A 20. század eleji felmelegedés (1–8)

A 20. század eleji felmelegedés – összefoglaló az 1–8. fejezet alapján

A tanulmány címe: The early 20th century warming: Anomalies, causes, and consequences. A 2018-ban megjelent áttekintő cikk nem egyetlen új modellszámítás eredményeit közli, hanem összefoglalja a megfigyeléseket, rekonstrukciókat, klímamodelleket és attribúciós vizsgálatokat a 20. század eleji felmelegedésről, azaz az ETCW-ről. (PubMed)

Az ETCW-t a szerzők nagyjából az 1890-es évektől az 1940-es évekig tartó időszakként kezelik. A cikk központi állítása az, hogy ezt a felmelegedést nem lehet sem kizárólag természetes, sem kizárólag emberi eredetű folyamatként értelmezni. Az üvegházhatású gázok növekedése, a nagy vulkánkitörések átmeneti ritkulása, a hűtő aeroszolok, valamint az óceán–légkör rendszer belső évtizedes változékonysága egyszerre játszott szerepet.

1. Bevezetés

A 19. század végi globális átlaghőmérséklet a tanulmány szerint körülbelül 0,8 °C-kal alacsonyabb volt, mint a 21. század elején. Ez a felmelegedés azonban nem egyenletesen történt. Gyorsabb melegedési szakaszok váltakoztak stagnáló vagy lassabban melegedő időszakokkal.

Ennek egyik legfontosabb példája az ETCW:

  • kezdete körülbelül az 1890-es évekre tehető;

  • legerőteljesebb szakasza a 20. század első négy évtizedére esett;

  • az 1940-es években tetőzött;

  • ezt az 1970-es évekig egy lassú vagy szinte teljesen megálló globális melegedési szakasz követte.

A szerzők azért tartják fontosnak az ETCW vizsgálatát, mert ez segít megérteni, hogyan adódik össze:

  • a hosszú távú külső éghajlati kényszer;

  • az emberi eredetű melegítő hatás;

  • a természetes külső kényszerek;

  • az óceán–légkör rendszer belső, évtizedes változékonysága.

Az 1916–1945 közötti globális hőmérsékleti trend egyes korai attribúciós vizsgálatok szerint már nagyobb volt annál, amit pusztán a modellezett belső éghajlati változékonyságtól várnánk. Ezért az ETCW nem kezelhető egyszerűen véletlenszerű természetes kilengésként.

A felmelegedésbe több rendkívüli regionális esemény is beágyazódott:

  • az indiai monszun sorozatos gyengesége és összeomlása a századforduló környékén;

  • az Északi-sarkvidék gyors felmelegedése az 1920-as és 1930-as években;

  • az észak-amerikai Dust Bowl aszályai és hőhullámai;

  • az 1940–1942-es rendkívül hideg európai telek;

  • az 1937–1945-ös ausztráliai aszály;

  • az 1940-es évek közepi és végi európai szárazságok és hőhullámok.

Ezeket korábban rendszerint külön-külön vizsgálták, a cikk azonban megpróbálja őket ugyanannak a nagyobb éghajlati időszaknak a részeként értelmezni.

A korszak felmelegedése már kortárs tudósok figyelmét is felkeltette. Guy Stewart Callendar 1938-ban kifejezetten az emelkedő légköri szén-dioxid-koncentrációval hozta összefüggésbe a megfigyelt melegedést. Ez azonban akkor még nem jelentett lezárt tudományos magyarázatot.

Az ETCW utáni, körülbelül 1940–1970 közötti stagnálásban a cikk szerint valószínűleg két tényező működött együtt:

  1. az ipari aeroszolok növekvő hűtőhatása;

  2. a belső éghajlati változékonyság kedvezőtlenebb fázisa.

A szerzők hangsúlyozzák, hogy a 20. század első felére vonatkozó megfigyelések sokkal bizonytalanabbak, mint az újabb adatok. Különösen az óceánokról, az Északi-sarkvidékről és a déli féltekéről kevés mérés áll rendelkezésre. (ResearchGate)

2. A megfigyelt nagyléptékű változások

A felhasznált adatok

A korszak éghajlatáról szóló ismeretek főként a következőkből származnak:

  • szárazföldi meteorológiai állomások;

  • hajókról végzett tengeri megfigyelések;

  • tengerfelszíni hőmérsékleti mérések;

  • tengeri jégre vonatkozó feljegyzések;

  • közvetett, úgynevezett proxyadatok;

  • újabban digitalizált történelmi megfigyelések;

  • éghajlati rekonstrukciók és reanalízisek.

A két világháború jelentősen rontotta a megfigyelési hálózat térbeli és időbeli folyamatosságát. Az óceáni adatok különösen hiányosak. A tengerfelszíni hőmérsékleteket ráadásul különböző hajózási flották eltérő módszerekkel mérték, ami mesterséges ugrásokat vagy torzulásokat okozhatott.

A korai szárazföldi hőmérsékleti adatokban is lehetnek hibák. A szabványos Stevenson-féle hőmérőház széles körű elterjedése előtti nyári mérések például helyenként túl magas értékeket adhattak.

