A víz hatásai az éghajlatra Mika János Eszterházy Károly Főiskola, Földrajz Tanszék 3300 Eger, Leányka út 6. Jövőnk a víz V. Magyarországi Klímacsúcs Budapest, 2013. szeptember 13.

Vázlat SUGÁRZÁSI HATÁSOK H2O a sugárzásátvitelben egyszerű visszacsatolások többlépcsős visszacsatolások DINAMIKAI FOLYAMATOK az energia vertikális újraosztása horizontális újraosztás, óceáni hatások

Víz a légkör energiamérlegében S2. S1. S1. S1.(S2.) S2. D4. S3. D4. S3. D5. Trenberth et al., (2009)

S1. A légkör sugárzás-gyengítő hatása A légkörön áthaladó energia, derült időben A beérkező napsugárzás és a kisugárzás eloszlása hullámhossz szerint (infravörös, látható fény, UV) Teljes elnyelés és szórás Vízgőz - főleg hosszúhullámon: A vízgőz adja a Széndioxid természetes üvegházhatás Oxigén és ózon 2/3-ad részét! Metán Dinitrogén-oxid Molekulák szórása Hullámhossz 4 4

S2. A felhők sugárzási tulajdonságai

S3. A felszín sugárzási tulajdonságai Albedó: A visszavert és a beérkező napsugárzás hányadosa Homok 0,76 Aszfalt, beton 0.93, 0,94 Erdő (fajta-függő) 0,89-0,94 Víz 0,95-0,96 Jég 0,966-0,985 Szürkeségi együttható (ε) Hosszúhullámú kisugárzás: E =ε ⋅σ⋅ T4 σ a Stefan-Boltzman-féle állandó

Vázlat SUGÁRZÁSI HATÁSOK H2O a sugárzásátvitelben egyszerű visszacsatolások többlépcsős visszacsatolások DINAMIKAI FOLYAMATOK az energia vertikális újraosztása horizontális újraosztás, óceáni hatások

Legfontosabb visszacsatolások Séma: dE / dT = (δE/δK) * dK/DT Vízgőz visszacsatolás (K: páranyomás, δE/δK mindig pozitív) Felhő-visszacsatolás (K: felhőzet, δE/δK többnyire negatív) Jég-albedó visszacsatolás (K: jégkiterjedés, δE/δK mindig negatív)

Miskolczi-elmélet: ellentmond a tapasztalatnak! Óceán feletti vízgőz-tartalom, műholdakról RSS SSM/I Trenberth et al., 2005a nyomán. A vízgőztartalom Növekszik! dK/dT > 0, azaz dE/dT pozitív Végül, két további visszacsatolásról látunk ábrákat- A vízgőznél látjuk, hogy az utóbbi évtizedekben annak mennyisége – legalábbis az óceánok felett, ahol a térben és időben közel állandó felszín-albedó a megfigyelést lehetővé teszi – növekedett. Látjuk azt is, hogy a GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Neumann János egykori intézete) által kifejlesztett légköri cirkulációs modell alsó határfeltételeként előírták a valódi változásokat, akkor a modell tökéletesen visszaadta a vízgőztartalom emelkedését. A melegedéssel tehát – a valósággal összhangban – a vízgőztartalom növekedése társul a vizsgált évtizedes léptékben. Ennek kulcs a nagyobb párolgás és a légkör közel exponenciálisan növekvő vízgőz-felvevő képessége, szigorú terminológiával „telítési páranyomása”. Ugyanez a GFDL légköri modelljében, valós óceáni határ- feltételekkel (SST)

Változások a felhőzetben (%) dK/dT nagyrészt ellentétes δE/δK-val, vagyis dE/dT pozitív! A 19 elérhető modellből származó megváltozások. A modellek évközi változékonyságával szemben szignifikáns változásokat pontozás jelöli. (IPCC WG-I, 2007: Chapter 10, Supplement) 19 modell átlaga: 2080-2099 vs. 1980-1999

dK/dT<0 azaz dE/dT pozitív Hótakaró kiterjedése Tengeri jég kiterjedése

A vízgőz, a felhőzet és a jég a GCM-ek szerint a változást erősítő folyamatok. Együttesen a három- szorosára erősítik a melegedést! vízgőz felhő albedo labilitás együtt Q = -λ .T Ha csak kisugárzás lenne, annak paramétere -3,2 Wm-2C-1 A visszacsatolások ezt az értéket módosítják.

