Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. A KLÍMA ÉS A TERÜLETHASZNOSÍTÁS VÁLTOZÉKONYSÁGÁNAK KÖLCSÖNHATÁSAI A TISZA MAGYARORSZÁGI VÍZGYŰJTŐ TERÜLETÉN Horváth Szilvia Makra László Mika János 1 Bevezető Az éghajlat feltételezett megváltozása napjaink egyik legidőszerűbb tudományos kérdésfelvetése. Ezzel összefüggésben a tájértékelés új fejezetét jelöli ki az a feltételezés, hogy a földrajzi táj éghajlati adottságaiban rövidebb időtávlatban is változás várható. Ezek a változások a táj rendszerére is kihatnak, s ezáltal a tájháztartás működését is befolyásolják, azontúl ennek konkrét mezőgazdasági és vízgazdálkodási következményei alapvető jelentőségűek. A napjainkban feltételezett klímaváltozásra különösen érzékeny lehet az Alföldi régió, így a címben jelzett feladat olyan regionális sajátosságok elemzését jelenti, amelyek egy-egy adott táj ökológiai és gazdasági viszonyainak vizsgálatát teszi szükségessé. Világszerte mérések igazolják, hogy a légkör üvegházhatása erősödik, ami a Föld légkörének melegedéséhez, s ezzel összefüggésben, változatos mértékű és jellegű regionális éghajlat-változáshoz vezethet. Az üvegházhatás erősségét az egységnyi alapú levegő oszlopban bekövetkezett energiaváltozás mértékével fejezzük ki, melynek mértékegysége a W/m 2. Az ipari forradalomtól napjainkig a CO 2 1,5 W/m 2, a CH 4 0,5 W/m 2, a N 2 O 0,2 W/m 2, míg a halogénezett szénhidrogének együttesen 0,3 W/m 2 sugárzási növekményért felelősek. Tehát az egységnyi alapú légoszlopban mért energiaváltozás jelenleg, földi átlagban 2,5 W/m 2 -rel egyenlő, ami - óvatos becslések szerint - kb. 1,5 Celsius fokos hőmérséklet emelkedésnek felel meg, amelyet a magas légköri ózoncsökkenés (- 0,2 W/m 2 ), illetve a troposzférikus aeroszolok (- 1-2 W/m 2 ) okozta "negatív üvegházhatás" - különösen Európa és Észak-Amerika térségében - részben ellensúlyozhat (IPCC, 1996). Az elmúlt több, mint 100 év során az Alföld területén a klíma jelentős mértékben megváltozott. A hőmérséklet jelentős mértékben (1,6 Celsius fok) emelkedett az 1870-es évektől az 1940-es évek végéig, majd ettől kezdve enyhén csökkenő trend figyelhető meg (1 Celsius fok) (Horváth, 1997). Az évi átlagos csapadékösszeg csökkenő tendenciát mutat az 1870-es évektől az 1990-es évek közepéig (Molnár, 1996). A vizsgált terület (elsősorban annak D-DK-i része) rendkívül hajlamos az aszályra, amely a legsúlyosabb károkat a mezőgazdaságban okozza (Makra, et al. 1986). Érdemes ugyanakkor érinteni a belvíz megjelenésével kapcsolatos problémákat, hiszen bár a vizsgált terület általában vízhiányos, ugyanakkor igen gyakori jelenség a belvíz is, amely az 1998-2000. évek folyamán jelentős területeket öntött el az Alföldön. Az Országos Vízügyi Főigazgatóság a 2000. év elején 322 ha belvizes területről számolt be. Ez az érték Magyarország mezőgazdasági területének 5 %-át jelenti. A Közép-Tisza vidéken megfordult az évtizedes tendencia, miszerint a talajból évente átlagosan mintegy 60 mm-el több csapadék párolog el, mint amennyi lehullik. Kutatásaink során egyrészt a klíma változékonyságának a talajnedvességre gyakorolt hatásait vizsgáltuk, másrészt azt elemeztük, hogy a mezőgazdasági területhasznosítás időbeli változása hogyan hat vissza a regionális éghajlatra. 1 Horváth Szilvia PhD-hallgató Szegedi Tudományegyetem Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék, H-6701 Szeged, P.O.B. 653, Hungary; e-mail: lupo@geo.u-szeged.hu; Dr. Makra László egyetemi docens Szegedi Tudományegyetem Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék, H-6701 Szeged, P.O.B. 653, Hungary; e-mail: makra@geo.u-szeged.hu; Dr. Mika János tudományos tanácsadó Országos Meteorológiai Szolgálat H-1525 Budapest, Pf. 38, Hungary; e-mail: mika@met.hu. 1
