Óriásvödörben modellezték a klímaváltozást

Az ELTE Fizikai Intézet Kármán Laboratóriumának kutatói kezdeményezték az a kísérletsorozatot, amelyben a világon elsőként modellezték a klímaváltozás hatásait. Az erről szóló tanulmány a Nature.com Scientific Reports Open Acces magazinjában jelent meg. Vincze Miklóssal, a ELTE Fizikai Intézet Kármán Laboratóriumának és az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoportjának munkatársával, a tanulmány egyik szerzőjével beszélgettünk.

A kutatók megalkották a mérsékelt övi légkör minimálmodelljét úgy, hogy két faktorra egyszerűsítették az egészet. Az egyik faktor az, hogy  Föld forog, a másik pedig a sarkok és az Egyenlítő közötti hőmérséklet-különbség.

Maga a modell egymásra egymást körülölelő függőleges hengerekből áll, középen van a hideg rész, vagyis a sarkkör, kívül pedig a meleg rész, tehát az Egyenlítő. A Föld forgásának pedig a tartály forgatása felel meg.

A minimálmodellből rengeteg komponens hiányzik, nincsenek benne kontinensek, domborzat, a Föld gömbölyűsége, felsorolni is nehéz lenne, mennyi minden hiányzik belőle. Hogy mégis működik, a hidrodinamikai hasonlóság elvének köszönhető. Ez erősen leegyszerűsítve azt jelenti, hogy egy-egy paraméternek (például forgási idő, hőmérséklet-különbség, sűrűség, méret), hanem azok bizonyos arányának jól működnie. Egy hétköznapibb példával élve, az autógyártók az autók légellenállását is kisebb modelleken tesztelik és hasonló eredményt kapnak, mintha eredeti autókkal dolgoznának.

A bemutatott légköri modell nem új, már az 1940-50-es évektől használják. Annak ellenére, hogy csak két faktor van benne, nagyon jól tud modellezni összetettebb jelenségeket is. A kis örvények például tényleg olyanok, mint a légkörben kialakuló ciklonok és anticiklonok.

Ha jól állítják be a hőmérséklet-különbséget és a forgatást sebességét, és az arányszámok is stimmelnek, akkor nagyon hasonlóan működik a légkörhöz. Annyira megbízható a rendszer, hogy meteorológiai előrejelzésekhez használt számítógépes modelleket ellenőriznek vele.

A mostani kísérletsorozatban a világon elsőként azt próbálták szimulálni, milyen lehet egy klímaváltozás és milyenek lehetnek ennek hatásai. Vagyis plusz egy tényezőt tettek hozzá a modellhez, mégpedig azt, hogy csökken a hőmérséklet-különbség a sarkok és az egyenlítő között. Mert ugye a klímaváltozás is erről szól.

A kutatók tehát kikapcsolták a hűtést középen és megnézték, mi történik, a rendszer hogyan reagál. Még mielőtt az eredményekre rátérnénk, fontos megjegyezni, hogy a modellekben az a jó, hogy sokszor el lehet végezni ugyanazt a kísérletet. Olyan ez, mintha tíz Földünk lenne, amelyek nagyjából ugyanabból a helyzetből indulnának, és egy komponenst megváltoztatunk a rendszerben, például növeljük az üvegházhatást okozó gázok jelenlétét. Mivel a Föld klímája annyira összetett, tíz kísérletből tízszer más eredményt kapnánk. A pillangóeffektus miatt elég lenne csak egy apró változás ahhoz, hogy az események sorozatának más legyen a kimenete.

Klímaváltozásnál nehéz szétválasztani, mik a trendszerű változások és mik az ingadozások. A fent említett tíz Földnél az ugyanolyan változásokra lehet már azt mondani, hogy azok trendszerűek és a klímaváltozásra jellemzőek, de a többire, ami egyedi az egyes Földeknél már a fluktuáció része.

A kísérletet tízszer végezték el egymás után, egy-egy kísérlet egy egész napig tartott. Vagyis tízszer modellezték le, milyen lenne a klímaváltozás hatása. Arra jöttek rá, hogy a kezdeti állapotok közötti egészen apró különbségek sok szempontból teljesen más eredményekhez vezethetnek, vagyis a fluktuációnak óriási a szerepe.

Ez persze nem jelenti azt, hogy értelmetlen volna klímamodelleket készíteni, inkább azt akarták bemutatni, hogy milyen korlátai lehetnek a modelleknek és mit kell figyelembe venni ezek vizsgálatakor. A kutatók folytatnák a kísérleteket, de hosszabb ideig működtetnék a rendszert, hogy az így kapott jóval több adatból még pontosabb képet kapjanak egy olyan bonyolult rendszerről, mint a Föld klímája és annak változása.