DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS KOCSIS TÍMEA

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS KOCSIS TÍMEA KESZTHELY 2008

PANNON EGYETEM GEORGIKON MEZİGAZDASÁGTUDOMÁNYI KAR Növény- és Környezettudományi Intézet INTERDISZCIPLINÁRIS DOKTORI ISKOLA JOGUTÓD: ÁLLAT- ÉS AGRÁRKÖRNYEZET-TUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA Környezet-tudományok Tudományág Iskolavezetı: Dr. habil. Anda Angéla az MTA doktora Témavezetı: Dr. habil. Anda Angéla az MTA doktora AZ ÉGHAJLATVÁLTOZÁS DETEKTÁLÁSA ÉS HATÁSAINAK MODELLEZÉSE KESZTHELYEN Készítette: KOCSIS TÍMEA KESZTHELY 2008

AZ ÉGHAJLATVÁLTOZÁS DETEKTÁLÁSA ÉS HATÁSAINAK MODELLEZÉSE KESZTHELYEN Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: Kocsis Tímea Készült a Pannon Egyetem Interdiszciplináris Doktori Iskolája jogutód: Állat- és Agrárkörnyezet- tudományi Doktori Iskolája keretében Témavezetı: Dr. habil. Anda Angéla Elfogadásra javaslom igen / nem. (aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton % -ot ért el. Keszthely,... A Szigorlati Bizottság elnöke Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve:... igen /nem Bíráló neve:...... igen /nem *Bíráló neve:...... igen /nem..... (aláírás).. (aláírás).. (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján...% - ot ért el Keszthely,.... A Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minısítése.... Az EDT elnöke Megjegyzés: * esetleges

TARTALOMJEGYZÉK RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE 6 KIVONAT 8 ABSTRACT 9 ABSTRAKTE 10 1. BEVEZETÉS 11 1.1. A vizsgálat célkitőzése 12 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS 13 2.1. A globális klímaváltozás 13 2.1.1. Az üvegházhatás és okai 13 2.1.2. A globális klímaváltozás várható következményei 23 2.1.3. A globális éghajlatváltozás várható hatásai Magyarországon 32 2.2. Az éghajlatváltozás fıbb elemeinek hatása termesztett növényeink életfolyamataira 37 2.2.1. A légköri CO 2 koncentráció változásának hatása 37 2.2.2. A hımérsékletemelkedés és a csapadékcsökkenés várható hatásai a növényi életfolyamatokra 38 2.3. A keszthelyi meteorológiai állomás története 41 2.3.1.. Észlelések 1865. és 1962. között 41 2.3.2. 1938.-1966.: új állomás létesítése a Georgikon keretein belül 44 2.3.3. 1966.-1995.: obszervatórium a Balaton-part közelében 45 2.3.4. 1995.-tıl napjainkig: újra a Georgikon területén, a Tanyakereszten 46 3. ANYAG ÉS MÓDSZER 48 3.1. A vizsgálat helye 48 3.2. A hosszú idısoros meteorológiai adatok elemzésének módja 50 3.2.1. A csapadék - adatsor keletkezésének körülményei 50 3.2.2. A hımérsékleti adatok mérésének eszközei, az adatsor keletkezésének körülményei 51 3.2.3. Az adatok inhomogenitásának problémája 53 3.2.4. Az adatsorok elemzésének módja 55 3.3. A mikroklíma szimulációs modell elméleti alapjai 58 3.3.1. A bemenı adatok győjtésének helye és módja 65 3.3.2. A modellfuttatások során alkalmazott szcenáriók 66 4

4. EREDMÉNYEK 68 4.1. Keszthely hosszú idısoros meteorológiai adatainak elemzése 68 4.1.1. Magyarország éghajlati besorolása, és a csapadékban jelentkezı esetlegesen várható változások 68 4.1.2. Keszthely csapadék adatsorának elemzése 69 4.1.2.1. Keszthely csapadék-alakulásának egyszerő éghajlati-statisztikai jellemzıi 69 4.1.2.2. A csapadék évszakos változásai 76 4.1.2.3. A havi csapadékösszegek alakulása 82 4.1.2.4. Csapadékmentes idıszakok 86 4.1.3. Magyarország hımérsékleti viszonyai, a hımérsékleti értékek várható változásai 89 4.1.4. Keszthely hımérsékleti adatainak elemzése 90 4.1.4.1. A keszthelyi homogenizált évi középhımérsékletek elemzése 90 4.1.4.2. A hımérséklet évszakos változásai és változékonysága 96 4.1.4.3. A havi homogenizált középhımérsékletek alakulása Keszthelyen 102 4.2. A globális klímaváltozás hatásának vizsgálata kukorica állományokra mikroklíma szimulációs modellezés segítségével 105 4.2.1. Az eregiaáramok arányának változása 105 4.2.2. A sztómaellenállás és a fotoszintézis intenzitás módosulása 106 4.2.3. Az állományon belüli légtér- és a növény hımérsékletének változása 109 5. KÖVETKEZTETÉSEK 111 6. ÖSSZEFOGLALÁS 114 KÖSZÖETNYÍLVÁNÍTÁS 116 7. IRODALOMJEGYZÉK 117 8. TÉZISEK 129 9. THESES 130 5

RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE A - Köppen-féle aszimmetria mérıszám C 6 H 12 O 6 glükóz C e - a légkör szén-dioxid koncentrációja CFC-11 freon-11 (triklór-monofluór-metán) CH 4 metán CMSM Crop Micrometeorological Simulation Model CO 2 szén-dioxid c p a levegı állandó nyomáson vett fajhıje C r - a növény intercelluláris járatainak szén-dioxid koncentrációja e s T L, i, - a növényhımérséklethez tartozó telítési gıznyomás az i-edik rétegben e a,i - a tényleges gıznyomás az i-edik rétegben EEA European Environment Agency (Európai Környezetvédelmi Ügynökség) F d - a sötét respiráció F m - a nettó asszimiláció maximuma F n a nettó szén-dioxid asszimiláció mértéke G entalpia GCM- globális klíma modell glob.rad. globálsugárzás GtC gigatonna szén H - érzékelhetı hı H 2 O víz HCFC-22 freon-22 (klór-difluór-metán) I - kilépı sugárzás intenzitása I 0 - belépı sugárzás intenzitása IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change (Éghajlatváltozási Kormányközi Testület) K - az elnyelést és a szórást jellemzı extinkciós együttható k a mozgóátlagolás tagszáma L - az adott rétegben lévı levélfelület LAI levélfelület-index MASH - Multiple Analysis of Series for Homogenization n a számhalmaz tagjainak száma N 2 O dinitrogén-oxid 6

n a - a számhalmaz számtani középnél kisebb tagjainak száma O 2 oxigén gáz OAGCM (AOGCM) óceán-atmoszféra kapcsolt globális cirkulációs modell PAR - fotoszintetikusan aktív sugárzás ppb part per billion [10-9 ] ppm part per million [10-6 ] (egy milliomod rész) ppt part per trillion [10-12 ] rad. balance - sugárzás-egyenleg RF sugárzási kényszer rh - relatív nedvesség r H,i - a hıátadással szembeni ellenállás az i-edik rétegben R i - turbulens átvitellel szembeni ellenállás az i-edik rétegben r levél a levél ellenállása RMSD root mean square deviation, az adatpárok közötti eltérés négyzetes közepe R v - a megkötött rövidhullámú sugárzás (LAI-ra vetítve) r V,i - a nedvességnek az adott rétegbe való bejutásával szembeni ellenállás S - elnyelt sugárzás SO 2 kén-dioxid SRES - Special Report on Emmision Scenarios (Kibocsátási Forgatókönyvek Speciális Jelentése) T hımérséklet T a,i - a levegı hımérséklete az i-edik rétegben TAR- Third Assessment Report (Harmadik Helyzetértékelı Jelentés) T L,i - a növény hımérséklete az i-edik rétegben w dir szélirány w s szélsebesség β Bowen- arány γ - pszichrometrikus konstans ε - az F n -R v függvény meredeksége alacsony fényintenzitás vagy hasznosulás mellett λe - látens hı ρ - a levegı sőrősége 7