Vázlat SUGÁRZÁSI HATÁSOK H2O a sugárzásátvitelben egyszerű visszacsatolások többlépcsős visszacsatolások DINAMIKAI FOLYAMATOK az energia vertikális újraosztása horizontális újraosztás, óceáni hatások

Gyengülnek a CO2 nyelői Land sink (PgCy-1) 5 models Land sink (PgCy-1) 5 models -2 -4 -6 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2 Natural land and ocean CO2 sinks removed 57% of all CO2 emitted from human activities during the 1958-2009, each sink in roughly equal proportion. During this period, the size of the natural sinks has grown almost at the same pace as the growth in emissions, although year-to-year variability is large. There is the possibility, however, that the efficiency of the natural sinks is declining, an issue currently under intense debate in the scientific community. In 2009, the CO2 sinks increased slightly in repsonse to teh end of La Nina event that perturbed the global climate system from mid 2007 until early 2009. The trend in the ocean sink is estimated by using an ensemble of 5 ocean-process models. The models were normalized to the observed mean land and ocean sinks for 1990-2000, estimated from a range of oceanic and atmospheric observations. Models were forced with meteorological data from the US national Centers for Environmental Prediction and atmospheric CO2 concentration. The land sink is calculated as the residual of the sum of all sources minus atmosphere+ocean sinks. Ocean sink (PgCy-1) 4 models -2 -4 -6 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Time (y) Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience

A CO2 nagyobb hányada marad a levegőben 1.0 Trend: 0.31 % y-1 (p=~0.9) 0.8 45% 40% 0.6 Airborne Fraction 0.4 0.2 Natural land and ocean CO2 sinks removed 57% of all CO2 emitted from human activities during the 1958-2009, each sink in roughly equal proportion. During this period, the size of the natural sinks has grown almost at the same pace as the growth in emissions, although year-to-year variability is large. There is the possibility, however, that the efficiency of the natural sinks is declining, an issue currently under intense debate in the scientific community. In 2009, the CO2 sinks increased slightly in repsonse to teh end of La Nina event that perturbed the global climate system from mid 2007 until early 2009. The trend in the ocean sink is estimated by using an ensemble of 5 ocean-process models. The models were normalized to the observed mean land and ocean sinks for 1990-2000, estimated from a range of oceanic and atmospheric observations. Models were forced with meteorological data from the US national Centers for Environmental Prediction and atmospheric CO2 concentration. The land sink is calculated as the residual of the sum of all sources minus atmosphere+ocean sinks. 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Raupach et al. 2008, Biogeosciences; Canadell et al. 2007, PNAS

A fagyott talaj aránya az északi félgömbön csökken (millió km2) A melegedés metán-felszabadulást okoz! A fagyott talaj aránya az északi félgömbön csökken (millió km2) Az olvadással a talaj szilárdsága csökken! Az olvadással metán-hidrát szabadul fel a fagyott talaj alól!

POLÁRIS OLVADÁS = Új fosszilis lelőhelyek!? Kőolaj-lelőhelyek Ipari tevékenység, gáz-lelőhelyek

Vázlat SUGÁRZÁSI HATÁSOK H2O a sugárzásátvitelben egyszerű visszacsatolások többlépcsős visszacsatolások DINAMIKAI FOLYAMATOK az energia vertikális újraosztása horizontális újraosztás, óceáni hatások