Horváth Szilvia et al: Klíma és területhasznosítás A kiválasztott terület A kiválasztott terület (1. ábra) a Tisza magyarországi sík vidéki vízgyűjtő területe (szűkebb értelemben a Tiszán létesített 13 vízmérce által határolt terület), amelyre korábban egy regionális energia- és vízmérleg modell is készült (Mika, et al., 1991; 1998), mely utóbbi kiszámítja a felső 0,5 m vastagságú réteg talajvíztartalmát, továbbá a külső éghajlati kényszerek által szabályozott léghőmérsékletet és a levegőben lévő vízgőz parciális nyomását. Az Alföld természetes növénytakaróját a Kárpát-medence középső részén az erdő-sztyepp zóna legnyugatibb előfordulása képezi, ahol az erdőborítottság az északnyugat-délkeleti irányban növekvő aszállyal egyidejűleg fokozatosan csökken (Kovács- Láng et al., 2000). Ezt a nagytájat azonban mindig is a szántóföldi növények vetésterületének nagy aránya jellemezte. Napjainkban a vizsgált, teljes terület (35.700 km 2 ) 74 %-a tartozik művelés alá, ezzel összefüggésben a régió igen érzékeny lehet a klímaváltozásra, valamint a növénytermesztés nem klimatikus feltételeinek a változására. Tanulmányunkban a vizsgált térséget a vele néhány % eltéréssel egybeeső hat megyével - Borsod-Abaúj-Zemplén, Szabolcs-Szatmár-Bereg, Hajdú-Bihar, Jász-Nagykun-Szolnok, Békés és Csongrád - helyettesítjük tekintve, hogy a földhasználati adatokat hivatalosan megyék szerint publikálják. 1. ábra. A Tisza sík vidéki vízgyűjtő területe (A Tiszán lévő 13 vízmérce állomásai: 1. Tivadar, 2. Szeged, 3. Csenger, 4. Vállaj, 5. Felsőberecki, 6. Hidasnémeti, 7. Felsőzsolca, 8. Jásztelek, 9. Berettyóújfalu, 10. Körösszakál, 11. Sarkad, 12. Gyula, 13. Makó). 0 15 30 45 km 6 Lillafüred (Miskolc) Fügöd (Encs) 7 Hernád Sajó Sárospatak 5 Bodrog Nyíregyháza Tisza 1 Tiszabecs Poroszló Tisza Polgár Hortobágy Debrecen Kraszna 4 3 Szamos Kecskemét 8 Abony Zagyva Körös Püspökladány Berettyóújfalu 9 Túrkeve Berettyó Sebes-Körös 10 Tisza Szentes Szarvas Békéscsaba 11 12 Fekete- Körös Fehér-Körös Szeged 2 Maros 13 2
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. A Palmer-féle aszályerősségi index (PDSI) A meteorológiai aszályok kezdetének és erősségének meghatározásához a Palmer-féle aszályossági indexet használtuk. A PDSI a meteorológiai aszály olyan indexe, amely képes hónapról hónapra szimulálni a talaj nedvességtartalmának változásait és alkalmas arra, hogy egészen különböző éghajlatú helyeken és évszakokban ugyanazok az értéktartományok jelentsék az 1. táblázatban szereplő állapotokat. 1. táblázat. A PDSI értékek értelmezése. PDSI osztály 4,00 különösen nedves 3,00-3,99 nagyon nedves 2,00-2,99 mérsékelten nedves 1,00-1,99 enyhén nedves 0,50-0,99 kezdődő nedves szakasz 0,49- -0,49 közel normális -0,50- -0,99 kezdődő aszály -1,00- -1,99 enyhe aszály -2,00- -2,99 mérsékelt aszály -3,00- -3,99 kemény aszály -4,00 szélsőséges aszály A PDSI számítás hosszú és több lépésben végrehajtandó folyamat, ahol bemenő paraméterekként szolgálnak: havi csapadékösszeg, havi átlaghőmérséklet idősorok, valamint a talaj szempontjából hasznosítható vízkapacitás egy felső és 5 alatta fekvő talajrétegben. Az index értéke havonta változik, de minden hónap PDSI értéke a megelőző hónap értékének és az adott hónap vízmérlegének a lineáris kombinációja (Palmer, 1965; Alley, 1984; Karl, 1986). Palmer az indexszel kapcsolatos teóriájában évszakfüggetlenséget ígér, de ezt a kijelentést kizárólag az amerikai kontinensre vonatkozóan közli. Ezért fontosnak tartottuk megvizsgálni, hogy Magyarország esetén