KIVONAT Az utóbbi évtizedekben sokat hallhatunk a globális klímaváltozásról, és annak a valóságban ténylegesen érzékelhetı hatásairól. A klímaváltozás lokális megnyilvánulásairól azonban még nem rendelkezünk elégséges ismerettel. Vizsgálatainkban az 1871.-tıl 2000.-ig mért havi csapadékösszegeket és az 1901.-2000. közötti idıszakra vonatkozóan az Országos Meteorológiai Szolgálat által rendelkezésünkre bocsátott homogenizált havi középhımérsékleteket elemeztük különbözı éghajlatistatisztikai módszerekkel, esetenként kiegészítve 2006.-ig terjedı elemzésekkel. A keszthelyi Agrometeorológiai Kutatóállomáson több évtizede folynak mikroklíma megfigyelések, és egy évtizede szimulációs modellezés segítségével is nyerhetünk információkat az amúgy nem túl gyakran regisztrált mikrometeorológiai elemekrıl. Tanulmányunkban, felhasználva a keszthelyi mérési adatokat és az ország, valamint a Balaton vízgyőjtıterületére kidolgozott prognózisokat, szimuláltuk a kukorica állományok mikroklímájának és életfolyamatainak alkalmazkodását egyes - valószínőleg várható - klimatikus feltételekhez. Az adatsor-elemzés során megállapítottuk, hogy a több állomásra kiterjedı korábbi megfigyelések ellenére Keszthelyen az éves csapadékösszegek esetében nem mutatható ki lineáris csökkenı tendencia 1871.-2000. közötti idıszakban, sem a változékonyság módosulása. Azonban a részletesebb vizsgálatok rámutatnak a lehulló csapadék mennyiségében bekövetkezett változásokra. A tavasz esetében viszont szignifikáns a csapadékcsökkenés, és az ıszi hónapokban jelentkezı másodmaximum is eltőnni látszik. Október hónap csapadékösszege szintén szignifikáns csökkenést mutat. Az évi középhımérsékletek adatsorában statisztikailag kimutatható a felmelegedés, de a változékonyság módosulása nem. A nyár esetében szignifikáns hımérsékletemelkedés tapasztalható. A nyári és az ıszi középhımérsékletek változékonyságában csökkenést regisztrátunk. A kukorica állományok mikroklíma-vizsgálatánál az állomány energiaforgalmában a felmelegedés és csapadékcsökkenés hatására nem tapasztalható szignifikáns eltolódás. A sztómaellenállás növekedett, míg a fotoszintézis intenzitásában elıbb emelkedés jelentkezett, majd erıteljesebb klímaváltozás feltételezése esetén csökkenés mutatható ki. A mikroklíma elemeinek alakulását a klimatikus körülményeken kívül az állomány architektúrája is befolyásolhatja. 8

ABSTRACT DETECTION AND IMPACT SIMULATION OF CLIMATE CHANGE AT KESZTHELY A 130-year-long dataset of monthly precipitation sum and a 100-year-long dataset of homogeneized monthly mean temperature are available for statistical analysis at Keszthely meteorological station. We can establish that modifications in yearly and seasonal temperatures and precipitation amounts can be found in the data series with modifications in the variability also. We examined the modifications in micrometeorology and physiological processes in maize stands with model simulations. We can confirm that these parameters are strongly influenced by the environmental (meteorological) parameters of the surrounding air and by the canopy architecture. 9

ABSTRAKTE DETEKTIERUNG UND MODELLIERUNG DER EFFEKT DES KLIMAWECHSEL IN KESZTHELY Zu den statistischen Analysen steht eine Datenreihe von der 130-Jährigere monatlichen Niederschlag-Summe und von einer 100-Jährigere homogenisierten Durchschnitt-Temperatur in Keszthelyer Agrometeorologischen Forschungstation zur Verfügung. Es ist festzustellen, dass sich in den jährlichen- und Saison Niederschlag- Angaben und auch in der Modifikation der Variabilität eine Veränderung besteht. Die Veränderungen in dem Mikroklima und in den physiologischen Prozessen der Maisbestände wurden mit Hilfe von Modellieren untersucht. Es kann bestätigt werden, die atmosphärischen (meteorologischen) Umstände und die Bestand-Architektur beeinflussen stark diese Parameter. 10

1. BEVEZETÉS Az utóbbi évtizedekben sokat hallhatunk a globális klímaváltozásról, és annak a valóságban ténylegesen érzékelhetı hatásairól. A klímaváltozás jövıbeni alakulásával, hatásaival kapcsolatban bizonyos valószínőség mellett modellek segítségével kaphatunk információkat, míg a múltban lejátszódott változásokról a statisztikai elemzések segítségével alkothatunk képet. A globális klímaváltozás - az eddigi kutatások alapján, és fıképpen a közelmúlt eredményei szerint valós veszélyt jelent a társadalom számára, az esetleges változásokra való felkészülés elengedhetetlen. A klímaváltozás és a rá való felkészülés kidolgozása igen sok tudományterületet érint kezdve az éghajlatkutatástól a gazdaságtudományokon át a szociológiáig. A világ számos tudósa a saját szakterületén végzett kutatásokkal járul hozzá a rendszer jobb megértéséhez, az adaptációs stratégiák kidolgozásához. A globális klímaváltozás hatása nemcsak a különbözı szakterületek szempontjából tér el, hanem földrészenként, területenként is eltérı hatásai és következményei lehetségesek. Európa esetében a változásokra való felkészülés és a hatások lehetséges csökkentése igen fontos, mert éghajlata nagymértékben megváltozhat a következı évszázad során. Európa szívében a Kárpát-medence területe az egyik legérzékenyebb és legnehezebben modellezhetı terület. A változások mértéke és egyes esetekben az iránya sem egyértelmő. Magyarország éghajlatának változása kihat a nemzetgazdaság szinte minden ágára (pl.: egészségügy, energiaipar, turizmus, stb.), közöttük a mezıgazdaságra a leginkább. Az utóbbi évtized szélsıséges hımérsékleti- és csapadékviszonyai hatással voltak legfontosabb természeti kincsünk, a Balaton életére is (halmozódó csapadékhiány miatti vízszintcsökkenés). Meteorológiai adatok elemzésének esetére, vizsgálatokra alkalmas adatsorok Keszthelyen több, mint 130 évre visszamenıleg állnak rendelkezésre. Ezen adatok birtokában már viszonylag nagy biztonsággal vonhatók le következtetések az idıjárás 11

