szolgálat korábbi időjárási modellje és az ECHAM4 globális általános cirkulációs modell ötvözésével a hamburgi Max Planck Intézet által fejlesztett REMO modell.

A modellekkel először a múltra vonatkozóan hajtottunk végre kísérleteket abból a célból, hogy teszteljük és megismerjük működésüket egy, a mérések által viszonylag jól ismert, hosszabb múltbeli időszakon, s az így feltérképezett modellgyengeségek alapján fejlesszük őket. Ebben az esetben a modellkísérleteket elsőként olyan "tökéletesnek" tekintett (ún. re-analízis) határfeltételekkel hajtottuk végre, melyek előállításához megfigyelési információkat is felhasználtak. Az ezt követő modell-szimulációkban a nagyskálájú kényszereket már nem megfigyelés-alapú információk, hanem légköri vagy kapcsolt óceán-légkör általános cirkulációs modellek biztosították, ugyanis a jövőre vonatkozóan kizárólag a globális modellek eredményeit tudjuk határfeltételekként felhasználni. A múltra vonatkozóan így előállított eredményeket ebben az esetben is összehasonlítottuk megfigyelési adatokkal, csak míg az előbbi esetben a kiértékelés következtetései a regionális modell fejlesztéséhez szolgálnak információval, addig ezúttal a globális és a regionális modell együttes hibájáról kapunk képet. Itt jegyezzük azt is meg, hogy nincsen egyértelmű kapcsolat a modellek múlt éghajlatra vonatkozó "teljesítménye" és a jövőre vonatkozó viselkedése között, de mégis azt várjuk, hogy a múltban jól teljesítő modell megfelelő alapot biztosít az éghajlat jövőbeli alakulásának becslésére.

A modell-szimulációk a REMO modell esetében 25, az ALADIN modell esetében 25 illetve 10 km-es felbontással készültek; a finomabb felbontású kísérletek során egy kisebb, Kárpát-medencét magában foglaló tartományra, míg a 25 km-es felbontású szimulációkban egy Közép- és Kelet-Európát lefedő, nagyobb területre. A jövőre vonatkozóan a hazai modellkísérletekhez az antropogén tevékenység alakulásával kapcsolatos nagyskálájú kényszereket a globális modellek A1B kibocsátási forgatókönyvével előállított eredményei szolgáltatták (amely a bevezetőben említett forgatókönyvek között egy átlagos változatnak tekinthető a XXI. század második felére vonatkozóan). A modellkísérletek legfontosabb jellemzőit a 2. táblázat foglalja össze, s a modellek integrálási tartományait a 4. ábra mutatja be. 

1. táblázat: Az alkalmazott regionális modellek legfontosabb jellemzői.

2. táblázat: A regionális modellekkel végrehajtott kísérletek.

4. ábra: A modellkísérletek integrálási területe: balra az ALADIN-Climate modell 25 (teljes panel) és
10 km-es (kék téglalap) felbontású tartományai, jobbra a REMO modell
25 km-es felbontással lefedett tartománya.

Múltra vonatkozó megfigyelési adatbázisok összehasonlító elemzése

A jövőbeli éghajlatváltozás értelmezéséhez elengedhetetlen a regionális klímamodelljeink validációjához használt referencia-adatbázisok részletes vizsgálata, hisz egyáltalán nem mindegy, milyen adatbázishoz viszonyítva fogalmazzuk meg azon állításunkat, hogy például a modellünk által jelzett nyári átlaghőmérséklet a múltban túlzottan magas. A rendelkezésre álló adatok közül az ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) ERA-40 reanalízisét, a CRU (Climatic Research Unit) két különböző (megközelítőleg 50 és 20 km-es) felbontású és különböző módszertan szerint készült adatsorát, az ECA&D (European Climate Assessment & Dataset) legújabb adatállományát, az OMSZ Éghajlati Osztályán készült HUGRID elnevezésű, rácsponti megfigyelési adatbázist, illetve néhány magyarországi állomás nyers idősorát vizsgáltuk alapvetően a hőmérsékletre és a csapadékra.