teljesül-e az évszakfüggetlenség, vagy sem. Ennek kapcsán elemeztük az index alapstatisztikai paramétereit (átlag, szórás, ferdeség) a vegetációs periódus négy hónapjára (ápr., jún., aug., okt.), a vizsgált térség 3 állomásán (Sárospatak, Szeged, Berettyóújfalu). Esetünkben az átlagra alkalmazott t-próba, valamint a szórásra alkalmazott F-próba alapján nincs szignifikáns különbség sem a szomszédos hónapok átlagértékei, sem a szomszédos hónapok szórás értékei között. Azaz Magyarországra vonatkozóan - szigorúan véve - nem teljesül az évszakfüggetlenség. Ami a ferdeséget illeti, az index negatív értékei (száraz időszak) gyakrabban fordulnak elő (2. táblázat). 2. táblázat. A PDSI értékek alapstatisztikái és a normalitás vizsgálat eredményei, 1951-1992. PDSI SÁROSPATAK SZEGED BERETTYÓÚJFALU Ápr. Jún. Aug. Okt. Ápr. Jún. Aug. Okt. Ápr. Jún. Aug. Okt. Átlag 0.06 0.11 0.13 0.07-0.11-0.21-0.15-0.02 0.16 0.03 0.10-0.24 Szórás 2.71 2.68 3.00 3.00 2.20 2.36 2.66 2.30 2.72 2.81 3.21 2.82 Ferdeség -0.36-0.28-0.23-0.19 0.22 0.26 0.25 0.49-0.42-0.35-0.16-0.28 z-érték (K-S próba) 0.72 0.86 0.83 0.51 0.62 0.76 0.76 0.86 0.95 1.07 0.55 0.65 k-érték (. 2 -próba) 0.36 4.48 8.19 3.24 2.78 1.22 1.16 1.90 5.40 4.60 6.20 2.10 3
Horváth Szilvia et al: Klíma és területhasznosítás További statisztikai vizsgálataink igényelték, hogy az index értékek havi sorai normális eloszlást mutassanak, ennek értelmében normalitás vizsgálatot is végeztünk. A hónapokra bontott részminták eloszlása a nyári félévben mind a Kolmogorov-Szmirnov-próba, mind a χ 2 -próba szerint normális eloszlású (2. táblázat). Döntésünket az 1 %-os valószínűségi szinten hoztuk meg. A havi felbontás alkalmazása nélkül a sorozat szabálytalan, nem Gauss-i eloszlású (Mika, et al., 1994). Területi faktoranalízis A klíma rövidebb skálájú változékonyságát a vizsgált terület 17 állomásának (Sárospatak, Fügöd, Miskolc, Nyíregyháza, Polgár, Poroszló, Hortobágy, Debrecen, Püspökladány, Abony, Túrkeve, Berettyóújfalu, Kecskemét, Szarvas, Békéscsaba, Szentes és Szeged) 1952-1985 közötti havi PDSI adatain elemeztük a teljes évre. Az aszályerősségi mutatók havonkénti térbeli faktoranalízise alapján elhatároltuk azokat a részterületeket, amelyeken belül a PDSI ingadozásai leginkább hasonlóak. A faktoranalízis azokat az állomásokat sorolja egy helyre, amelyeken belül az értékek ingadozása - a korreláció mértékében mérve - a leginkább hasonló és egyben leginkább különböző a másik térségben levőhöz képest. A módszer alapján azokat a faktorokat tartottuk meg, amelyekhez tartozó sajátérték legalább egy és mellőztük azokat a faktorokat, melyek nem magyarázták meg legalább egy standardizált változó varianciáját. A PDSI havi értékeit elemezve a megtartott faktorok száma kettő és három. Azaz a faktoranalízis módszere alapján a vizsgált térségen belül két alrégió rajzolódott ki január, február, március, április, május, június, július, augusztus és december hónapokban. Szeptemberben, októberben és novemberben három térség adódott (2. ábra). Az egyes térképeken az izovonalak által elhatárolt hasonló térségeken belül elkülönítettük a 0,8-nél nagyobb faktorsúlyú pólusokat is. Ezáltal pontosabbá váltak azok a térségek, amelyeken belül a PDSI ingadozások a leginkább hasonlóak. Maguk a kialakuló térségek hónapról hónapra változnak, így nem alkalmasak általános érvényű földrajzi körzetesítésre. Azonban az, hogy többé-kevésbé zárt térségeket tudtunk meghatározni igazolja a matematikai osztályozás valószerűségét. Tér- és időbeli korreláció A 17 állomás közül háromra - Sárospatak, Szeged és Berettyóújfalu - meghatároztuk a PDSI értékek ingadozásainak tér- és