alakulásának tendenciáiról, esetlegesen az éghajlatváltozással kapcsolatba hozható jelenségekrıl is. 1.1. A vizsgálat célkitőzése Vizsgálataink célja elsısorban a keszthelyi hosszú idısoros meteorológiai mérések adatainak éghajlati-statisztikai elemzése volt. Az adatok elemzése révén kerestük a globális klímaváltozás helyi megnyilvánulásainak esetleges bizonyítékait. Az éves, évszakos és havi adatok alapján meg kívántuk határozni, hogy milyen változások következtek be a mérések kezdete óta a hımérséklet és a csapadékmennyiség értékeiben. A változások detektálásához fontos háttér-információként szolgált a keszthelyi meteorológiai mérések történetének részletes feldolgozása. Másodsorban figyelmünket a helyben, több évtizede, kísérleti céllal termesztett kukorica egy esetleges klímaváltozáshoz való alkalmazkodására irányítottuk, melyet mikrometeorológiai szimulációs vizsgálatokkal igyekeztünk megismerni. A keszthelyi Agrometeorológiai Kutatóállomáson több évtizede folynak mikroklíma megfigyelések, és egy évtizede szimulációs modellezés segítségével is nyerhetünk információkat az amúgy korábban csak ritkán regisztrált mikrometeorológiai elemekrıl. Célunk az volt, hogy felhasználva a keszthelyi mérési adatokat és az ország, valamint a Balaton vízgyőjtıterületére kidolgozott prognózisokat, szimuláljuk a kukorica állományok mikroklímájának és életfolyamatainak alkalmazkodását egyes - valószínőleg várható - klimatikus feltételekhez. 12

2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS 2.1. A globális klímaváltozás 2.1.1. Az üvegházhatás és okai A Föld légköre egyfajta energiacsapdaként mőködik, ahhoz hasonlóan, amint az üvegházak is. Az üvegházhatás a légkör hıvisszatartó képessége, melynek segítségével bolygónk az élıvilág számára komfortos élıhellyé válik. Ennek fizikai okait a Napból bolygónkra érkezı sugárzás légköri útjának folyamatai, valamint a Föld kisugárzása és a légköri összetétel jelentik. A légkört alkotó gázok tulajdonságuknak megfelelıen nem minden sugárzást engednek át: hullámhosszuktól függıen egyeseket visszavernek (reflexió), van, amit elnyelnek (abszorpció), s vannak olyanok, amelyeket továbbengednek. Az igen rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzást, vagy az UV-sugárzás nagyobb részét a légkör nem, vagy csak korlátozottan engedi tovább, míg a Nap sugárzásának jelentıs részét kitevı fényt szinte akadálytalanul keresztülbocsátja (1. ábra). A felszínre érkezı sugárzás azonban az ott lévı anyagokkal kölcsönhatásba kerülve hosszú hullámú hısugárzássá alakul, amit már csak kevéssé enged át a légkör. Az így keletkezı hıtöbblet az, ami az élet számára kedvezı feltételeket teremt bolygónkon. A számítások szerint e nélkül mintegy 33 C-kal alacsonyabb, azaz -18 C lenne Földünk hımérséklete. Tehát az üvegházhatás a földi élet szempontjából létfontosságú természetes folyamat (Pálvölgyi 2004). 1. ábra A légkör áteresztı képessége a hullámhossz függvényében (Rakonczai 2003) 13