Az adatbázisok értékeléséhez fontos ismerni az előállításuk módszerét. A CRU, az ECA és a HUGRID adatok esetében a rendelkezésre álló, többnyire nem homogenizált megfigyelések felhasználásával adott interpolációs technika alkalmazásával készítették el a felszíni rácsponti adatbázisokat a teljes Földet (CRU0.5) vagy Európát lefedve (CRU10' és ECA), illetve a HUGRID esetében Magyarországra koncentrálva. A nagyobb területet lefedő adatbázisok esetében a mérési pontokban szegény területeken (mint az óceánok vagy a tengerek) és a magasabb légköri rétegekben nem áll rendelkezésünkre információ. Az említett rácsponti megfigyelési adatbázisokkal összehasonlítva az ERA-40 re-analízisek esetében fontos különbség, hogy előállításukhoz a rendelkezésre álló méréseken túl numerikus modellek rövidtávú előrejelzéseit is felhasználták, ily módon olyan magasságokban és területeken is előállítva pontos információt (analízist), ahol egyébként nem rendelkezünk méréssel. A re-analízisekkel kapcsolatban még fontos megjegyezni, hogy az összehasonlításnak csak a hőmérséklet esetében van alapja, a csapadékmező ugyanis nem egy analízis, hanem egy hatórás modell-előrejelzés eredményeként áll elő.

Az adatbázisokról bővebb leírást a következő hivatkozásokban találunk:

• ERA-40: Uppala et al. (2005)
• CRU 0.5: Mitchell and Jones (2005)
• CRU 10': Mitchell et al. (2004)
• ECA: van Engelen et al. (2008)
• HUGRID: Szentimrey et al. (2005)

A különböző adatbázisok összehasonlító elemzése során megállapítottuk, hogy az ERA-40 adatbázis elnagyolt, finomabb skálájú validációra nem alkalmas, ám a magaslégköri analízise révén a modellek számára egyedül ez nyújthat megfelelő kezdeti- és határfeltételeket. A CRU adatbázisok közül a durvább (fél fokos) felbontású tartalmazza a nagyobb számú, újabb és vélhetően pontosabb adatokat. Az ECA adatbázis a finomabb (10-ívperces) felbontású CRU-hoz egészen hasonló, annyi különbséggel, hogy az előbbit folyamatosan frissítik. Magyarország területére ezek az adatsorok csak közelítő képet adhatnak, hiszen a rendelkezésre álló mérőállomások közül viszonylag keveset használtak fel az előállításuk során, ellentétben a HUGRID adatsorral, ahol az összes magyarországi állomás adatait figyelembe vették.

Napi rácsponti adatsoraink egyedül az ECA és a HUGRID adatbázisokból vannak, így kizárólag ezekből számolhatóak extrém éghajlati indexek, illetve azok trendjei. A klímamodellekkel való átlagos összehasonlításhoz szívesen használják még a CRU 10 ívperces felbontású adatsorát (éppen az előnyösebb felbontása miatt) több európai és magyarországi intézetben.

Alább a Magyarország területén mért éves átlaghőmérséklet idősorát és annak lineáris trendjét láthatjuk 1961 és 2000 között a HUGRID adatok alapján (a növekedés szignifikáns; 5. ábra) illetve az 1961 és 2000 közötti nyári átlaghőmérséklet különbségét a 10'-es felbontású CRU és az ECA között (6. ábra). 

5. ábra: A Magyarország területén mért éves átlaghőmérséklet idősora (°C-ban)
és annak trendje 1961 és 2000 között a HUGRID adatok alapján.

6. ábra: Az 1961 és 2000 közötti nyári átlaghőmérséklet különbsége (°C-ban)
a 10'-es felbontású CRU és az ECA között.

Validáció

A regionális klímamodelljeink validációja során a modelljeinket a múltra futtatjuk, és az eredményeket különböző megfigyelési adatbázisokkal hasonlítjuk össze. Az alábbiakban röviden ismertetjük az egyes modelljeink legfontosabb jellemzőit a múlt éghajlatára (1961-1990) vonatkozóan.