időbeli korrelációit április, június, augusztus és október hónapokra (3. táblázat). A három állomás választását az indokolta, hogy a havonként kirajzolódó pólusok legalább egyikében szerepelnek. A térbeli korreláció eredményei: mivel a PDSI-k közepes korrelációt mutatnak, elmondható, hogy az aszály- ás belvíz hajlamnak van meteorológiai eredetű, térbeli változékonysága, vagyis az egyes állomásoknak van a többitől független játéka. Minden korrelációs együttható szignifikáns az 1 %-os valószínűségi szinten. Az időbeli korreláció eredménye: az aszályok, ill. a túlzott nedvességtartalmú hónapok elemzésénél érdekes kérdés, hogy a szélsőséges állapotok kialakulásában mekkora a jóval korábbi évszakokban felhalmozódó nedvesség többlet, vagy hiány szerepe és ez hogyan viszonyul magának a kérdéses szezonnak a vízmérlegéhez. Eredményeink szerint a tavasz közepén megjelenő telítettségi állapot Sárospatak és Berettyóújfalu esetében az ősz közepéig, 4
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. Szegeden viszont csak a nyár végéig befolyásolja szignifikánsan a talaj nedvességtartalmának alakulását. 2. ábra. A PDSI változása tekintetében homogén régiók elkülönítése faktoranalízis segítségével. 2 2 1 1 0 15 30 45 km 0 15 30 45 km január április 2 3 1 1 2 0 15 30 45 km 0 15 30 45 km július október 3. táblázat. A PDSI értékek tér- és időbeli korrelációi a három kiválasztott állomáson, 1951-92. PDSI Sárospatak Szeged Berettyóújfalu Ápr Jún Aug Okt Ápr Jún Aug Okt Ápr Jún Aug Okt Ápr 0,23 0,46 Sáros- Jún 0,81 0,23 0,38 patak Aug 0,74 0,31 0,37 Okt 0,59 0,21 0,27 Ápr 0,65 Szeged Jún 0,74 0,69 Aug 0,61 0,69 Okt 0,17 0,50 Ápr Berettyó- Jún 0,82 újfalu Aug 0,76 Okt 0,57 5
Horváth Szilvia et al: Klíma és területhasznosítás Hosszú idősorok statisztikai elemzése A továbbiakban 3 éghajlati állomás (Szeged, Debrecen, Nyíregyháza) 1881-1990 közötti Palmer-féle aszályossági index- (PDSI) adatsorait elemeztük matematikai-statisztikai módszerek segítségével. Az aszályossági index idősorainak hagyományos lineáris trendvizsgálatán kívül elvégeztük a részmintaközepek teljes mintaközéptől vett differenciáinak szignifikancia vizsgálatát április, június, augusztus, október hónapokra. Vizsgálatainkhoz az éghajlatelemzés matematikai-statisztikai módszereit használtuk fel. Ezek segítségével a 3 település 110 éves áprilisi, júniusi, augusztusi és októberi középhőmérséklet, csapadékösszeg és talajnedvesség adatain alapuló PDSI (Palmer, 1965) idősorait dolgoztuk fel. Azt a kérdést, hogy a vizsgált PDSI idősorokban mutatkozó tendenciák statisztikailag szignifikánsak-e vagy sem, trendanalízissel döntöttük el. Ily módon a következőket állapíthatjuk meg: a havi PDSI értékek sorozatainak lineáris trendjei általában csak a rövid, 3-34 éves sorozatokra szignifikánsak. Vizsgálataink szerint ez azt jelenti, hogy az ilyen rövid sorozatok sokkal inkább az évek közötti ingadozások eredményei, mintsem hosszabb tartamú trendek részei. A száraz időszakok gyakrabban és hosszabb időintervallumban jelentkeznek, mint a nedves időszakok. Az egyszerűség kedvéért a Szegedre számított eredményeket tűntettük fel a 4. táblázatban. 