Hidrológiai Közlöny 1995 (75. évfolyam)

4. szám - Szesztay Károly: Éghajlat és vízkörforgás

198 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1995. 75. ÉVF. 2. SZ^JVI együttjárási pályák, illetve sávok alakulnak ki, amelyek felé a folyamatok előrehaladásával a rendszerállapot jellemzői a kiindulási helyzettől és feltételektől függetlenül törekszenek. A legutóbbi századokig (amig az emberi hatásoknak nem volt számottevő szerepük) a planetáris albedót és az elnyelődési mutatókat a Föld geoszférájának, bioszférájának és planetáris helyzetének az ábra felső részén vázlatosan utalt tényezői és folyamatai szabályozták. Éspedig az élővilág kialakulása és fejlődése szempontjából olyan szerencsésen és hatékonyan, hogy a globális középhőmérséklet mintegy négy milliárd éven át meglepően szűk (mintegy 15 °C-nyi) sávban maradt, ezen belül viszont állandóan és jelentősen ingadozott, illetve változott. Az egyre jelentősebbé váló emberi eredetű üvegházgázok hatásával kapcsolatos bizonytalanságok egyik valószínű oka, illetve magyarázata, hogy nem ismerjük eléggé a természetes (planetáris) éghajlat szabályozás sajátosságait és törvényszerűségeit, különösképpen pedig az éghajlati rendszer önszervező mechanizmusát és az ehhez tartozó viselkedési (együttjárási) mintákat. 3. A közelítő tájékozódás célja és módszere Annak megítéléséhez, hogy az előzőekben vázolt rendszerelméleti elgondolások mennyire jellemzőek és meghatározóak az éghajlat alakulásában és vízkörforgási kapcsolódásban, számszerű vizsgálat szükséges. Az alapvető sajátosságok számszerű értékeléséhez kezdeti lépésként minél egyszerűbb vizsgálati feltételekre és módszerekre célszerű törekedni. A folyamatokat elindító külső impulzusként (információként) ezért a Föld felszínének minden pontját állandóan és egyenletesen érő N

0="= 342 W.m~2 napsugárzást tételezünk fel és ezzel össz-. hangban a térszín és a troposzféra sugárzási, hőháztartási és vízháztartási adottságait is minden pontban a Föld egészére jellemző átlagértékkel azonosnak tekinthetjük. Ez azt jelenti, hogy a Föld sugárzási és hőháztartási, továbbá hőáramlási és vízkörforgási dinamikájának a 2. ábrán összefoglalt közelítő átlagértékeit a térszín minden pontjára érvényesnek tekintjük. Az éghajlati és vízkörforgási folyamatokat létrehozó és irányító függőleges irányú impulzusok és állapotjellemzők szerepének előtérbe helyezése erdekében tehát első közelítésként kikapcsoljuk, illetve csak közvetett és összegzett hatásukban (az Ng érzékletes hőáramlás tényleges és viszonylagos nagyságának alakulásán keresztül) vesszük figyelembe a területi változásokból adódó oldalirányú (vízszintes) összetevőket. A vizsgálat célja, hogy - az így leegyszerűsített feltételek között - feltáija és értékelje a rendszer működési rendjét és algoritmusait (software-jét) alapvetően meghatározó két program-tényezőnek a Cr planetáris albedónak, valamint a C^g és C^j sugárzás elnyelődési mutatóknak szerepét az éghajlati és vízkörforgási folyamatok egyensúlyi állapotának alakulásában beleértve különösképpen a belső önszervezés hatékonyságát, valamint ennek a meghatározott viselkedési minták kialakítására és követésére visszavezethető sajátosságait. E cél elérésének módszerbeli eszköztárát tekintve első lépésként közelítő számértékek meghatározására alkalmas módon kellett megfogalmazni és megoldani a sugárzási és a függőleges hőáramlási dinamika alapegyenleteit. Ezután kerülhet sor a Cr, valamint a C^g és C-AT program tényezők értéktartományát tágkörűen jellemző szimulációs vizsgálatokra. Ehhez, pontosabban ennek a térszín és a troposzféra kíván részletességű éghajlati és vízkörforgási jellemzéséhez a dinamikai alapegyenletekből levezetett öt elsődleges állapotjellemzőt (T§ és NgL, illetve R, és Br és S) fizikai meggondolásokra támaszkodó további elméleti összefüggések, illetve tapasztalati képletek segítségével kapcsolatba lehetett hozni a 2. ábra alsó részén néhány jellemző példával utalt másodlagos állapotjellemzőkkel. Végül a szimulációval rekonstruált állapotjellemzők belső kapcsolódásainak a dinamikai alapegyenletek és az elméletileg lehetséges kombinációk teljes értéktartományán belüli elhelyezkedése segít hozzá a rendszer önszervező képességére utaló és annak hatékonyságát számszerűen is érzékeltető viselkedési minták és együttjárási pályák, illetve sávok feltárásához és értékeléséhez. 4. Alapegyenletek cs közelítő megoldásuk. 1. A sugárzási egyensúlyt biztosító Tg térszíni hőmérséklet (2. ábra) légkör nélküli bolygók esetében a Stefan - Boltzman képletből az Nj = N

4 = N

0 (1-C

R) elnyelt és visszasugárzandó energia, valamint az S

B = 5,67 . 10"

8 W.m"

2. Kelvin"

4 univerzális fizikai állandó alapján egyszerűen és közvetlenül számítható, mert a bolygók felszíne jól közelíthető a C

E = C

E

S = 1 kisugárzási tényezővel jellemzett "fekete test" sugárzással. A légkör C

E

A kisugárzási tényezője azonban jóval kisebb egynél és gyakorlati számításokra alkalmas értékét, illetve érték változásait ma még nem ismerjük. A globális átlagokra szorítkozó közelítő tájékozódáshoz ezért a tényleges C

E

A érték helyett célszerűnek látszik a T

s térszíni hőmérsékletre redukált C

EA

S tényező alkalmazása. Ilyen közelítéssel ugyanis a Föld + Légkör rendszer jelenlegi C

E = 0,611 eredő kisugárzási tényezője az A. 1. képletből (T

E = T

s = 15 C° = 288,2 K° és N

E = 239 W.m"

2 helyettesítéssel) közvetlenül számítható. Ebből azután az N

3 = 54 W.m"

2 térszíni és az N

4 - N

3 = 185 W.m"

2 légköri kisugárzás aránya szerint a C

EA

S = 0,497 érték is meghatározható. Erre támaszkodva számítható a különféle N

3 és N

4 arányoknak megfelelő C

E tényező és a T

s kisugárzási hőmérséklet közelítő értéke. Ha a légkör az érkező napsugárzást és a térszín kisugárzását egyenlő mértékben nyelné el, akkor az elnyelt és a kisugárzott energia mind a légtérben, mind a térszínen pontosan megegyezne egymással, függőleges hőáramlás és troposzféra nem alakulna ki. Minthogy azonban a légkört alkotó molekulák és részecskék legnagyobb része a napsugárzásból jóval kevesebbet nyel el, mint a térszíni kisugárzásból, az egyensúly fenntartásához a légkörnek az elnyeltnél többet, a térszinnek az elnyeltnél kevesebbet kell kisugároznia. Ilyen módon az egyensúly biztosításához a térszínen N

2 - N

3 nagyságú