Az átlaghőmérsékletet (7. ábra) tekintve az öt modellkísérlet közül a legjobb eredményt az ECHAM5/MPI_OM kapcsolt globális klímamodellel meghajtott REMO-szimuláció adja mind évszakos, mind éves átlagban. A Kárpát-medence térségében legfeljebb 1 °C-kal térnek el a kapott hőmérsékletértékek a CRU adatbázis értékeitől. Ugyanakkor ERA-40 meghajtással, azaz "jobb" peremfeltétellel, a REMO modell erősen felülbecsli az éves illetve évszakos átlaghőmérsékleteket, mindez arra enged következtetni, hogy a peremfeltétel és a regionális modell között kisebb a konzisztencia. Az ALADIN-Climate futtatások általában alulbecslik az átlaghőmérsékletet.

Ami a csapadékot illeti: az ALADIN-Climate szimulációk és a globális modellel meghajtott REMO-kísérlet Magyarország területére éves átlagban csapadékosabb eredményt adnak a megfigyelésnél. ERA-40 meghajtással a REMO az ország déli területein alul-, míg északon felülbecsli a csapadék mennyiségét. Az évszakos átlagok esetében a kísérletek különböző eredményeket adnak, de a tavaszi csapadék felülbecslésében megegyeznek. Alulbecslés leginkább ősszel fordul elő, a legjobb eredményeket pedig minden kísérletnél télen kaptuk.

Mind az átlaghőmérséklet, mind a csapadék esetében azt tapasztaltuk, hogy az ALADIN-Climate kísérletek közül jobb eredményeket kaptunk a durvább felbontású, nagyobb területen végzett futtatással, mint a finomabb felbontásúakkal. Ebből arra következtethetünk, hogy a megválasztott terület túl kicsi. Emellett az is problémát jelenthet, hogy a tartomány pereme hegyvidékekre esik. Mindezen gyengeségek kiküszöbölésére terveink között szerepel az ALADIN-Climate modell egy nagyobb tartományon való futtatása.

A modellek validációjából látható, hogy azok viselkedése elég összetett: vannak olyan aspektusok, amelyekben jól, míg másokban rosszabbul teljesítenek, ily módon a modellfejlesztés pontos irányának meghatározása sem egyszerű feladat. 

7. ábra: Mért és szimulált havi átlaghőmérséklet (°C-ban) Magyarországra
az 1961-1990-es időszakra.

Az OMSZ-nál használt regionális klímamodellek Kárpát-medencére vonatkozó projekciós eredményei

Az ALADIN-Climate és REMO regionális éghajlati modellek nemcsak a fizikai folyamatok leírására alkalmazott numerikus sémáikban és parametrizációs eljárásaikban különböznek, de a velük végrehajtott szimulációk is több tekintetben eltérnek (1. és 2. táblázat). Mindazonáltal mindegyik kísérlet azt szimulálja, hogyan módosul a XXI. században a Kárpát-medence éghajlata - azaz a modellkísérletek együttes vizsgálata lehetővé teszi azt, hogy számszerűsítsük a projekciókban lévő bizonytalanságokat. Ugyanis ha egy adott éghajlati vonatkozásban a modellek jó egyezést mutatnak, akkor a szimulációk megbízhatósága nagyobb, ahol viszont eltérők az eredmények, ott a projekciók nagyobb bizonytalansággal terheltek. Az alábbiakban a csapadékra és hőmérsékletre vonatkozó eredményeket két jövőbeli időszakra, 2021-2050-re és 2071-2100-ra koncentrálva együttesen mutatjuk be; a változásokat pedig minden esetben az 1961-1990 időszak szimulált átlagaihoz viszonyítva fejezzük ki. A jövőbeli eredményeket tehát a korábbi referencia időszaktól vett eltérések formájában adjuk meg annak érdekében, hogy a múltbeli és jövőbeli szimulációk átlagainak különbsége révén a szisztematikus modellhibákat kiküszöböljük (feltételezve, hogy a múltbeli és a jövőbeli hibatulajdonságok megegyeznek).