4. táblázat. Alperiódusok a PDSI értékek szignifikáns lineáris trendjeivel, 1881-1990. PDSI hónap Április Június Augusztus Október időszak év időszak év időszak év időszak év 1908-1914 7 (-) 1885-1898 14 (+) 1881-1887 7 (-) 1896-1908 13 (-) 1932-1936 5 (-) 1897-1899 3 (-) 1896-1905 10 (-) 1920-1941 22 (+) SZEGED 1934-1942 9 (+) 1937-1950 14 (-) 1937-1950 14 (-) 1976-1980 17 (-) 1940-1950 11 (-) 1953-1962 10 (-) 1955-1960 6 (-) 1930-1963 34 (-) 1960-1962 3 (+) 1962-1966 5 (+) 1946-1978 33 (+) 1946-1978 33 (+) 1977-1980 4 (-) Azzal a céllal, hogy a teljes idősoron belül szignifikánsan aszályos, illetve szélsőséges talajnedvességet mutató periódusokat különíthessünk el, a Student-féle t-próba egy speciális esetét alkalmaztuk (nem független idősorok várható értékei különbsége statisztikai szignifikanciájának meghatározása) (Makra, et al., 2000). A statisztikai próba lényege, hogy tapasztalunk-e szignifikáns eltérést egy tetszőleges részminta középértéke és a teljes minta átlagértéke között. Az említett elméleti alapokra támaszkodva valamely normális eloszlású vagy normális eloszlásúra transzformált éghajlati elem, illetve tetszőleges index-értékek adatsoraiban annak szignifikáns megváltozása, a változás időtartama meghatározható. A szignifikancia-próbákat az 1 %-os valószínűségi szintre végeztük el. A statisztikai próba eredményei szerint nedves periódust állapíthatunk meg 1881 és 1940-1945 között, amit egy szignifikánsan száraz időszak követ 1990-ig. Az egyszerűség kedvéért a Szegedre számított eredményeket tűntettük fel az 5. táblázatban. 6
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 5. táblázat. Alperiódusok a PDSI értékek átlagainak a teljes (1881-1990) idősor átlagától vett szignifikáns eltéréseivel. PDSI hónap Április Június Augusztus Október időszak év időszak év időszak év időszak év SZEGED 1946-1990 45 (-) 1946-1990 45 (-) 1945-1963 19 (-) 1942-1990 49 (-) 1889-1945 57 (+) 1892-1944 53 (+) 1895-1941 47 (+) 1895-1941 47 (+) A területhasználat visszahatása az energia- és vízmérlegre Vizsgálataink másik irányú célkitűzése során azt elemeztük, hogy a mezőgazdasági területhasznosítás időbeli változása hogyan hat vissza a regionális éghajlatra. Ennek kapcsán a főbb mezőgazdasági kultúrák vetésterület arányainak 1951 és 1993 közötti változásaiból kiindulva elemeztük ezek közvetlen hatásait az energia- és vízmérleg egy komponensére. E számítások Borsod-Abaúj-Zemplén, Szabolcs-Szatmár-Bereg, Hajdú-Bihar, Jász-Nagykun- Szolnok, Békés és Csongrád megye mezőgazdaságilag hasznosított területének átlagában meghatározták a rendszeralbedó és a tényleges evapotranszspiráció ingadozásait. A feladat egyszerű matematizált formája a következő: Keressük tetszőleges A(t) mennyiség: párolgás, albedó átlagos ingadozását: 1 i Am Α t Υ T Α t Ai c Α t liα Tm Α,, i = 1,2,..., ahol t i T m (t): vizsgált hasznosítású terület egy adott évben T i (t): különböző területhasznosítású mód egy adott évben A i c Α t, l i Α: A(t) értéke az i-edik területhasznosításnál c(t): A i (t)-t befolyásoló klimatikus ingadozás (nem növény- és nem területspecifikus) l i : A i (t)-t befolyásoló területhasznosítási ingadozás (nem függ az évjárattól) Az átlag értékek alakulását a klíma és a területhasználat időbeli ingadozása együttesen befolyásolja. Amennyiben akár az egyik, akár a másik átlag értékével számolunk, a másik eredetű parciális hatást kapjuk meg. Hatás a tényleges evapotranszspirációra Az előzőek értelmében kiszámítottuk az egyes mezőgazdasági kultúrák átlagos párolgásösszegeit a 43 év tenyészidőszakára átlagos éghajlati feltételek mellett, aminek következtében a területhasználat változásának parciális hatását kaptuk meg. Vizsgálataink során felhasználtuk a hat megyében előforduló szántóföldi növények vetésterület adatait 1951-1993 között, melyek legalább 1-28 %-os lefedettséget képviselnek a vizsgálat alá vont növények összterületének százalékában. Figyelmen kívül hagytuk viszont a művelés alól kivont területeket, a gyep-, erdő-, gyümölcs-, szőlő- és gyepterületeket, mivel nem álltak rendelkezésünkre az ehhez szükséges adatok. Ennél fogva feltettük, hogy az előbb említett növényekkel borított terület egységére eső tényleges párolgás és a potenciális párolgás hányada éppen akkora, mint a művelt területen a bio-feedback nélkül. Célunk az adott szántóföldi kultúrák vízmérlegre gyakorolt hatásának vizsgálata, ezért a talaj párolgási vízveszteségét az adott növény felett az Antal-féle formula (1968) segítségével határoztuk meg: 7