A szerzők szerint az adatok feldolgozásának vagy rácshálózatra vetítésének módszere kevésbé jelentős bizonytalanság, mert a különböző statisztikai eljárások nagyjából hasonló globális átlaghőmérsékleti görbéket eredményeznek.

A globális hőmérsékleti kép

A különböző mérési sorok és proxyrekonstrukciók egyaránt azt mutatják, hogy a 20. század első felében valós, globális léptékű melegedés történt.

A hosszabb idősorban három fő szakasz látható:

  • gyorsuló melegedés körülbelül 1900 és az 1940-es évek között;

  • stagnálás vagy enyhe lehűlés az 1940-es évektől az 1970-es évekig;

  • újabb, erős melegedés az 1970-es évektől a 2000-es évekig.

Az ETCW kiindulópontja különösen érdekes: a 20. század első évtizedében szokatlanul hideg állapot jelent meg, főként a tengerfelszíni hőmérsékletekben. Ez azt jelenti, hogy az ETCW meredek trendjének egy része abból származik, hogy a felmelegedés egy rendkívül hideg kezdőállapotból indult.

A pontos kezdő- és csúcshőmérséklet bizonytalan, de maga a nagyléptékű melegedés a szerzők szerint robusztus, és független proxyrekonstrukciók is alátámasztják. (ResearchGate)

A felmelegedés térbeli mintázata

Az ETCW nem egyenletes globális melegedésként jelent meg. A legerősebb melegedést a következő térségekben figyelték meg:

  • az észak-atlanti térségben;

  • Európa magasabb szélességein;

  • az Északi-sarkvidéken;

  • Kanada területén;

  • a Csendes-óceán északi részén;

  • az Atlanti-óceán közepes szélességein, trópusi térségében és északi részén.

Ezzel szemben Eurázsia egyes részein gyenge változás vagy akár lehűlés látható.

Ez a mintázat különbözik a teljes 20. század melegedési mintázatától. A későbbi, erősebben üvegházgáz-vezérelt felmelegedésre inkább jellemző:

  • a szárazföldek óceánoknál erősebb melegedése;

  • a kiterjedtebb globális melegedés;

  • az északi-sarkvidéki felerősödés.

Az ETCW-ben ezzel szemben különösen feltűnő az Atlanti-óceán és a magas északi szélességek szerepe. Ez arra utal, hogy a külső kényszerek mellett az óceáni és légköri változékonyság is erőteljesen formálta a regionális mintázatot.

Csapadék

A korai 20. századi csapadékváltozások sokkal bizonytalanabbak, mint a hőmérsékletiek. A kevés adat alapján néhány, a melegedéssel elvileg összhangban álló változás sejthető:

  • növekvő csapadék az intertrópusi konvergenciazóna, az ITCZ egyes részein;

  • növekvő csapadék az északi magas szélességeken;

  • csökkenő csapadék a külső trópusi és bizonyos szubtrópusi térségekben.

Ezek azonban nem tekinthetők olyan biztos megállapításnak, mint a globális hőmérséklet emelkedése.

Északi-sarkvidéki tengeri jég

Az ETCW egyben jelentős északi-sarkvidéki tengeri jég-visszahúzódási időszak is volt. A korai adatsorok gyakran átlagos jégviszonyokkal töltötték ki a megfigyelés nélküli területeket, ezért valószínűleg alábecsülték a tényleges jégcsökkenést.

Újabb történelmi jégtérképek feldolgozása szerint 1940 körül tavasszal és kora nyáron számottevő tengeri jégcsökkenés történt. A klímamodellek általában gyengébb jégvisszahúzódást mutatnak ugyanebben az időszakban. Ez azt valószínűsíti, hogy a külső kényszerek mellett jelentős belső változékonyság erősítette fel az északi-sarkvidéki eseményt.

A szerzők ezt a korai jégcsökkenést fontos történelmi összehasonlítási alapnak tekintik a modern sarkvidéki változások értékeléséhez. (ResearchGate)

3. Az ETCW okai és mechanizmusai

A globális hőmérséklet több évtizedes emelkedéséhez a Föld energiamérlegének megváltozása szükséges. A szerzők a következő lehetséges okokat vizsgálják:

  • üvegházhatású gázok növekedése;

  • naptevékenység változása;

  • vulkáni aeroszolok változása;

  • emberi eredetű troposzférikus aeroszolok;

  • felhőzetváltozás;

  • óceáni hőfelszabadulás;

  • az óceán–légkör rendszer belső változékonysága.

Üvegházhatású gázok

A légköri CO₂-koncentráció az ipari forradalom kezdete óta emelkedett, és a 20. század első felében is folytatta növekedését.

A CO₂ sugárzási kényszere a koncentráció logaritmusával arányos. Emiatt a viszonylag alacsonyabb kiinduló koncentráció mellett bekövetkező korai növekedés éghajlati hatása nem elhanyagolható. A tanulmányok már 1900 körül is kimutatható üvegházgáz-eredetű melegedést jeleznek a félgömbi hőmérsékleti rekonstrukciókban.