Hőmérséklet

A két regionális klímamodell "egyetért" abban, hogy a XXI. században folytatódik az átlaghőmérséklet emelkedése a Kárpát-medencében, mégpedig minden évszak, időszak és modell esetében statisztikailag szignifikáns módon (azaz az évek közötti változékonyság nem haladja meg a változás mértékét) (8. ábra). A növekedés abban a tekintetben folyamatos, hogy a vizsgált 2071-2100 időszakban ez nagyobb mértékű (átlagosan 3,5 fok), mint a korábbi 2021-2050 időszakban (amikor 1,7 fok az átlagos változás). Mindez azonban nem jelenti azt, hogy ez minden egyes évre érvényes lesz: továbbra is lesznek az 1961-1990-es átlagnál hűvösebb évek és évszakok. A melegedés pontos mértékében eltérnek az egyes modelleredmények, különösen az évszakos tendenciákat figyelembe véve. A legnagyobb változásokat nyárra vetítik előre: a 2021-2050 időszakban 1,4-2,6 fok, míg az évszázad utolsó évtizedeire 4,1-4,9 fokos változásra számíthatunk. A hőmérséklet-emelkedés területi eloszlását tekintve a projekciók egységesek abban, hogy az ország keleti és déli területein kell nagyobb mértékű melegedéssel számolnunk.

Csapadék

A csapadék megváltozása tekintetében a kép már kevésbé egyértelmű, mert a modellek eredményei még kevesebb aspektusban egyeznek meg, ráadásul a változások csak néhány esetben bizonyultak statisztikailag szignifikánsnak. A 2021-2050 időszakban az éves csapadékösszeg változatlanságában és a nyári csapadékátlag 5-10 %-ot elérő csökkenésében jobbára egységesek a projekciók (9. ábra). Vannak azonban olyan területek is (elsősorban északon), ahol a modelleredmények kismértékű nyári csapadéknövekedés lehetőségére hívják fel a figyelmet. Tavasszal és télen a két modell teljesen eltérő jövőképet ad: a 10 %-ot meg nem haladó mértékű növekedés, illetve a hasonló arányú csökkenés mindkét évszakban egyaránt lehetséges. Ősszel országos átlagban a növekedés lesz jellemző, de az egyes tájak esetében itt is vannak eltérések a projekciók között.

Az évszázad végére az éves csapadékátlag csökkenése mindkét modell szerint elérheti az 5 %-ot. Az évszázad közepén tapasztalt évszakos változások tovább folytatódnak, de nem minden esetben erősödő jelleggel. Nyáron a két modellkísérlet alapján 20 %-ot meghaladó csökkenés várható az ország egész területén. Télen az egyik modell eredményei alapján továbbra is elképzelhető 5 %-ot meghaladó csökkenés, a másik modell viszont 30 %-os növekedést valószínűsít. (Ezt az évszázadvégi téli növekvő tendenciát erősítik meg egyébként az európai PRUDENCE projekt durvább felbontású modelleredményei is.) 

8. ábra: Éves és évszakos átlaghőmérséklet-változás (°C-ban) a két alkalmazott regionális klímamodell eredményei alapján a 2021-2050 és 2071-2100 időszakban az 1961-1990 időszak modellátlagaihoz képest.

9. ábra: Éves és évszakos csapadékösszeg relatív változása (%-ban) a két alkalmazott regionális klímamodell eredményei alapján a 2021-2050 és 2071-2100 időszakban az 1961-1990 időszak modellátlagaihoz képest.

Szélsőségek vizsgálata

A klímamodellek és ezáltal a klímaváltozás jellemzésének fontos része az éghajlat átlagos viselkedésének tanulmányozása mellett a szélsőségek jellemzése is. Ehhez, több nemzetközi, klímaváltozással foglalkozó program és projekt keretén belül (például a CCL/CLIVAR/JCOMM - Commission for Climatology of WMO/Climate Variability and Predictability Research Programme/Joint WMO-IOC Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology -, az ECA&D projekt, illetve különböző meteorológiai szolgálatok kutatócsoportjai, mint a holland KNMI vagy a brit Hadley Centre) számos klímaindexet definiáltak. Az extrém indexek definíciói a http://www.clivar.org/organization/etccdi/indices.php honlapon elérhetőek.