Az üvegházhatás nélkül valószínőleg nem létezhetne a jelenlegi formában élet a Földön, vagyis a légköri üvegházhatású gázok hıvisszatartó képessége bizonyos mértékig kedvezı. Az üvegházhatás akkor válik kedvezıtlenné, mikor az üvegházi-gázok légköri koncentrációja fokozódik, amely felboríthatja a Föld-légkör rendszerben uralkodó törékeny egyensúlyt. A légkörben lévı üvegházhatású gázok mennyiségének bármilyen irányú változása módosítja a Föld-légkör rendszer energiamérlegét, és így elvben törvényszerően éghajlatváltozáshoz vezet (Haszpra 2004). Az üvegházhatás mechanizmusát a 2. ábra szemlélteti. 2. ábra Az üvegházhatás (UNEP, Grid Arendal 1996) 1. A napsugárzás áthalad a tiszta atmoszférán (a beesı napsugárzás 343 W m -2 ), 2. A nettó bejövı napsugárzás (240 W m -2 ), 3. A napsugárzás egy része visszaverıdik az atmoszférából és a földfelszínrıl (a visszavert sugárzás 103 W m -2 ), 4. A napsugárzást elnyeli a földfelszín és felmelegíti azt (168 W m -2 ), és átalakul hıvé, amit hosszúhullámú sugárzás formájában (infravörös) a felszín visszasugároz az atmoszférába, 5. Az infravörös sugárzás egy részét elnyelik az üvegházhatású gázok és visszasugározzák. Ennek direkt hatása a földfelszín és a troposzféra felmelegítése. A felszín további melegedése ismét infravörös sugárzás kibocsátásához vezet, 6. Az infravörös sugárzás egy része áthalad az atmoszférán és távozik a világőr felé (a nettó infravörös sugárzási kibocsátás 240 W m -2 ). 14

Az üvegházhatást kiváltó gázok mennyisége a légkörben az utóbbi 200-250 évben jelentısen megváltozott, és olyan gázok is megjelentek, melyek addig nem voltak jelen a légkörben. Ezen változások nagy valószínőséggel az intenzív emberi ipari tevékenységhez köthetık, ugyanis az ipari forradalom óta az üvegházhatású gázok koncentrációja megnıtt a légkörben (1. táblázat). 1. táblázat A legfontosabb üvegház-gázok és néhány jellemzıjük (IPCC 2001) Kezdeti koncentráció (1750-ben) /1 ppm=10-6, 1 ppb=10-9, 1 ppt=10-12 / CO 2 CH 4 N 2 O CFC-11 HCFC- 278 ppm 700 ppb 275 ppb Nulla! Nulla! Koncentráció 1998-ban 365 ppm 1745 ppb 314 ppb 268 ppt 132 ppt Eddigi elsıdleges sugárzási hatás Koncentráció 1,5 1,46 0,48 0,15 0,07 0,03 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 ppm/év 7 ppb/év 0,8 ppb/év -1,4 ppt/év 22 W/m 2 5 ppt/év Növekedés 0,4 %/év 0,4 %/év 0,03 %/év -0,5 %/év 4 %/év Légköri élettartam (év) 50-200 8-12 120 45 12 Globális Melegítı Potenciál (100 év) 1 23 296 4600 1700 Az üvegházhatás fokozódásáért fı bőnösként a CO 2 vonult be a köztudatba. Pedig az üvegházhatás 62%-áért a vízgız a felelıs (Koppány 2002). Hatását egyedül nem lenne képes kifejteni, csak a többi üvegházhatású gázzal együtt van melegítı hatása. A CO 2 a melegítı hatás 22%-áért (Koppány 2002) felel csak. A CO 2 túlnyomó részt (~97%) a fosszilis tüzelıanyagok elégetésébıl származik (Pálvölgyi 2000). A táblázatban látható üvegház-gázok melegítı hatása többszöröse a CO 2 -énak, ezeket mégis ritkábban emlegetik az üvegházhatás kapcsán. Az intenzív mezıgazdasági termelés hozzájárul az üvegházgázok közül a CH 4 koncentrációjának növekedéséhez (kérıdzı haszonállatok emésztırendszeri fermentációja, rizstermesztés, szerves anyagok anareob bomlása). A N 2 O egyik fı forrása a mőtrágyagyártás és -használat, legfontosabb természetes forrása pedig a denitrifikáció (Haszpra 2004). A halogénezett szénhidrogének az ipari forradalom óta 15