A cikk tehát egyértelműen elutasítja azt az elképzelést, hogy a 20. század elején az emberi eredetű üvegházhatás még túl gyenge lett volna ahhoz, hogy számítson.

Antropogén aeroszolok

A fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó aeroszolok egy része visszaveri a napsugárzást és módosítja a felhőket, ezért összességében hűtőhatású.

A szerzők szerint az aeroszolok már az ETCW alatt is jelentős hűtőhatást fejthettek ki, és önmagukban számottevő lehűlést kellett volna okozniuk. Emiatt az üvegházhatású gázok melegítő hatásának egy részét már a 20. század első felében is elfedhették.

Az aeroszolkényszer nagysága azonban a korai időszak egyik legnagyobb bizonytalansága. Ez az ETCW és az azt követő századközepi stagnálás attribúcióját is megnehezíti.

Vulkáni tevékenység

A 19. században több nagy trópusi vulkánkitörés történt, köztük:

  • Tambora, 1815;

  • Krakatau, 1883.

Ezek sztratoszférikus aeroszolokat juttattak a légkörbe, és átmeneti globális lehűlést okoztak.

A Santa María 1902-es és a Katmai 1912-es kitörése után egészen az Agung 1963–1964-es kitöréséig viszonylag ritkák voltak a nagy, éghajlatilag jelentős trópusi kitörések.

Ez nem külön „vulkáni melegítést” jelentett. A mechanizmus az volt, hogy a gyakori vulkáni hűtés megszűnt vagy mérséklődött, és az éghajlat visszatérhetett egy kevésbé lehűtött állapotba. A szerzők ezt pozitív természetes kényszerként, illetve a vulkáni hűtésből való kilábalásként értelmezik.

A 19. századi felmelegedés egy része is az erősen vulkanikus korábbi időszak utáni helyreállással függhetett össze.

Naptevékenység

A teljes napsugárzás körülbelül 1900 után enyhén növekedhetett, az úgynevezett Gleissberg-minimumot követően.

A cikk ábrájában szereplő változás körülbelül 0,25 W/m² sugárzási kényszert jelent, de a szerzők hangsúlyozzák, hogy ez inkább a magasabb becslések közé tartozik.

A több évszázados hőmérsékleti rekonstrukciók attribúciós vizsgálatai alapján:

  • a naptevékenység félgömbi vagy globális hatása valószínűleg kicsi volt;

  • regionális és évszakos légköri cirkulációs hatásai azonban lehettek;

  • ezért például egyes európai téli anomáliákhoz hozzájárulhatott.

A naptevékenység tehát nem tekinthető az ETCW fő globális magyarázatának.

AMO/AMV és atlanti változékonyság

Az ETCW idején erős atlanti-óceáni meleg anomália jelentkezett. Ezt gyakran az atlanti multidekadális oszcillációval, illetve tágabb értelemben az atlanti multidekadális változékonysággal hozzák kapcsolatba.

Az AMO általában az észak-atlanti medence több évtizedre simított tengerfelszíni hőmérsékleti változását jelenti. Fizikai eredete azonban vitatott.

A lehetséges magyarázatok:

  • az atlanti meridionális átbukó cirkuláció, az AMOC változása;

  • a légkör által hajtott tengerfelszíni hőmérsékleti változás;

  • kölcsönösen kapcsolt óceán–légkör oszcilláció;

  • külső kényszerek, köztük vulkáni, nap- vagy aeroszolhatások.

Ez lényeges attribúciós probléma: ha az AMO részben külső kényszerek következménye, akkor nem lehet teljes egészében „természetes belső ciklusként” levonni az antropogén vagy természetes külső hatásokból.

PDO és csendes-óceáni változékonyság

A Csendes-óceán évtizedes oszcillációja, a PDO szintén szerepet játszhatott. Ez az északi Csendes-óceán tengerfelszíni hőmérsékleti mintázatának vezető módusa, és szorosan összefügg az ENSO évtizedes viselkedésével.

Az AMO és a PDO mutatója egyaránt emelkedett az ETCW során, és magas értéken maradt az 1940-es évek elejéig. Az AMO különösen gyorsan emelkedett az 1920-as években, körülbelül 1930-ban tetőzött, majd az 1940-es években is magas maradt.

A rövid és hiányos megfigyelési sor miatt azonban puszta együttjárásból nem lehet megállapítani:

  • hogy ezek a módusok okozták-e a melegedést;

  • hogy maguk is külső kényszerekre reagáltak-e;

  • vagy hogy a felmelegedés, az óceán és a légkör kölcsönösen erősítette egymást.

Mindkettő hozzájárulhatott regionális eseményekhez, például az 1930-as évek amerikai aszályához. (ResearchGate)

4. A 20. század eleji felmelegedés attribúciója

Az attribúció célja annak meghatározása, hogy a megfigyelt változás mekkora része tulajdonítható:

  • üvegházhatású gázoknak;

  • egyéb emberi hatásoknak, főként aeroszoloknak;

  • természetes külső kényszereknek;

  • belső éghajlati változékonyságnak.

Az alkalmazott módszer

A modellek különböző kényszerekre adott térbeli és időbeli válaszai jellegzetes mintázatokat, úgynevezett ujjlenyomatokat hoznak létre.