A Numerikus Modellező és Éghajlat-dinamikai Osztályon egyelőre ezekből 11 csapadékkal és 9 hőmérséklettel kapcsolatos indexet, illetve egy komplex mutatót elemeztünk, de terveink között szerepel további, hazánkban kevésbé elterjedt indexek számítása és elemzése is. Az általunk alkalmazott indexeket a 3. táblázat foglalja össze. 

3. táblázat: A Numerikus Modellező és Éghajlat-dinamikai Osztályon használt extrém éghajlati indexek.

Az Éghajlati Elemző Osztállyal közösen különböző napi felbontású, rácsponti adatbázisokat elemeztünk. A Kárpát-medence területére vizsgáltuk az OMSZ által létrehozott HUGRID elnevezésű adatbázist, az ECA&D legújabb adatállományát, illetve a két, nálunk futtatott regionális klímamodell (ALADIN-Climate és REMO) eredményeit a különböző időszakokra. (Ezen adatbázisok, modellek leírása a honlapunk kapcsolódó részein található meg.) Ahogy az átlagos éghajlati viselkedésnél, úgy az extrém indexeknél is fontos a változás (vagy éppen a referencia-időszaktól vett hiba) szignifikanciáját vizsgálni. Ezt statisztikai vizsgálatokkal (Welch-teszttel illetve t-próbával) végeztük (http://www.statsdirect.com/help/statsdirect.htm#parametric_methods/ptt.htm).

A hazai hatástanulmányokat is elsősorban az itt megnevezett indexekre alapozzák, ám néha speciális igényeket (további származtatott indexet számolva) kell kielégítenünk, hiszen ma már egyre több szektor alapozza döntéseit regionális klímamodellek eredményeire épülő, kvantitatív hatásvizsgálatokra.

Példaként alább láthatjuk az ország területének legalább 10%-án előforduló forró napok (azon napok, amikor a maximum-hőmérséklet 35 °C felett van) gyakoriságát az ALADIN-Climate modell alapján (10. ábra) illetve a REMO modell szerint vett napi csapadékintenzitási index várható változását (%-ban) 2021-2050-re az 1961-1990-es kontroll-időszakhoz képest (11. ábra). Az utóbbi térképen a szignifikáns változás pontokkal van jelölve.

A 10. ábrán jól látszik, hogy míg a kezdeti, XX. század végi szimulált kontroll-időszakban az ország területének legalább 10%-án ritkán (természetesen főleg július-augusztusban) fordult elő 35 °C feletti hőmérsékletű nap, addig a XXI. század első felében és végén már majdnem minden évben májustól szeptemberig bármikor előfordulhat. Az első és második időszak közötti változás jóval jelentékenyebb, mint a második és harmadik időszak közötti.

A 11. ábra a korábbi, európai projektek durvább (50 km és afeletti) felbontású modellfuttatásainak eredményeit támasztja alá: a napi csapadékintenzitási index a REMO modell futtatási területének nagy részén növekszik. Ez azt jelenti, hogy a jövőben egy csapadékos napra átlagosan nagyobb csapadékmennyiség jut. Ez a növekedés Magyarországon 10% körüli, de csak az Alföld déli részén szignifikáns. 

10. ábra: Az ország területének legalább 10 %-án előforduló forró napok gyakorisága az
ALADIN-Climate modell szerint a különböző időszakokban (1961-1990, 2021-2050 és 2071-2100).
Az ábráról a 30 éves változékonyság olvasható le, de a konkrét évenkénti gyakoriság nem.

11. ábra: A REMO modell szimulált napi csapadékintenzitási index várható
változása (%-ban) 2021-2050-re az 1961-1990-es kontroll-időszakhoz képest
(a pontok a szignifikáns változások területeit jelölik).