jelentek meg a légkörben. Hírhedt képviselıik a Föld ózon pajzsát romboló freonok és halonok (Haszpra 2004). Természetesen a felsoroltakon kívül még számos olyan gáz létezik, amelynek szerepe van az üvegházhatás kialakításában, illetve annak fokozásában. Itt csak a legfontosabbak kerültek felsorolásra. Az IPCC 2007-ben jelentette meg Negyedik Helyzetértékelı Jelentését, amelynek az 1. munkacsoport által elkészített döntéshozókhoz címzett összefoglalóját már 2007. februárjában, a szervezet Párizsban rendezett konferenciája után olvashattuk. Ebben a kutatók megállapították, hogy 2005.-ben a globális CO 2 koncentráció 379 ppm volt, a CH 4 koncentrációja a légkörben 1774 ppb-re nıtt, a nitrogén-oxidok koncentrációja pedig 319 ppb-re emelkedett. Az éves fosszilis CO 2 kibocsátás az 1990-es években átlagosan 6,4 GtC volt, ez a 2000-2005-ös idıszakra 7,2 GtC mennyiségre nıtt évente. Az üvegházhatás ellenében is hatnak bizonyos tényezık a légkörben. Vannak antagonista üvegházgázok is, mint pl. a SO 2, ami például vulkánkitörések során kerülhet a légtérbe. A vulkánkitörések több antagonista üvegházi-gázt és aeroszolokat juttatnak a légkörbe. Egy erupció több évre is befolyásolhatja, hőtheti a légkört, bár hatásai túlnyomórészt inkább lokálisan érzékelhetık. Az üvegházhatású gázok okozta felmelegedést az emberi tevékenység miatt a levegıbe kerülı légköri aeroszol részecskék is befolyásolják. Az aeroszol közvetlen hatása a napsugárzás gyengítésébıl következik. Tekintve, hogy a fényt szóró anyagok mennyisége (pl. ammónimum-szulfát, szerves anyagok) az optikailag aktív nagyságtartományban jóval meghaladja a fényt elnyelı anyagok (pl. elemi szén) koncentrációját, a közvetlen hatás elsısorban a fény szórását jelenti (Mészáros 1998). A felhık képzıdésének fizikai folyamata a kondenzáció, amely során a telített levegıbıl a vízgız kiválik, lecsapódik. Az aeroszolok ezt a folyamatot segítik, mint kondenzációs magvak. Minél több kondenzációs magon csapódik ki azonos mennyiségő vízgız, annál több, illetve kisebb nagyságú felhıcsepp keletkezik. A kis cseppekbıl álló felhıknek viszont jelentısebb az albedója, mint a kevesebb, nagyobb cseppekbıl álló felhıké. Ráadásul a kisebb cseppekbıl álló felhık nehezebben adnak csapadékot, mint a nagyobb cseppeket tartalmazó felhık, azaz a kondenzációs magvak számának növekedése a felhık élettartamának emelkedésével jár. Ez a közvetett hatás igen lényeges, hiszen az emberi tevékenység jelentısen hozzájárul a légköri aeroszol részecskék, következésképpen 16

a kondenzációs magvak mennyiségéhez (Mészáros 1998). Tehát az aeroszolok is az üvegházhatás fokozódása ellen hatnak. A légköri CO 2 koncentráció változása A légkörben fellelhetı CO 2 mennyisége a földtörténet során nagymértékben változott, nem volt állandó. A mai korszerő vizsgálati módszerekkel az utóbbi 160 ezer év alatt jellemzı CO 2 koncentrációk meghatározása az antarktiszi és grönlandi jégbıl vett minták alapján történt (Mészáros 1999). A mintából kiderült, hogy a CO 2 koncentráció kapcsolatba hozható a hımérséklet alakulásával, amelyet szintén a jégbe zárt légbuborékok alapján számszerősítettek (3. ábra). Ez az eljárás az oxigén 18-as és 16-os izotópjainak arány-meghatározásán alapul (Major 2004). 3. ábra A hımérséklet és a CO 2 szint változás az utóbbi 160 ezer évben (www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/global/010.htm) Az utóbbi 20 ezer év során az emberi letelepedéshez, a növénytermesztés és állattenyésztés számára kedvezıvé vált az éghajlat, és ez az állapot stabilizálódott (Mészáros 1999). Ez példa nélküli volt az addigi éghajlattörténetben (Major 2004). A letelepedéssel, mezıgazdasági tevékenységgel megkezdıdött az ember természetalakító tevékenysége, mely az ipari forradalom idején kezdett kiteljesedni. 17

A szén-dioxid a vízgız után a második legfontosabb üvegházhatású gáz a légkörben. Koncentrációját az emberiség közvetlenül befolyásolhatja, ezzel éghajlatváltozást idézhet elı. A fosszilis tüzelıanyagok elégetése és az erdıirtások révén nagyobb mennyiségő széndioxid kerül a levegıbe, mint amennyit ugyanezen idı alatt a bioszféra és az óceánok képesek felvenni. Ennek következtében a légkör szén-dioxid tartalma folyamatosan nı (Haszpra 1998). A szén-dioxid koncentráció növekedésének üteme lényegesen nagyobb évenkénti ingadozást mutat, mint amit az emberi tevékenység számlájára lehetne írni (Keeling et al. 1989, 1995). A számítógépes modellek arra utalnak, hogy az északi félgömb mérsékelt éghajlati övének kontinentális bioszférája a korábban feltételezettnél lényegesen nagyobb szerepet tölt be a légkör szén-dioxid koncentrációjának alakításában (Tans et al. 1990). A közelmúltban e területeken megkezdett mérések alátámasztani látszanak a modellek eredményeit (Ciais et al. 1995). A Pinatubo vulkán kitörését követı átmeneti globális lehőlés a lényegében változatlan emberi kibocsátás ellenére is megtorpantotta rövid idıre a légköri szén-dioxid koncentráció növekedését. Ennek oka a mérsékelt égövi kontinentális területek ökológiai rendszereinek átmenetileg lecsökkent kibocsátása volt (Lambert et al. 1995). A kezdeti eredmények alapján úgy tőnik, e zóna bioszférája átlagos viszonyok között is több szén-dioxidot vesz fel, mint amennyit kibocsát (Ciais et al.1995, Haszpra 1998). Az IPCC Harmadik Helyzetértékelı Jelentése (2001) a légköri szén-dioxid koncentrációt 2100-ra 540 és 970 ppm közé becsüli a hat reprezentatív SRES kibocsátási forgatókönyv alapján (4. ábra) (Takács-Sánta 2005). 4. ábra A harmadik IPCC kiadvány Szintézis jelentésében szereplı CO 2 koncentrációnövekedési szcenáriók (www.ipcc.ch) 18