Az attribúciós elemzés azt vizsgálja, hogy a megfigyelt éghajlati változás milyen kombinációban egyeztethető össze:

  • az üvegházhatású gázok ujjlenyomatával;

  • az aeroszolok és más emberi hatások ujjlenyomatával;

  • a természetes, főként vulkáni és napkényszerek ujjlenyomatával;

  • a modellekben előforduló belső változékonysággal.

A tanulmányban bemutatott elemzés az 1863–2012 közötti teljes műszeres időszakot használja, nem csupán az ETCW néhány évtizedét. Ez javítja a különböző jellegű kényszerek elkülöníthetőségét.

A legfontosabb eredmény

A szerzők összegzése szerint az 1901–1950 közötti globális felmelegedés körülbelül 40–54%-a tekinthető külső kényszerek által hajtottnak.

Ez a „külső kényszer” nem azonos kizárólag az emberi hatással. A becsült kényszerített rész több összetevő eredője:

  • jelentős melegítés az üvegházhatású gázoktól;

  • további természetes melegítő hozzájárulás, főként a nagy vulkánkitörések ritkulásából;

  • ezekkel ellentétes, hűtő hatás az emberi eredetű aeroszoloktól.

A fennmaradó melegedés jelentős része belső éghajlati változékonysággal magyarázható.

Mit jelent a fennmaradó, „reziduális” melegedés?

Miután a modellezett külső kényszerek becsült hatását levonják a megfigyelésekből, pozitív maradék trend marad.

Ez azonban:

  • nem rendkívüli a klímamodellek 50 éves belső változékonysági trendjeihez képest;

  • nem bizonyít egy ismeretlen külső melegítő tényezőt;

  • részben adatmintavételi torzításból is származhat.

A korai megfigyelések erősen az atlanti térség felé torzultak, éppen ott, ahol az ETCW melegedése különösen nagy volt. Emiatt a hiányosan megfigyelt „globális” átlag túlhangsúlyozhatja az atlanti melegedést.

Egy proxyalapú, térben kiegyenlítettebb globális rekonstrukcióban a külső kényszerekkel meg nem magyarázott maradék melegedés kisebb.

Az attribúció korlátai

A cikk nem állítja, hogy pontosan ismert a természetes és emberi hozzájárulás aránya. A fő bizonytalanságok:

  • korlátozott földrajzi adatsűrűség;

  • tengerfelszíni hőmérsékleti hibák;

  • ismeretlen óceáni belső állapot;

  • bizonytalan aeroszolkényszer;

  • az AMO/AMV és más óceáni módusok eredetének bizonytalansága;

  • a modellezett belső évtizedes változékonyság pontossága.

A helyes értelmezés tehát nem az, hogy „az ETCW fele emberi, fele természetes”. Pontosabban:

A felmelegedés körülbelül felét külső kényszerek – köztük emberi és természetes hatások – magyarázzák, miközben a belső változékonyság is jelentős szerepet játszott.

(ResearchGate)

5. Az éghajlati változékonyság és a tengerfelszíni hőmérsékletek szerepe

Miután a modellek átlagos, külső kényszerekre adott válaszát levonják a megfigyelésekből, jelentős változékonyság marad a trópusokon és a mérsékelt, illetve magas szélességeken egyaránt.

A szokatlanul hideg kiindulóállapot

Az ETCW a 20. század első évtizedének rendkívül hideg állapotából indult.

A hideg anomáliák:

  1. kezdetben a Dél-Atlanti-óceánon és a déli féltekén jelentek meg;

  2. később más óceáni térségekre is átterjedtek;

  3. az Atlanti- és a Csendes-óceánon egyaránt kimutathatók voltak;

  4. ezt követően erős északi félgömbi, főként magas szélességi melegedés indult.

Ez azért lényeges, mert az ETCW meredek trendje részben egy hideg kilengésből történő visszamelegedést tükrözhetett.

A trópusi Csendes-óceán lehetséges „pacemaker” szerepe

Egy hipotézis szerint a PDO meleg fázisa és a gyengülő csendes-óceáni passzátszelek indíthatták el vagy gyorsíthatták fel az ETCW-t.

A trópusi csendes-óceáni tengerfelszíni hőmérsékletek az évtizedes globális hőmérsékletváltozások „ütemadójaként” viselkedhetnek:

  • bizonyos állapotokban több hő kerülhet a mélyebb óceánba, lassítva a felszíni melegedést;

  • más állapotokban kevesebb hő nyelődik el, vagy több kerül vissza a felszín közelébe, gyorsítva a melegedést.

A korai 20. századra azonban nem állnak rendelkezésre megfelelő óceánbelső mérések. Az Indo–csendes-óceáni térség és a Déli-óceán felszíni adatai is rendkívül hiányosak. Ezért nem lehet pontosan követni, hogy melyik óceáni medence mennyi hőt vett fel vagy adott le.

Az Atlanti-óceán és a légkör közötti oksági probléma

Nem tisztázott, hogy:

  • a meleg Atlanti-óceán változtatta-e meg a légköri cirkulációt és melegítette az Északi-sarkvidéket;

  • vagy a légköri cirkuláció melegítette-e fel az Atlanti-óceán felszínét;

  • esetleg kölcsönösen kapcsolt folyamatról volt szó.

