A klímakutatás új statisztikai megközelítése

Illusztráció: Profimedia

A jelenlegi klíma-előrejelzések Földünk éghajlatának hosszú távú megfigyelésén alapulnak. Az ELTE Elméleti Fizikai Tanszék és az MTA–ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport kutatói szerint azonban az elképzelt, párhuzamos világok éghajlatainak összehasonlításából megbízhatóbb kép rajzolódik ki. Herein Mátyás, Márfy János és Drótos Gábor PhD-hallgatók, valamint Tél Tamás egyetemi tanár friss publikációja az Amerikai Meteorológiai Társaság Journal of Climate című folyóiratában jelent meg.

A kutatók a Probabilistic Concepts in Intermediate-Complexity Climate Models: A Snapshot Attractor Picture című tanulmányban az ún. „pillanatkép attraktorok” (vonzó állapotsorok: pontok, görbék) elmélete alapján úgy érvelnek, hogy a korunkban zajló klímaváltozás tulajdonságai akkor érthetők meg leginkább, ha ahelyett, hogy csupán a Földön megfigyelt egyetlen klímát vizsgálnánk, első hallásra abszurdnak tűnő módon, elképzelünk sok egyforma földi rendszert, melyek nincsenek egymással kölcsönhatásban. Ezek éghajlatai időben párhuzamosan, de nem azonos módon fejlődnek, ámbár mind ugyanazon fizikai törvényeknek engedelmeskednek.

Az elképzelt világok különbségei abból adódnak, hogy a néhány évszázaddal korábban megválasztott kiindulási adataik (hőmérséklet-, szél-, csapadék-, stb. eloszlásaik) mások. A különböző kezdeti állapotokból kifejlődő földi klímák egy sokaság elemeinek tekinthetők. A szerzők szerint Földünk éghajlati rendszerének változatosságát sokkal inkább a párhuzamos éghajlati világok közötti különbség jellemzi, mint az a változékonyság, amit a megfigyelt egyetlen múltunkban tapasztaltunk. A klímadinamika sajátossága, hogy nem sokkal a kiindulási időpont után a kezdeti adatok elfelejtődnek, s a sokaság egyes elemei adott pillanatban már nem a kezdeti adatok sokféleségét, hanem éppen a lehetséges állapotok gazdag tárházát, a klíma belső változékonyságát jelenítik meg. A változékonyság mértéke természetesen nem lehet akármilyen nagy, de például a földi átlaghőmérséklet esetén akár 1-2 Celsius-fokot is elérhet, ami az egyetlen megfigyelt klímánkban a jelenkori globális felmelegedés során mérhető hőmérsékletnövekedés nagyságrendjébe esik. A helyes éghajlati előrejelzés tehát a sokaságelemek fölött képzett átlagok, s az ezek körüli ingadozások megadását jelenti.

A szerzők a Hamburgi Egyetem által kifejlesztett globális klímamodellel, a Planet Simulatorral illusztrálták elképzeléseiket. A körülmények változását olyan „forgatókönyvvel” modellezték, melyben egyedül a légkör széndioxid-tartalma változik időben. Az első 600 évben ezt állandónak vették, értéke az ezredforduló környékén mért valóságos adat (360 ppm koncentráció) volt. Az ELTE-s kutatók forgatókönyve szerint a klímaváltozás a 600. és a 700. év között történik, amikor is a koncentráció egyenletes növekedéssel megkétszereződik, ezt követően a széndioxid-tartalom nem változik. Ez a forgatókönyv minden sokaságelemben azonos. A széndioxid-forgatókönyvet a mellékelt ábra alján látható narancssárga vonal szemlélteti, az ábra felső része pedig a szimulációval kapott eredményeket mutatja.

A szerzők 40 párhuzamos klímát vizsgáltak, melyek kezdeti állapota egy véletlenszerűen megválasztott kis mértékkel tért csak el egy referenciaállapottól. Az ábra felső részén a numerikusan kapott T felszíni éves átlaghőmérsékleteket láthatjuk a Kárpát-Pannon-térségben, az egymást követő években. A 40 különböző színes görbe a különböző sokaságelemek, a párhuzamos klímák hőmérsékleteit rajzolja ki az idő függvényében, a fekete görbe viszont ezek átlaga.

Az egyes színes görbék a 200. és a 600. év között is jelentős ingadozást mutatnak, annak ellenére, hogy a klímát itt változatlannak kell gondolnunk, hiszen a széndioxid-tartalom és minden más külső paraméter időben állandó. A kutatók egyik legfontosabb következtetése  az, hogy egyedi megfigyelt idősorokból nem feltétlenül lehet egyértelmű következtetést levonni a klíma változására. Ezt az is alátámasztja, hogy a széndioxid-koncentráció növekedése idején található olyan színes görbe is, mely több évtizedig hőmérsékletcsökkenést mutat. A klíma változását az ábrán csak a sokaságelemek fölött képzett átlag, a fekete görbe mutatja egyértelműen: ez a 600. évig valóban változatlan, és csak a 600. év után kezd növekedni. Klímaváltozás csak ekkor lép fel, azaz akkor, ha a párhuzamos klímák nagy többségében, és ezért ezek átlagában is hőmérsékletváltozást látunk. Noha a széndioxid-tartalom a 700. évtől már ismét állandó az ábrán, az átlaghőmérséklet még ezt követően is változik az idő múlásával, és csak a 800. évtől állandó ismét. Hiába szűnik meg tehát a klímaváltozást kiváltó ok, a hőmérséklet emelkedése még tovább is tarthat. A színes vonalak a fekete görbe körül számottevően nagy tartományban ingadoznak, ami azt jelenti, hogy az egyes párhuzamos klímák különböző eredményeket adnak ezen sávon belül. A sáv vastagsága a klíma belső változékonyságának mértékét jelzi, ez pedig a klímaváltozás ellenére is alig módosul.

A szerzők amellett érvelnek, hogy az éghajlatkutatásban a párhuzamos klímák sokaságképe a helyes, és a számítógépes előrejelzéseket is erre kell alapozni. Munkájukból az is következik, hogy a sokaságot egyetlen rendszeren belül érdemes képezni, s nem több, eltérő klímamodell használatával, hiszen a különböző modellek „különböző fizikájú” párhuzamos klímákat írhatnak le, amelyek egymástól mutatott eltérése nem a klíma belső változékonyságát, hanem a modellek pontatlanságait tükrözi. A szerzők kimutatják azt is, hogy az iskolában is tanított, 30 éves időátlagokon alapuló klímaértelmezés félrevezető eredményeket adhat.

Forrás: ELTE