A különbözı társadalmi-gazdasági feltételezésekre épülı SRES-forgatókönyvek eltérı üvegházgáz- és aeroszol-kibocsátásokat eredményeznek. Az IPCC Harmadik (2001) és Negyedik (2007) Helyzetértékelı Jelentése a Kibocsátási Forgatókönyvek Speciális Jelentésén /SRES - IPCC Special Report on Emmision Scenarios (2000)/ alapuló üvegházhatású gázok kibocsátási forgatókönyveit alkalmazza az elırejelzések elkészítéséhez, mely kibocsátási forgatókönyvek Pálvölgyi (2004) publikációjában megfogalmazva az alábbiak: A1F1: Gyors növekedés a fejlıdı világ gyorsuló felzárkózásával egy technológiában elmaradó, fosszilis tüzelıanyag-világban. A1T: Gyors növekedés a fejlıdı világ gyorsuló felzárkózásával, de a tisztább (kevésbé karbonintenzív) technológiák elıretörnek. A1B: Gyors növekedés a fejlıdı világ gyorsuló felzárkózásával kiegyensúlyozott technológiai fejlıdés mellett. A2: Heterogén világ. Lassú és differenciált gazdasági növekedés, de nagy népességnövekedés. B1: Konvergens, méltányos és fenntartható világ. Globális technológiai megoldások elıretörése. B2: Változatos és fenntartható világ. A hangsúly a helyi technológiai megoldásokra helyezıdik. (Ezek a forgatókönyvek az ún. kettıs aeroszolhatást is figyelembe veszik.) IS92a: az IPCC Második Helyzetértékelı Jelentésében szereplı forgatókönyvcsalád egyik tagja (Takács-Sánta 2005). A forgatókönyvek a különbözı társadalmi-gazdasági fejlıdési pályákat szemléltetik (5. ábra). 5. ábra A reprezentatív SRES forgatókönyvcsaládok (IPCC 2001) 19

Magyarországon az Országos Meteorológiai Szolgálat 1981.-ben létrehozott egy légköri CO 2 háttér-szennyezettséget mérı állomást K-pusztán (46 58 N, 19 33 E), majd a felszín és a légkör közötti CO 2 -áram meghatározásához 1994.-ben Hegyhátsálon (46 57 N, 16 39 E, 248 m) a tv-adótornyot szerelte fel megfelelı mőszerekkel (Haszpra és Barcza 2005) (6. ábra). A K-pusztai mérıállomás 1999.-ben megszőnt (Haszpra és Barcza 2005). 6. ábra A hegyhátsáli mérıállomás sematikus rajza (wdir - szélirány; ws - szélsebesség; T - hımérséklet; rh - relatív nedvesség; PAR - fotoszintetikusan aktív sugárzás; glob.rad. - globálsugárzás; rad. balance - sugárzás-egyenleg) (Országos Meteorológiai Szolgálat, www.met.hu) A mérések kezdetétıl (1981) 1998-ig a levegı szén-dioxid koncentrációja K-pusztán közel 375 ppm-re emelkedett. A koncentráció növekedési üteme azonban sem itt, sem az antropogén és természetes forrásoktól távoli globális háttér-levegıszennyezettség mérı állomásokon nem egyenletes. A növekedési ütemben tapasztalható ingadozás nagyobb, mint ami az antropogén kibocsátás ingadozásával magyarázható lenne. A növekedési ütem ingadozása K-pusztán és a távoli globális állomásokon igen hasonló, de K-pusztán az ingadozás mértéke nagyobb és fázisában kissé megelızi a másik két állomáson (Mauna Loa, Hawaii és Point Barrow, Alaszka) észlelteket (Haszpra 1998). Ez a tapasztalat alátámasztja a 80-as évek végén, 90-es évek elején végzett modellszámítások eredményeit, melyek szerint az északi félgömb mérsékelt övi kontinentális ökológiai rendszerei meghatározó módon befolyásolják a globális szén-körforgalmat, a légkör szén- 20