Horváth Szilvia et al: Klíma és területhasznosítás w+ b ET = b w ET p, ahol 1+ b: az egyes növények különböző fenofázisaiban fellépő relatív vízigény (az ún. biológiai konstans) w: a relatív talajnedvesség ET p : a potenciális evapotranszspiráció (mm) Számításaink szerint a földhasználat 1951-1993 közötti változása egyértelműen növelte az evapotranszspirációt (3. ábra). A változás lineáris trendje 0,18 mm/év, ami a teljes 43 évre vetítve 8 mm átlagos növekedést jelent. A kapcsolat nagyon szoros, a korrelációs együttható értéke 0,81. Ugyanakkor az említett 8 mm átlagos növekedés mégsem jelent drámai változást, mivel a vizsgált hét hónap (április-október) átlagos evapotranszspirációja kb. 280 mm, azaz a relatív változás csupán 3 %. 3. ábra. A földhasználatban bekövetkezett változások hatása az evapotranszspirációra. A továbbiakban oly módon határoztuk meg a vizsgált periódusban a tenyészidőszak párolgási összegeit, hogy a számításokhoz a havonkénti ET p és w értékeket vettük alapul (4. ábra). Ebben az esetben már ténylegesen éghajlatfüggő eredményeket kaptunk. Az ábráról leolvasható, hogy az evapotranszspiráció teljes évközi ingadozása egy nagyságrenddel meghaladja a földhasználat hatását. Ugyanakkor a teljes evapotranszspiráció adatsoraiban nem tapasztaltunk egyirányú változást. 8
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 4. ábra. A tényleges párolgás alakulása a klimatikus hatás és a területhasználat párhuzamos ingadozása következtében, a vizsgált hat megyében. Hatás a felszínalbedóra Egy terület energiamérlegének alakulásában meghatározó a felszínalbedó szerepe. Értéke függ a napmagasságtól, de befolyásolja az albedó nagyságát a talaj fajtája, állapota; a hótakaró; a növénytakaró fajtája és fejlődési fázisa is. Hazánk albedó-térképeinek elkészítése során Dávid (1985) szintetizálta a hosszabb-rövidebb mérésekre támaszkodó, növényenként és fenofázisonként megállapított szakirodalmi felszínalbedó értékeket. A fenofázisok időbeli különbségei alapján hazánk területe néhány - az adott növényre jellemző - termőkörzetre osztható. E körzetekre Dávid a szakirodalmi adatokból növényenként és dekádonként egy-egy éghajlatilag jellemző felszínalbedót állapított meg. Ha az egyes növények felszínalbedó értékekeit megszorozzuk a növények évenkénti vetésterületével, akkor a földhasználat változásai következtében fellépő albedó-ingadozás idősorait kapjuk. A vizsgált hat megye átlagos felszínalbedói csökkenő tendenciát mutatnak áprilistól júliusig minden egyes hónapban. Más szóval, a viszonylag sötétebb növényállományok részesedése növekedett, amelyek nagyobb zöldtömege általában sűrűbb fedettséget biztosít. A helyzet augusztusban is ugyanez, viszont a két további hónapban nincs egyértelmű változás. Ez bizonyára összefügg azzal, hogy szeptember-októberben a terület nagy részén a növények - ha még jelen vannak is - már nem fejlődnek, s emiatt kevéssé különböznek egymástól. Ha az albedó havonkénti értékeit súlyozzuk a besugárzással, akkor a visszavert sugárzáson keresztül a felszín energiamérlegének változásaihoz jutunk. A felszíni energiamérleg rövidhullámú komponense: R = G (1 - α), ahol G: a felszínre érkező globálsugárzás (Justyák, 1998) ψ: a felszínalbedó. 9