D4. Az energia vertikális újraosztása

A vertikális újraosztás veszélyes formája, a konvekció 2. Helyi zivatarok (1 komp.) ritkán veszélyes 1. Termikek, gomolyfelhők (1.komponens). 3. Multicellás zivatarok (gócok) (1-2 komp) felhőszakadás, jégeső, viharos szél. 4. Szupercellák (1-2-3): orkán erejű szél, pusztító jégeső, felhőszakadás, tornádó. 5. MCC 6. Vonalba rendezett zivatarok (1-2-(3)) squall line-ok viharos szél, jégeső, intenzív csapadék 7. Hurrikánok (3-500 km) Horváth Ákos (OMSz) nyomán

D5. Termikus inercia: az energiatöbblet egy része az óceánokat melegíti IPCC, 2007 Figure 5.4. Energy content changes in different components of the Earth system for two periods (1961–2003 and 1993–2003). Blue bars are for 1961 to 2003, burgundy bars for 1993 to 2003. The ocean heat content change is from this section and Levitus et al. (2005c); glaciers, ice caps and Greenland and Antarctic Ice Sheets from Chapter 4; continental heat content from Beltrami et al. (2002); atmospheric energy content based on Trenberth et al. (2001); and arctic sea ice release from Hilmer and Lemke (2000). Positive energy content change means an increase in stored energy (i.e., heat content in oceans, latent heat from reduced ice or sea ice volumes, heat content in the continents excluding latent heat from permafrost changes, and latent and sensible heat and potential and kinetic energy in the atmosphere). All error estimates are 90% confidence intervals. No estimate of confidence is available for the continental heat gain. Some of the results have been scaled from published results for the two respective periods. Ocean heat content change for the period 1961 to 2003 is for the 0 to 3,000 m layer. The period 1993 to 2003 is for the 0 to 700 m (or 750 m) layer and is computed as an average of the trends from Ishii et al. (2006), Levitus et al. (2005a) and Willis et al. (2004).

Vázlat SUGÁRZÁSI HATÁSOK H2O a sugárzásátvitelben egyszerű visszacsatolások többlépcsős visszacsatolások DINAMIKAI FOLYAMATOK az energia vertikális újraosztása horizontális újraosztás, óceáni hatások

(“Pentagon-jelentés”, “HOLNAPUTÁN”, ...) +1: Horizontális újraosztás az óceánokban Cooling Warm surface current Intermediate waters Warm and less saline Antarctic circumpolar current A óceánok áramlásait a hőmérséklet- és a sótartalom eltérések okozta sűrűségkülönbség tartja mozgásban (“Pentagon-jelentés”, “HOLNAPUTÁN”, ...)

Nem jégkorszak lenne, de nagyon furcsa éghajlat Csak a szállítószalag leállása Hőmérséklet-változás (oC) CO2-növekedés + szállítószalag leállás Hőmérséklet-változás (oC) Ipari forradalom (I.F.) előtti állapot 2049-re az I. F. előttihez képest

+2: Regionális átrendezés: az El-Nino jelenség El-Nino hatások: december-február Normál állapot El-Nino állapot: meleg El-Nino hatások: június - augusztus La-Nina állapot: hideg

Regionális(?) átrendezés: ==> erősödő trópusi ciklonok! Megfigyelések Előrejelzés magas CO2-re

Következtetések A víz mindhárom halmazállapotában erősen befolyásolja a jelenlegi sugárzási folyamatokat. A három legfontosabb éghajlati visszacsatolás, a vízgőzzel, a felhőkkel és a hó- és jégtakaróval kapcsolatos visszacsatolás mindegyike fokozza a kezdeti változást, azaz a melegedést! Van legalább három további komplex visszacsatolás, ami ugyancsak fokozhatja a melegedést: a széndioxid és a metán geofizikai ciklusába való beavatkozás, és az újabb fosszilis energia-források kiaknázása a melegedő északi sarkvidéken. A vízgőznek és az óceánoknak fontos szerepük van az energia vertikális és horizontális újra-oszlásában, mint dinamikai folyamatokban is, amelyek összességében fékezik az éghajlati változásokat. E vertikális és horizontális óceáni folyamatok zavarai éghajlati „meglepetések”-hez, tartós regionális anomáliákhoz és a trópousi ciklonok erősödéséhez vezethetnek, illetve vezetnek.

Köszönöm a figyelmet! mikaj@ektf.hu