Az utóbbi lehetőség valószínű, mert a légköri szélmezőkkel hajtott óceánmodellek képesek reprodukálni az észak-atlanti korabeli anomáliák több tulajdonságát, például a sótartalom változásait.

Az Északi-sarkvidék melegítése

Az északi-sarkvidéki melegedés reprodukálásához a modellekben általában mindkét óceáni térségre szükség van:

  • az Atlanti-óceán meleg anomáliáira;

  • a Csendes-óceán északi részének anomáliáira.

A csendes-óceáni oldalon az Aleut-mélynyomás változása segíthette a meleg levegő és hő észak felé szállítását, különösen az 1910-es és 1920-as években.

Az északi-sarkvidéki és északi félgömbi melegedés vissza is hatott a légkörre: az ITCZ és az északi Hadley-cirkuláció egésze északabbra tolódott.

A fejezet fő megállapítása, hogy az óceáni anomáliák kulcsfontosságúak voltak, de nem lehet egyetlen medencét vagy egyetlen oszcillációt az ETCW kizárólagos motorjaként megnevezni. (ResearchGate)

6. A légköri cirkuláció változásai

A szerzők történelmi reanalíziseket és tengerfelszíni hőmérséklettel meghajtott légköri modelleket hasonlítanak össze.

A vizsgált fő cirkulációs rendszerek:

  • Hadley-cella;

  • Walker-cirkuláció;

  • indiai monszun;

  • észak-atlanti oszcilláció, NAO;

  • sarkvidéki dipólus;

  • csendes-óceáni–észak-amerikai mintázat, PNA.

Ha egy csak megfigyelt tengerfelszíni hőmérséklettel meghajtott légköri modell reprodukál egy cirkulációs változást, az azt valószínűsíti, hogy abban az SST-k fontos kényszerítő szerepet játszottak.

Hadley-cirkuláció

Az északi félgömb téli Hadley-cellája az 1920-as évektől az 1950-es évekig valószínűleg gyengült.

Az északi trópusi öv:

  • az 1940-es évek elejéig észak felé tolódott;

  • később az 1980-as évekig visszatolódott az Egyenlítő irányába;

  • majd ismét kisebb északi elmozdulás következett.

Az északi eltolódás összhangban áll azzal, hogy az ETCW idején az északi félteke gyorsabban melegedett, mint a déli félteke.

Walker-cirkuláció és ENSO

A csendes-óceáni Walker-cirkuláció szorosan kapcsolódik az ENSO-hoz. Ebben az esetben az évről évre történő változás erősebb, mint a több évtizedes trend.

Különösen erősen megjelent:

  • az 1918–1919-es El Niño;

  • az 1939–1942-es hosszan tartó El Niño.

Proxyadatok a középső egyenlítői Csendes-óceán passzátszeleinek 1910-es évekbeli gyengülésére is utalnak, ami a Walker-cirkuláció gyengülésének felelne meg.

Indiai monszun

A rekonstruált dinamikus indiai monszunindex az 1880-as években viszonylag erős volt, majd körülbelül 1900–1915 között markáns minimumba került.

Ez egybeesik:

  • az indiai nyári monszuncsapadék minimumával;

  • a súlyos és rendkívüli aszályokkal;

  • az ETCW hideg kezdeti szakaszával.

Észak-atlanti oszcilláció

A NAO index az 1920-as évek közepéig magas volt, majd az 1960-as évekig csökkent.

A csökkenő NAO az ETCW későbbi részében gyengítette az észak-atlanti téli cirkulációt. Ez nem erősítette, hanem inkább kissé ellensúlyozta volna az európai téli melegedést.

Ez fontos negatív eredmény: az ETCW nem magyarázható egyszerűen egy tartósan pozitív NAO-val.

A tengerfelszíni hőmérséklettel meghajtott modellek nem reprodukálják jól a NAO hosszú távú változását, ami arra utal, hogy annak alacsony frekvenciájú változékonysága nagyrészt belső légköri eredetű lehetett.

Sarkvidéki dipólus és PNA

A sarkvidéki dipólus indexe az 1910-es évek végétől az 1940-es évekig jelentősen változott.

A korszak egy részében:

  • Eurázsia felett pozitív légnyomási anomáliák;

  • Észak-Amerika felett negatív anomáliák

alakultak ki. Ez déli eredetű, melegebb levegőt juttathatott az európai Északi-sarkvidékre.

Az 1930-as években egy negatív PNA-szerű mintázat segítette a meleg levegő észak felé történő szállítását a Csendes-óceán északnyugati része fölött. Az 1940-es évek elején ezt erős pozitív PNA-fázis követte, amely Nyugat-Kanada és Alaszka felé szállított meleg levegőt.

A fejezet végkövetkeztetése

Az ETCW alatt jelentős évenkénti és évtizedes légköri cirkulációs változékonyság történt. Ezek a változások fontosak voltak:

  • az Északi-sarkvidék felmelegedésében;

  • a regionális hőmérsékleti anomáliákban;

  • a monszunban;

  • a szélsőséges időjárási események kialakulásában.