Horváth Szilvia et al: Klíma és területhasznosítás Ebből következően - nem vizsgálva a G megváltozását - a rövidhullámú mérleg módosulása: R = - G α. Amint ez az albedók havonkénti csökkenéséből sejthető, a 7 hónapra (április-október) számított felszíni energiamérleg területi átlagai a vizsgált időszakban egyenletesen növekedtek. A változás tendenciája +0,014 W/m 2 /év, vagyis a 43 év alatt 0,6 W/m 2. A lineáris trend meglehetősen szorosan illeszkedik az adatsorra, hiszen a korrelációs együttható értéke 0,98. Hatás a rendszeralbedóra A földhasználat változásai következtében az energiamérlegben előidézett változást nemcsak a felszínre, hanem a teljes felszín-légkör rendszerre is meghatároztuk. Ebből a célból egy ún. sugárzási-konvektív modellel végzett korábbi számítást használtunk föl (Mika et. al., 1993). A rendszeralbedónak a felszínalbedótól való függése - hazánk légköri feltételei mellett - csaknem tökéletes lineáris kapcsolatot mutat. A felszínalbedó egységnyi változása a rendszeralbedó 0,40-0,45 értékű változását vonja maga után a vizsgált hét hónapban. Ha a rendszeralbedó ingadozásait havonta megszorozzuk a légkör külső határára érkező csillagászatilag lehetséges napsugárzással, akkor a felszín-légkör rendszer rövidhullámú energiamérlegéhez jutunk. A felszín-légkör rendszer rövidhullámú sugárzási mérlegének a változását a következő egyenlet írja le: R s = -G 0 α s, ahol G 0 : a légkör külső határára érkező napsugárzás (amely az évszázados-évtizedes időskálán gyakorlatilag állandó, csak szezonális ingást mutat) ψ s : a felszín-légkör rendszer albedója. Számításaink szerint a felszín-légkör rendszer által visszavert energia mérséklődése (5. ábra) miatt a rendszerben maradó energia-növekmény a vizsgált 43 év alatt 0,4 W/m 2. Az eredményül kapott energianövekmény jelentőségének érzékeltetéséhez megemlítjük, hogy a légköri CO 2 -koncentráció 1951-1993 közötti változásának hatása a magyarországi nyári félévre vonatkozóan 0,7 W/m 2 (Mika, et al., 1992). Tehát a földhasználatnak a vizsgált 43 év alatt végbement változásai több mint fele akkora változást okoztak a felszín-légkör rendszer energiamérlegében, mint a CO 2 -koncentráció változásai. 10
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 5. ábra. A földhasználat változásainak hatása a felszín-légkör rendszer által visszavert rövidhullámú energiára a vizsgált hat megyében a tenyészidőszak során. Ha már az összehasonlításnál tartunk, érdemes azt is kiszámítani, hogy mekkora hatása van a párolgásban talált 8 mm-es növekedésnek a felszín energiamérlegére. Figyelembe véve, hogy 1 kg víz elpárologtatásához 2470 kj energia szükséges (1 kg víz az 1 négyzetméteres felületet 1 mm vastagon borítja be) és, hogy a 7 hónap összesen 214 napja 18489600 másodpercnek felel meg, ezért a 8 mm párolgás-többlet éppen 1,0 W/m 2 energiát von el a felszín energia-mérlegéből. Ez az érték ugyancsak összemérhető a 43 év alatti szén-dioxid változás hatásával. Konklúzió Eredményeinket az alábbi 8 pontban foglalhatjuk össze: 1. A PDSI-re az eredeti konstansokkal - szigorúan véve - nem teljesül az évszakfüggetlenség. 2. A hónapokra bontott részminták eloszlása a nyári félévben mind a Kolmogorov-Szmirnov próba, mind a χ 2 -próba szerint normális eloszlású. 3. Az év csapadékosabb hónapjaiban a vizsgált 35 700 km 2 -es térség a PDSI változékonysága alapján két-három régióra bomlik. E régiók azonban hónapról hónapra változnak, vagyis nem alkalmasak általános érvényű földrajzi körzetesítésre. 4. A PDSI indexek a nyári félévben közepes korrelációt mutatnak. Az aszály- ill. belvízhajlamnak van meteorológiai eredetű, térbeli változékonysága. 5. A tavasz közepén megjelenő telítettségi állapot többnyire az ősz közepéig befolyásolja szignifikánsan a talaj nedvességtartalmának alakulását. 6. A PDSI idősoraiban a lineáris trendek csupán rövid, pár éves szakaszokon szignifikánsak. A teljes sor átlagánál nedvesebb és szárazabb időszakok viszont több évtized hosszúságúak. 7. A területhasználat ingadozásának hatása a tényleges párolgásra elenyészően kicsi a meteorológiai fluktuációhoz képest. 11
