Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

6. szám - XLVIII. Hidrobiológus Napok: Európai elvárások és a hazai hidrobiológia Tihany, 2006. október 4–6.

117 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2007. 87. ÉVF. 6. SZ. Klímaváltozási szcenáriók összehasonlító elemzése balatoni makrogerinetelen együttes alapján Sipkay Csaba, Hufnagel Levente Budapesti Corvinus Egyetem, Matematikai és Informatikai Tanszék, 1117. Budapest, Villányi út 29-33. Kivonat: A Balaton egy északi parti öblében, 2002, 2003. és 2004. évben, egész szezon során rendszeresen vett makrogerinctelen mintáinkat esettanulmányként használtuk fel hat, nemzetközileg leginkább elfogadott klímaváltozási szcenárió predikcióinak összehasonlítására. A gyűjtéseket közönséges nádas, keskenylevelű gyékényes és szabad vízfelülettel rendelkező mikrohabitatokban végeztük, minden esetben a víztestből és az alzatból is mintát véve. Az összes makrogerinctelen egyedszámát, testtérfogatát és diverzitását egyetlen mutatóval fejeztük ki, amelynek időbeli alakulását kíséreltük meg szimulációs modellezésre felhasználni. Diszkrét, determinisztikus modellel dolgoztunk, amelyben csak a hőmérséklet hatását vettük figyelembe, egyéb interakciók csupán rejtve jelenhetnek meg. A modellt különböző klímaváltozási szcenáriókra lefuttatva lehetőség nyílt a 2050 körüli állapotok becslésére. A kapott eredmények azonban meglehetős óvatossággal kezelendők nemcsak a modell egyszerűsége miatt, hanem mert maguk a szcenáriók is különböző modellek termékei. Kulcsszavak: cönológia, klímaváltozás, szezonális dinamika, szimulációs modellezés, vízi ökoszisztéma Bevezetés és célkitűzés A nemzetközi kutatási eredmények és megfigyelések egyre inkább valószínűsítik a klímaváltozást, a globális felmelegedést. Ezen folyamatok rendkívül érzékenyen érinthetik a vízi ökoszisztémákat is (Straile 2005, Nováky & Bálint 2004). A klíma változékonyságának vízi ökoszisztémákra gyakorolt hatásainak kutatása ezért elengedhetetlen feladat. A probléma egyik megközelítési módja szimulációs modellekkel és terepi esettanulmányok segítségével megvizsgálni a legfontosabb időjárási paraméterek és néhány alkalmasan megválasztott vízi közösség szezonális dinamikájában rejlő törvényszerűségeket. Populáció-kollektívumok szezonális dinamikai modellezéséhez meglévő modellrendszer felhasználása lehetséges (Ladányi et al. 2003). A szimulációs modellezéshez egyrészt egyes fajok mennyiségének szezonális változásait vehetjük alapul (Sipkay & Hufnagel 2006). A másik lehetőséget a táplálékhálózati modellezés jelenti (Jordán 2003). A harmadik lehetőség egy komplex cönológiai mutató időbeli változásainak modellezése, jelen munkánkban ezzel próbálkoztunk. A szimulációs modellek előnye, hogy olyan körülményekre vonatkozóan is képesek predikciókat adni, amelyek tapasztalati vizsgálata egyelőre nem lehetséges. így, a modell ismert hibáit és érvényességi feltételeit figyelembe véve megkísérelhető a klímaváltozás hatásának legvalószínűbb lehetséges forgatókönyveinek feltárása (Hufnagel & Gaál 2005). Az időjárási tényezőktől függő modell segítségével megvizsgálhatjuk a nemzetközileg leginkább elfogadott globális légköri cirkulációs modellek (GCM) néhány konkrét szcenáriójának főbb predikcióit. A klímaváltozás növekvő kockázatára való tekintettel az MTA 2003. júniusában a VAHAVA elnevezésű hároméves kutatási projekt indítását határozta el. Jelen munkánk az ennek folytatásaként is tekinthető KLIMAKKT elnevezésű projekt részét képezi. Anyag és módszer Vízi makrogerinctelenekre irányuló mintavételeink a 2002, 2003. és 2004. év során, a Balaton egy öblének (Badacsonyi- vagy Réhelyi-öböl) keskenylevelű gyékényes, nádas és szabad vízfelülettel rendelkező területén történtek, a víztestből és az alzatról egyaránt. Tavasztól őszig igyekeztünk viszonylag nagy gyakorisággal (átlagosan 2-3 hetente) mintát venni. A terepi módszerekről részletesebben korábbi munkáinkban beszámoltunk (Sipkay et al. 2005, Sipkay & Hufnagel 2006a, 2006b). A gyakori mintavételezések alkalmassá teszik adataink időjárásfüggő szimulációs modellezésre való felhasználását. Ehhez a vizsgált makrogerinctelen együttes egészét jellemző egyetlen mutatót kerestünk. Ilyen mutató a „Cönológiai Intenzitás Index" (CII), amely egyszerre veszi figyelembe az egyedszámot, a testtérfogatot és a Shannon diverzitást. Jelen munkánkban a CII időbeli változásait modelleztük. A modell arra a hipotézisre épül, hogy a napi maximum- és minimum hőmérséklet értékek határozzák meg a mintázatot. Továbbá feltételeztük, hogy a hőmérsékleti reakció-görbének optimum görbék összegeként kell előállnia, mert a választott indexben több faj optimum görbéje adódik össze. Modellünkben a CII az év első mintavételi napjától kezdve (ahonnan az első érték származik) a napi maximum és minimum hőmérséklet értéktől függő szorzó szerint változik, az alábbi képlet szerint: CII,=R