Ugyanakkor egyik cirkulációs index sem magyarázza az ETCW teljes, globális léptékű felmelegedését. A cirkulációs anomáliák főként regionális és időszakos erősítő vagy gyengítő szerepet játszottak. (ResearchGate)

7. Szélsőséges időjárási és éghajlati események

A fejezet hat nagy regionális éghajlati anomáliát mutat be időrendi sorrendben.

A szerzők hangsúlyozzák, hogy egy szélsőséges esemény rendszerint konkrét időjárási helyzetekből és helyi folyamatokból alakul ki. A nagyléptékű éghajlati állapot azonban megváltoztathatja annak valószínűségét, tartósságát és erősségét.

A korai események vizsgálata három szempontból fontos:

  1. teszteli, hogy helyesen értjük-e az éghajlati mechanizmusokat;

  2. megmutatja, hogy a modellek képesek-e hasonló szélsőségeket előállítani;

  3. történelmi példákat ad a társadalmi és környezeti következményekre.

7.1. A gyenge indiai monszun az 1890-es–1910-es években

Az indiai nyári monszun csapadéka az 1890-es évektől az 1910-es évekig többnyire átlag alatti volt.

Kiemelt események:

  • 1899: a monszun teljes összeomlása, rendkívüli aszály és pusztító éhínség;

  • 1902: súlyos aszály;

  • 1905: újabb súlyos aszály;

  • 1918: ismét teljes monszunkudarc;

  • 1920: súlyos aszály.

A válságok közvetlen tudománytörténeti következménye volt, hogy az Indiai Meteorológiai Szolgálat vezetője, John Eliot megbízta Gilbert Walkert a monszun változékonyságának vizsgálatával és lehetőség szerinti előrejelzésével. Walker munkája később az ENSO és a Walker-cirkuláció felismeréséhez vezető kutatások alapjává vált.

A monszunra több óceáni térség hat:

  • Atlanti-óceán;

  • trópusi Csendes-óceán;

  • Indiai-óceán;

  • ENSO;

  • AMO;

  • PDO;

  • indiai-óceáni dipólus.

A modellekben a tartós monszunkudarcok gyakran negatív AMO-val és egyidejű pozitív PDO-val járnak együtt.

A negatív AMO hűvösebb Atlanti–eurázsiai állapotot, megváltozott hőmérsékleti gradienst és gyengébb dél-ázsiai monszuncirkulációt eredményezhet. Bizonyos El Niño-típusok, különösen amikor a legerősebb meleg anomália a dátumválasztó vonal közelében alakul ki, szintén gyenge indiai monszunnal járhatnak.

Az 1900 körüli monszunkudarc egybeesett:

  • az AMO negatív fázisával;

  • valószínűleg gyengén pozitív PDO-val;

  • az Indiai-óceán szubtrópusi dipólusának pozitív fázisával;

  • azzal a hideg atlanti–eurázsiai állapottal, amelyből később az ETCW kibontakozott.

A szerzők azonban nem állítanak egyetlen kizárólagos okot, mert az ENSO és a monszun kapcsolata maga is változó. (ResearchGate)

7.2. Az Északi-sarkvidék felmelegedése az 1910-es évektől az 1940-es évekig

1918 után hirtelen és erőteljes melegedés kezdődött az észak-atlanti–sarkvidéki térségben.

Spitzbergákon az 1919–1924 közötti átlaghőmérséklet körülbelül 3 °C-kal magasabb volt, mint az 1913–1918 közötti átlag. A változás lépcsőszerűen történt.

A kortárs kutatók megvizsgálták:

  • a műszerek esetleges megváltozását;

  • az állomások környezetének változását;

  • a mérési gyakorlat hibáit.

Nem találtak olyan mesterséges okot, amely megmagyarázta volna az ugrást. A modern homogenizálás sem tüntette el azt.

A felmelegedés tengeri jégcsökkenéssel járt együtt.

Érdekes különbség a modern sarkvidéki melegedéshez képest, hogy az 1920-as évek európai sarkvidéki melegedése a ritkás magaslégköri adatokban körülbelül 700 hPa magasságban különösen erősen jelent meg, nem kizárólag a felszín közelében.

A melegedés az 1940–1942 közötti megszakítást leszámítva az 1940-es évek végéig folytatódott, majd gyors lehűlés következett.

A lehetséges mechanizmusok:

  • meleg észak-atlanti tengerfelszíni hőmérséklet;

  • észak-csendes-óceáni hatás;

  • déli légáramlás a sarkvidék felé;

  • atlanti légnyomási dipólus;

  • Aleut-mélynyomás és PNA-változások;

  • tengeri jég visszahúzódásának visszacsatolása;

  • hóra és jégre kerülő fekete szén;

  • belső kapcsolt óceán–légkör változékonyság.

Jégfuratminták aeroszoljai is alátámasztják a megváltozott légszállítást. A Spitzbergákon az 1930-as évek szulfátcsúcsai arra utalnak, hogy több szennyezett levegő érkezett Közép- és Nyugat-Európából. Grönlandon az 1910-es–1930-as években megnövekedett feketeszén-szállítás nyomai jelentek meg, valószínűleg észak-amerikai forrásból.