Tervek

A klímamodellezés terén számos további tervünk, elképzelésünk van a megkezdett munka folytatásához, melyek közül a legfontosabbakat és a legérdekesebbeket emeljük ki az alábbiakban:

• A magyarországi regionális klímamodellek (ALADIN-Climate, PRECIS, RegCM, REMO) együttes kiértékelése. A Magyarországon rendelkezésre álló négy regionális klímamodell (elsősorban) jövőre vonatkozó eredményeit együttesen értékeljük ki (ensemble technika), azaz számszerűsítjük az egyes projekciókat és a bennük rejlő bizonytalanságokat. A munkát az OMSZ és az ELTE Meteorológiai Tanszéke közösen valósítja meg, s ennek első eredményei szolgáltak alapul a Magyarország éghajlatának várható alakulásáról 2010-ben elkészített hivatalos állásfoglaláshoz.
• Tervezzük a jelenleg rendelkezésre álló modellkísérletek további bővítését, kiegészítését, amely az alábbi munkák elvégzését jelenti:
  • 1. A jelenleg 25 km-es horizontális rácsfelbontású REMO modell 10 km felbontású változatának előkészítése (a megfelelő tartomány meghatározása) és futtatása az 1951-2100-as időszakra.
  • 2. Az ALADIN-Climate modell optimális futtatási tartományának meghatározása és a 10 km-es modellfuttatások ismételt végrehajtása (egy, a jelenleginél újabb modellváltozattal).
• További kapcsolatokat szeretnénk kiépíteni a nagyközönséggel illetve a klímaváltozás hatásainak vizsgálóival annak tudatosítása érdekében, hogy az éghajlati rendszer jövőbeli alakulásának vizsgálatára az egyedüli járható út a dinamikus modellezés, és az éghajlati hatásvizsgálatokat regionális klímamodellek eredményeire kell alapozni (12. ábra) az eredményes alkalmazkodási feladatok megtervezéséhez. A kapcsolattartás egyik tervezett eszköze egy kérdőív összeállítása, mely révén felmérhetnénk a társadalom éghajlatváltozással kapcsolatos ismereteit, illetve jellemző tévhiteit.

12. ábra: A regionális klímamodellek hatásvizsgálatokra való
alkalmazhatóságának sematikus folyamatábrája.

További információk a hazai klímadinamikai tevékenységről

Klímamodellezési tevékenység: Eredmények (2010). [PDF]

Összefoglaló Magyarország éghajlatának várható alakulásáról. Készült az Országos Meteorológiai Szolgálat és az ELTE Meteorológiai Tanszék regionális klímamodell-eredményeinek együttes elemzése alapján (2010). [PDF]

Csima, G. and Horányi, A., 2008: Validation of the ALADIN-Climate regional climate model at the Hungarian Meteorological Service. Időjárás 112, 3-4 (különszám), 155-177. [PDF]

Csima, G., 2009: High resolution experiments with the ALADIN-Climate regional climate model. Előadás a European Meteorological Society 9. éves találkozóján, Toulouse (Franciaország). [PDF]

Horányi, A., Csima, G., Szabó, P. és Szépszó G., 2008: Regionális klímamodellek és eredményeik alkalmazhatósága éghajlati hatásvizsgálatokra, I-II. rész. Szakmai előadás a Corvinus Egyetemen az "Alkalmazkodás a klímaváltozáshoz" munkacsoport számára, Budapest. [PDF1][PDF2]

Horányi, A., 2009: Regional climate and downscaling & Regional climate modeling at the HMS. Előadás a klímadinamikai Nyári Iskolán, Visegrád. [PDF]

Horányi, A., Csima, G., Szabó, P., Szépszó, G., Bartholy, J., Hunyady, A., Pieczka, I., Pongrácz, R., and Torma, Cs., 2009: Application of a regional climate model mini-ensemble for the Carpathian Basin. Előadás a European Meteorological Society éves találkozóján, Toulouse (Franciaország). [PDF]