dioxid koncentrációját (Tans et al. 1990). Feltételezve a K-pusztai és a hegyhátsáli mérési sorok egymáshoz illeszthetıségét, Haszpra és Barcza (2005) megállapította, hogy 1981. közepétıl 2004. elejéig a légkör szén-dioxid-koncentrációja 343 ppm-rıl 383 ppm-re emelkedett. A szeszélyes ingadozások mellett kialakult 1,77 ppm/év növekedési ütem összhangban van a világ más részein ugyanebben az idıszakban észlelt értékekkel. Haszpra (2007) publikációja szerint 2006. júniusáig a CO 2 koncentráció 389 ppm-re nıtt a hazai mérések alapján. A metán és a dinitrogén-oxid koncentráció változása A metán globális légköri koncentrációja az iparosodás elıtti kb. 715 ppb értékrıl az 1990-es évek elejére 1732 ppb-re nıtt, és 2005.-ben az értéke 1774 ppb. A metán légköri koncentrációja 2005.-ben messze meghaladta az utolsó 650 000 év természetes tartományát (320 790 ppb), ahogy az szintén a jégszelvényekbıl meghatározható. A növekedési ütem az 1990-es évek elejétıl csökkent. Ez megfelel az összes kibocsátás (antropogén és természetes források összege) alakulásának, ami ebben az idıszakban csaknem konstans volt. Nagyon valószínő, hogy a metánkoncentráció megfigyelt növekedése antropogén tevékenységeknek, elsısorban a mezıgazdaságnak és fosszilis üzemanyagok felhasználásának tudható be. A különbözı források hozzájárulásának arányát azonban még nem lehet elég pontosan meghatározni (IPCC 2007). A dinitrogén-oxid globális légköri koncentrációja az iparosodás elıtti 270 ppb értékrıl 2005.-re 319 ppb-re nıtt. A növekedési ütem 1980-tól nagyjából állandó. A dinitrogén-oxid-kibocsátás több mint egyharmada antropogén eredető, amelynek forrása elsısorban a mezıgazdaság (7. ábra). 21

7. ábra Az üvegházhatású gázok (CO 2, CH 4, N 2 O) változásai jégszelvény- és modern adatok alapján (IPCC 2007, Éghajlatváltozás 2007) /baloldali függıleges tengelyen az adott üvegházhatású gáz koncentrációja (ppm/ppb), a jobboldali függıleges tengelyen a sugárzási kényszer mértéke (W m -2 ), a vízszintes tengelyen az idı (év) került ábrázolásra/ A metán és a dinitrogén-oxid koncentráció növekedését elırejelzı SRESforgatókönyveket a 8. ábra szemlélteti. 22

8. ábra Az IPCC-TAR (2001) Szintézis jelentésében szereplı metán és dinitrogén-oxid koncentrációnövekedési szcenáriók (www.ipcc.ch) 2.1.2. A globális klímaváltozás várható következményei Bolygónk éghajlatát több földi és földön kívüli (csillagászati) tényezı szabályozza. Ennek köszönhetıen az éghajlat bonyolult, nem lineáris rendszert alkot, amelynek alakításában a visszacsatolási mechanizmusok fontos szerepet játszanak. A Föld története során bolygónk éghajlata számos kisebb-nagyobb változáson ment keresztül. Ezek a változások azonban nem veszélyeztették a bioszféra létét. Az utolsó jégkorszak befejezıdése óta az éghajlat meglehetısen állandó, ami kedvez az emberi társadalmak és a civilizáció fejlıdésének. Az utolsó évszázadokban, lényegében az ipari forradalom óta ez a fejlıdés olyan méreteket öltött, hogy az emberi tevékenység a környezet szabályozásának egyik nem elhanyagolható tényezıjévé vált (Mészáros 1998). Az üvegházhatású gázok és aeroszolok légköri mennyiségének, a napsugárzásnak és a földfelszín tulajdonságainak változásai megváltoztatják az éghajlati rendszer energiaegyensúlyát. Ez utóbbi változásokat ún. sugárzási kényszer formájában fejezzük ki, ami lehetıvé teszi annak összehasonlítását, hogy a különféle emberi, illetve természetes tényezık milyen mértékő melegítı- vagy hőtıhatást gyakorolnak a globális éghajlatra (IPCC 2007). A sugárzási kényszer összetevıit az alábbi 9. ábra mutatja be. 23