Hidrológiai Közlöny, 2013 (93. évfolyam)

2013 / 3. szám - Szesztay Károly 1925-2013

HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2013. 93. ÉVF. 3. SZ.

5. Szimulációs vizsgálatok

A hivatkozott egyenletekre és összefüggésekre támaszkodó gondolati kísérletek és az azokat megvalósító szimulációs vizsgálatok sokrétűen és hatékonyan alkalmazható eszköztárat kínálnak az éghajlati és vízkörforgási rendszer szerkezeti és működési sajátosságainak feltárására. Tartalmát tekintve az ilyen feltárások egyik feladata a rendszer működési rendjét, szabályait meghatározó programtényezők stabilitásának, valamint változásuk hatásának vizsgálata. Az előzőekben áttekintett sugárzási és hőáramlási alrendszer a programtényezők jellege és stabilitása tekintetében élesen különbözik egymástól. A sugárzási alrendszert irányító CR planetáris albedó, valamint a CAS és CAT elnyelőképességi mutató mind a belső önszabályozás, mind a külső planetáris szabályozás oldaláról időben gyorsan és szeszélyesen változó tényezők függvénye (mint például a légköri páratartalom, a felhőképződés, vagy a növényzet és a vulkán tevékenység hatása az üvegház gázokra). Zömében ilyen jellegűek az egyre jelentősebbé váló emberi hatások is. Bár a hőáramlási alrendszer program tényezőit (az Al és Afc fajlagos párologtatási, illetve hőelnyelő képességi mutatót) is érinthetik a térszín és troposzféra időben gyorsan változó adottságai, alakulásukat döntően a stabil, vagy csak földtörténetileg változó tényezők határozzák meg (mint például a víz mikrofizikai sajátosságai, a Föld és a légkör tömege, vagy a száraz és a nedves adiabatikus hőmérsékleti gradiens alakulása). A 3. ábráról az is kitűnik, hogy a globális egyensúlyi állapotot jellemző pontok számottevő elmozdulásához az AL/AFC a- rányszámnak jelentős mértékben kell változnia, míg az üvegházhatást számszcrüsítő CAT érték viszonylag kis változásait is az egyensúlyi állapot jelentős eltolódása követi.

Ilyen meggondolásokból a szimulációs vizsgálatokat célszerűnek látszik a sugárzási alrendszer programtényezőinek hatásvizsgálatával kezdeni, illetve erre összpontosítani. A vizsgált értéktartományt a CR planetáris albedó tekintetében a mai állapotra becsült 0,30-ból kiindulva 0,10-re csökkentettük, illetve 0,50-re növeltük. Az üvegházhatás tekintetében mindhárom albedó értékre vonatkozóan vizsgáltuk a CAT = 0 és a CAT = 1 közötti tág értéktartományt mintegy tíz közbenső helyzet kiválasztásával cs a jelenlegi légköri állapotnak megfelelő CAT = 2,28. CAS arány megtartásával. A meglehetősen széleskörű (mintegy 30 állapotjellemzőre kiterjedő) hatásvizsgálat eredményeiből a 4. ábra mutat be néhány részletet.

6. Önszcrvczés és viselkedési minták

Az éghajlati és vízkörforgási rendszer önszervezését és viselkedési mintáit kialakító és irányító belső visszacsatolások főbb tényezőinek - azonkívül, hogy valamennyien a vízkörforgás részei - van még egy közös és fontos sajátosságuk. Valamennyien igen jelentős mértékben hőmérséklet-érzékenyek. A légköri páratartalom és a hozzá szorosan kapcsolódó felhőképződés közvetlenül és rendkívül érzékeny (logaritmikus jelleggel) követi a hőmérséklet ingadozásait. A hótakaró, a talajnedvesség, a növényállomány és tengeráramlások pedig többnyire a geoszféra és a bioszféra kölcsönhatásaiba mélyen beágyazott közvetettséggel igazodik a hőmérsékleti változásokhoz. A sokrétű visszacsatolási kapcsolat keretében természetesen ugyan ezen tényezők a maguk részéről befolyásolják is a hőmérsékleti viszonyok alakulását. Célszerűnek látszik tehát a rendszer önszervező és ön- szabályozó mechanizmusának főbb sajátosságait e kettős irányú kapcsolatokra támaszkodva vizsgálni (5. ábra). A CR planetáris albedónak és az üvegházhatást jellemző CAT sugárzás elnyelődési tényezőnek együttes hőmérséklet szabályozó szerepét az ábra három folyamatos görbéje számszerűsíti az A. 1. alapegyenlet és ahhoz kapcsolódva fentebb leírt közelítő megoldások alapján. A CAT = 0 és a CAT = 1 hatásgörbék közötti rendkívül tágas függőleges melszékű értéktartomány szembetűnően mutatja, hogy valamely adott Ts térszíni hőmérsékletet a CR és CAT értékpár nagyon sokféle kombinációjával lehet elérni. Ez a tág körű kombinatív lehetőség a rugalmas és hatékony önszervezés és önszabályozás egyik fontos előfeltétele, illetve eszköze. Figyelemreméltó, hogy a hőmérséklet növekedésével ez a kombinatív rugalmasság jelentősen csökken. Mintegy 30-40 C°-nál magasabb hőmérsékletet már a CAT = 1 üvegházhatással is csak szélsőségesen alacsony (0,20 vagy annál kisebb) planetáris albedóval lehet elérni és a mai 15 C° körüli hőmérséklet üvegházhatás nélkül nem is volna kialakítható.

Az ábra ABCDE jelű szaggatott vonalú görbéje az e- lőbbivel ellentétes irányú kapcsolatot, vagyis a CR planetáris albedónak a különféle Ts hőmérséklethez közelítően hozzárendelhető értékeit foglalja össze. Ezek a Cr(Ts) albedó értékek az 1.ábrán vázolt visszacsatolások, illetve az azokat irányító viselkedési minták eredő hatásaként valósulnak meg és meghatározó módon befolyásolják a rendszernek a külső impulzusok (a planetáris szabályozás tényezői és az emberi hatások) iránti érzékenységét, illetve azokra adott válaszait is. A szakirodalmi adatokra támaszkodva becsült CR(TS) albedó-görbe B A ága a hó- és jégfelületek okozta fokozatos albedó növekedést jellemzi a fagypontot megközelítő B ponttól a mintegy -90 C°-nál bekövetkező és mintegy CR = 0,80 értékű teljes és állandó jégborítású "Fehér Föld1 állapotig. A görbe BE jelű másik ága elsősorban a felhőzetnek a hőmérséklet emelkedését követő fokozatos gyakoribbá, tartósabbá és sűrűbbé, illetve több rétegűvé válásából származó albedó növekedési jellemzi a mintegy 50 C°-ra és 0,65 körüli CR értékre becsült E végpontig. Természetesen mind a végpontok, mind a közbenső 5 C° és 0,26 albedó érték körüli B mélypont - a több vonatkozásban is bizonytalan feltételek folytán - mindkét koordináta irányában meglehetősen tág határok között változtatható és csak az önszabályozás főbb szakaszainak és küszöb helyzeteinek hozzávetőleges felvázolására alkalmas.

Az egyensúlyi albedó görbe BA szakaszán az albedó változás okozta hőmérséklet változás és hőmérsékletvál-