A kapcsolt modellek szerint a sarkvidéki felmelegedés nagy része létrejöhet belső változékonyságból. Ugyanakkor egy kisebb rész külső, különösen antropogén kényszerekhez is kapcsolható.

A szerzők értelmezése szerint:

  • a belső változékonyság volt a rendkívüli regionális felmelegedés fő erősítője;

  • az emberi eredetű melegedés már jelen volt a háttérben;

  • a tengeri jég és az aeroszolokkal sötétített hó további pozitív visszacsatolást okozhatott.

(ResearchGate)

7.3. Az 1930-as évek Dust Bowl aszályai és hőhullámai

Az 1930-as években az Egyesült Államok középső területein és Kanada déli részén egy évtizedes léptékű aszály alakult ki.

A csapadékhiány:

  • lefedte az Egyesült Államok központi övezetét;

  • elérte a kanadai prérit;

  • kiterjedt a Csendes-óceán északnyugati térségére is.

A szárazság és az erős szél hatalmas porviharokat okozott. A termőföldek pusztulása a gazdasági világválsággal együtt tömeges elvándorláshoz vezetett.

Az óceáni háttér

Az SST-kkel meghajtott légköri modellek általában képesek aszályt létrehozni az Egyesült Államok déli vagy középső területein, bár annak pontos helyét és intenzitását nem mindig reprodukálják.

A korabeli óceáni mintázat fő jellemzői:

  • viszonylag hűvös trópusi és északi Csendes-óceán;

  • meleg trópusi és északi Atlanti-óceán.

Ez a kombináció hozzájárulhatott:

  • a Great Plains térségébe irányuló nedves déli légáramlás gyengüléséhez;

  • az alsó légköri jet gyengüléséhez;

  • egy tartós középtroposzférikus magasnyomású gerinc kialakulásához;

  • a csapadékot gátló cirkuláció fennmaradásához.

A földfelszín és az emberi földhasználat szerepe

Az óceáni hőmérsékletek önmagukban nem magyarázzák az esemény súlyosságát.

Amikor a modellek nem tartalmaznak megfelelő földfelszíni visszacsatolást, az aszály túl gyenge marad. A lepusztult növényzet, a fedetlen talaj és a por hozzáadásával a modellezett esemény sokkal valósághűbbé válik.

A visszacsatolási lánc:

  1. a csapadék csökken;

  2. kiszárad a talaj;

  3. csökken a párolgás;

  4. kevesebb párolgási hűtés történik;

  5. nő a felszíni hőmérséklet;

  6. tovább csökkenhet a csapadékképződés;

  7. a por elnyeli vagy módosítja a sugárzást, és stabilizálhatja a légkört;

  8. az aszály és a hőség tovább erősödik.

A korábbi földhasználati változások és a sérülékeny mezőgazdasági talajok tehát nem feltétlenül indították el az aszályt, de súlyosan felerősítették annak hatását.

Hőhullámok

Az aszályt szélsőséges hőhullámok kísérték. Különösen 1934 és 1936 nyara volt rendkívüli. A cikk megjelenésekor e hőmérsékleti rekordok egy része még mindig fennállt.

A mérésekben mind a nappali maximumok, mind az éjszakai minimumok rendkívül magasak voltak, ezért a szerzők szerint az esemény nem magyarázható egyszerű mérési hibával vagy a műszerek elhelyezésével.

Az 1930-as évek hőhullámai gyakoribbak és intenzívebbek voltak, mint az 1950-es évek szintén aszályos időszakában.

A döntő előfeltétel sok esetben a száraz tavasz volt. A száraz tavaszt követő nyári hőhullámok:

  • korábban kezdődnek;

  • forróbbak;

  • gyakoribbak;

  • tartósabbak lehetnek.

A szerzők szerint a hasonló események jövőbeli kockázatának megértéséhez egyszerre kell számszerűsíteni:

  • az SST-k szerepét;

  • a véletlenszerű légköri változékonyságot;

  • a talajnedvesség visszacsatolását;

  • a földhasználatot;

  • az antropogén globális melegedést.

(ResearchGate)

7.4. Az 1939–1942-es El Niño globális anomáliái

A Dust Bowl időszaka egy erős, 1939–1940-ben kezdődő El Niño kialakulásával ért véget. El Niño-jellegű állapotok körülbelül három évig fennmaradtak.

Az esemény idején több, egymástól távoli anomália jelentkezett:

  • rendkívül hideg telek Európában;

  • meleg telek Alaszkában;

  • nedves tavaszok Közép-Európában;

  • súlyos szárazság Ausztráliában;

  • meleg anomália Nyugat-Antarktiszon;

  • rendkívül magas teljes ózonmennyiség Európa, az Északi-sarkvidék, Észak-Amerika és Kelet-Ázsia fölött.

A hosszú El Niño és a negatív NAO együttesen hozzájárulhatott ezekhez az eseményekhez.