T CII,_i; ahol CII, az index értéke t időpontban, R

T pedig a napi maximum és minimum hőmérséklettől függő folytonos függvény (hőmérsékleti reakció-görbe), amely két normál eloszlás és egy konstans érték összegeként állítható elő. A modell paramétereit az eloszlások szórása és középértéke, valamint a konstans értéke jelenti. A paramétereket az MS Excel Solver segédprogramjával optimalizáltunk. A kapott modellt ezek után lefutattuk különböző szcenáriókra. Az éghajlatváltozási szcenárió az éghajlati viszonyok változásának egy valószínű kombinációja, amelyet a lehetséges hatások tesztelésére és a rájuk történő reagálások értékelésére lehet használni (Varga-Haszonits 2003) Ezek a modellek az általános cirkulációs modellek és a regionális éghajlati modellek szimulációján alapszanak. Az általános cirkulációs modellek (GCM) egy olyan modellcsalád, mely a légkör, az óceánok és a földfelszín fizikai folyamatait íija le, átfogó képet adva a Föld jövőbeli klímájáról. Durva felbontású adatokat szolgáltat, melyeket le kell skálázni az adott régióra. Munkánkban az alábbi hat, az fPCC jelentésekben leginkább elfogadott klímaváltozási szcenáriókat használtuk fel: Egyfelől az UKLO, UKHI és UKTR modelleket, amelyek közül az első kettő egyensúlyi szcenárió, melyek az egyensúly beállta után becsülik az időjárási paramétereket, megkétszereződött szén-dioxid szinttel számolva, a harmadik pedig az ún. tranziens modell, mely hosszú távú előrejelzésre is alkalmas és a klíma folyamatos nyomon követését is lehetővé teszi. Másrészt az USA-ban kifejlesztett GFDL2535 és GFDL5564 nevű GCM-eket használtuk, amelyek évi egy százalékos szén-dioxid koncentráció-növekedéssel számolnak. Továbbá a megközelítőleg mai klimatikus viszonyokkal operáló BASE szcenáriót is használtuk. Az adatok 2050. körüli időszakra vonatkozóan voltak megadva és Győr térségére voltak leskálázva (mert ez a legközelebbi állomás, amelyről adatok álltak rendelkezésünkre). Minden szcenárióból 31 futási évet vettünk alapul, tehát minden szcenárióra 31 adatsort kaptunk. A modellezési eredmények statisztikai elemzéséhez a PAST programot használtuk (Ryan et al. 1995). Indikátor-