Horányi, A., Csima G., Szabó, P. és Szépszó G., 2009: Regionális klímamodellezés az Országos Meteorológiai Szolgálatnál. Szakmai előadás a Magyar Tudományos Akadémián. [PDF]

Horányi, A., Krüzselyi, I., Szabó, P. és Szépszó G., 2010: A klímaváltozás a Balatonnál a meteorológiai számítások tükrében. Szakmai előadás a Balatonnal foglalkozó szakemberek részére, Siófok. [PDF]

Horányi, A., 2010: A numerikus klímamodellezés alapjai, a jövőre vonatkozó prognózisok megbízhatósága. Előadás a MAFIHE által szervezett fizikus Téli Iskolán, Velence. [PDF]

Szabó, P., 2008: Comparison of precipitation and temperature fields in different data sets used for evaluating Regional Climate Models at the Hungarian Meteorological Service. Kutatási beszámoló. [PDF]

Szabó, P., 2009: The evaluation of extreme precipitation and temperature indices based on regional climate models at the Hungarian Meteorological Service. Előadás a European Meteorological Society 9. éves találkozóján, Toulouse (Franciaország). [PDF]

Szépszó, G., 2008: A magyar tudomány Achilles-sarka: a klímakutatás. Előadás, Magyar Meteorológiai Társaság Légkördinamikai Szakosztályának alakuló ülése. [PDF]

Szépszó, G., 2008: Regional change of extreme characteristics over Hungary based on differ-ent regional climate models of the PRUDENCE project. Időjárás 112, 3-4 (különszám), 265-284. [PDF]

Szépszó, G., 2009: Éghajlatváltozás - tudhatjuk-e, mi lesz holnapután? Ismeretterjesztő előadás, 1. sz. Gyakorló Általános Iskola, Pécs. [PDF]

Szépszó, G. and Horányi, A., 2008: Transient simulation of the REMO regional climate model and its evaluation over Hungary. Időjárás 112, 3-4 (különszám), 203-231. [PDF]

Szépszó, G., Bartholy, J., Csima, G., Horányi, A., Hunyady, A., Pieczka, I., Pongrácz, R., Torma, Cs., 2008: Validation of different regional climate models over the Carpathian Basin. Poszter a European Meteorological Society 8. éves találkozóján, Amszterdam (Hollandia). [PDF]

Klímamodellezés: a globális éghajlati rendszer és modellezése. Egyetemi tananyag az ELTE-TTK alkalmazott matematikus hallgatói részére. [PDF]

Klímamodellezés: regionális éghajlati modellezés. Egyetemi tananyag az ELTE-TTK alkalmazott matematikus hallgatói részére. [PDF]

Hivatkozások

Uppala, et al., 2005: The ERA-40 re-analysis, Quarterly Journal of Royal. Meteorological Society 131, 2961-3012. http://www.ecmwf.int/research/era/do/get/era-40

Mitchell, T. D. and Jones, P. D., 2005: An improved method of constructing a database of monthly climate observations and associated high-resolution grids. International Journal of Climatology 25, 693-712 http://www.cru.uea.ac.uk/~timm/grid/CRU_TS_2_1.html

Szentimrey, T., Bihari, Z., Szalai, S., 2005: Meteorological Interpolation based on Surface Homogenized Data Basis (MISH). Geophysical Research Abstracts 7.

van Engelen, A., Klein Tank, A., van der Schrier, G. and Klok, L., 2008: European Climate Assessment & Dataset (ECA&D), Report 2008, "Towards an operational system for assessing observed changes in climate extremes". KNMI, De Bilt, The Netherlands, 68pp. http://eca.knmi.nl/documents/ECAD_report_2008.pdf

Mitchell, T. D., Carter, T. R., Jones, P. D., Hulme, M., New, M., 2004: A comprehensive set of high-resolution grids of monthly climate for Europe and the globe: the observed record (1901-2000) and 16 scenarios (2001-2100). Working Paper 55. Tyndall Centre for Climate Change Research, University of East Anglia, Norwich, UK. http://www.cru.uea.ac.uk/~timm/grid/CRU_TS_1_2.html

Kapcsolódó weboldalak