Horváth Szilvia et al: Klíma és területhasznosítás 8. Ugyanakkor, a területhasználat ingadozása a felszín-légkör rendszer energiamérlegében jelentős, az eddigi antropogén hatásokkal összemérhető változásokat okozott. Irodalom Alley, W. M. 1984: The Palmer Drought Severity Index: Limitations and assumptions. Journal of Climate and Applied Meteorology 23, 1100-1109. Antal, E., 1968: New method for the calculation of potential evaporation. HMS Report on the Scientific Works in 1967, 24, 414-423. Dávid, A., 1985: Az albedó területi eloszlásának meghatározását célzó előzetes kutatások. OMSZ Beszámolók, 1983, Budapest, 81-98. Horváth, Sz., 1997: A globális éghajlatváltozás lehetséges következményei Magyarországon. Légkör, 42/3, 21-27. IPCC 1996: Climate Change 1995. The Science of Climate Change. The Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds.: J. T. Houghton et al.) Cambridge University. Press, 570. Justyák, J.,1998: Magyarország éghajlata. KLTE Kiadó., Debrecen, 26. Karl, T. R. 1986: The sensitivity of the Palmer Drought Severity Index and Palmer`s Z Index to their calibration coeffitient including potential evapotranspiration. Journal of Climate and Applied Meteorology 25, 77-86. Kovács-Láng, E., Gy. Kröel-Dulay, M. Kertész, G. Fekete, J. Mika, I. Dobi-Wantuch, T. Rédei, K. Rajkai, I. Hahn, and S. Bartha, 2000: Changes in the composition of sand grasslands along a climatic gradient in Hungary, and implications for climate change. Phytocoenologia 30 (in press). Központi Statisztikai Hivatal Évkönyvei, 1951-1994. Megyei kötetek: Békés, Borsod-Abaúj-Zemplén, Csongrád, Hajdú-Bihar, Jász-Nagykun-Szolnok és Szabolcs-Szatmár-Bereg. Makra, L., Kiss, Á. és Abonyiné-Palotás, J. 1986: Az aszály klimatológiai és talajvízháztartási összetevői, valamint néhány mezőgazdasági vetülete a Dél-Alföldön. Alföldi Tanulmányok 10, 99-115. Makra, L., Tar, K. and Horváth, Sz., 2000: Some statistical characteristics of the wind energy over the Great Hungarian Plain. International Journal of Ambient Energy. 21/2, 85-95. Mika, J., Bartzokas, A., Dobrovolny, P., Brazdil, R., Niedzwiedz, T., Tsidarakis, L., Dalezios, R. N., 1994: On spatial and temporal variations of drought in selected regions of central and southeastern Europe. In: Brazdil, R., Kolar, M., eds.: Contempory Climatology. Mika, J., Horváth, Sz., Fogarasi, J. and Makra, L., 1998: Simulation of climate forcing mechanisms on the energy and water balance of a watershed. In: Proc. 19 th Conf. Mika, J., Kovács, E. és Bozó, L., 1993: A légköri aeroszol-tartalom antropogén és természetes változásának hatása a sugárzási mérlegre a Kárpát-medencében. OMSZ Beszámolók, 1989, 81-89. Mika, J., Kovács, E. és Dávid, A., 1992: A növényzet és a talaj állapotának hatása a felszín-légkör rendszer albedójára. OMSZ Beszámolók, 1988, 165-173. Mika, J., Kovács, E., Németh, P. and Rimóczi-Paál, A., 1991: Parameterisation for regional energy balance climate modelling over Hungary. Advances in Space Research 11, (3)101-(3)104. Molnár, K., 1996: Hazai csapadékváltozások. Természet Világa, Különszám. 127/1, 66-68. Palmer, W.C. 1965: Meteorological Drought. Research Paper 45. Weather Burean Washington. 58. 12