A lehetséges légköri lánc:

  1. az El Niño megváltoztatta a csendes-óceáni és észak-amerikai cirkulációt;

  2. növekedett a bolygóléptékű hullámtevékenység;

  3. gyengült a sztratoszférikus poláris örvény;

  4. fokozódott az ózon sarkok felé történő szállítása;

  5. nőtt a hideg európai téli helyzetek valószínűsége.

A második világháború miatt ebben az időszakban különösen bizonytalanok a megfigyelések. A mérési hálózatok és a tengeri mérési módszerek is megváltoztak.

Ennek ellenére újabb, felszíni és magaslégköri adatokat egyaránt felhasználó reanalízisek megerősítették a fontosabb cirkulációs anomáliákat.

Az SST-kkel meghajtott modellek több jelenséget reprodukálnak, például:

  • a délre tolódott, erős Hadley-cellát;

  • a pozitív PNA-mintázatot;

  • az európai hideg telek fokozott valószínűségét.

A modellezett európai lehűlés azonban gyengébb a megfigyeltnél. Ez arra utal, hogy az El Niño által létrehozott háttérhelyzetet jelentős, részben véletlenszerű belső légköri változékonyság erősítette rendkívüli hideggé. (ResearchGate)

7.5. A második világháború időszakának ausztráliai aszálya

Ausztráliában 1937-ben kezdődött a száraz időszak, amely a következő években fokozódott.

1939 januárjában rendkívüli hőhullámok és bozóttüzek sújtották Kelet-Ausztráliát. Ezeket „Black Friday” tüzekként ismerik.

Az aszály:

  • 1937-ben kezdődött;

  • az 1939–1942-es El Niño alatt súlyosbodott;

  • egészen 1945-ig tartott.

Az ausztráliai csapadékot egyszerre befolyásolja:

  • ENSO;

  • PDO vagy csendes-óceáni évtizedes változékonyság;

  • indiai-óceáni dipólus;

  • déli annularis módus, SAM.

Az 1939–1942-es El Niño valószínűleg súlyosbította az aszályt, de nem magyarázza teljes egészében, mert a szárazság La Niña-jellegű állapotban kezdődött és ért véget.

A La Niña normálisan inkább nedvesebb ausztráliai körülményeknek kedvezne, de ezt ellensúlyozhatta:

  • a pozitív PDO;

  • a pozitív SAM;

  • az Ausztráliától északnyugatra kialakult hűvös tengerfelszín;

  • a pozitív indiai-óceáni dipólushoz hasonló állapot.

A pozitív SAM délebbre tolhatja a téli csapadékot szállító hidegfrontokat, így Délkelet-Ausztrália szárazabbá válik.

Az északnyugat-ausztráliai hideg tengervíz pedig csökkenthette a trópusi nedvesség délkelet felé történő szállítását.

A tanulmány tanulsága, hogy az aszályt nem egyetlen ENSO-esemény, hanem több óceáni és légköri módus különleges időbeli együttállása alakította ki. (ResearchGate)

7.6. Európai aszályok, forró nyarak és hideg telek az 1940-es években

Az ETCW végét Közép- és Dél-Európában súlyos szárazságok jellemezték. Különösen 1945 és 1947 volt jelentős.

A társadalmi hatásokat fokozta, hogy az európai gazdaságok és az élelmiszer-ellátás még nem álltak helyre a második világháború után.

Az aszályok egybeestek az AMO pozitív fázisának csúcsával. SST-kkel meghajtott modellek képesek reprodukálni:

  • az európai hőmérséklet és csapadék több évtizedes változásának egy részét;

  • a dél-közép-európai csapadék csökkenésére való hajlamot;

  • az 1940-es évek gyakoribb nyári anticiklonális helyzeteit.

A meleg Atlanti-óceán és az északra tolódott Hadley-cirkuláció hozzájárulhatott ahhoz, hogy Közép-Európa gyakrabban kerüljön tartós magasnyomás alá.

Az anticiklonális nyári időjárás:

  • csökkentette a csapadékot;

  • növelte a napsugárzást;

  • kiszárította a talajt;

  • elősegítette a hőhullámokat.

Az 1947-es hőhullám Svájcban olyan rekordokat állított fel, amelyeket csak 2003-ban múltak felül.

Ugyanakkor az 1940-es évek elején Európában rendkívül hideg telek is előfordultak. Ezek a magas atlanti–európai légnyomással, negatív NAO-val és a hideg légtömegek megfelelő elrendeződésével függtek össze.

Ez jól mutatja, hogy:

a magas globális vagy félgömbi átlaghőmérséklet nem zárja ki a rendkívül hideg regionális teleket.

Az ETCW az 1940-es években lezárult. Ezt követően:

  • a Hadley-cella északi pereme visszatolódott az Egyenlítő felé;

  • az északi félteke lehűlt;

  • az Északi-sarkvidék lehűlt;

  • a déli félteke közben tovább melegedett;

  • az északi félgömbi hűvösebb szakasz az 1970-es évek végéig tartott.

A századközepi lehűlésben vagy stagnálásban valószínűleg az antropogén aeroszolok és a belső változékonyság egyaránt szerepet játszottak. (ResearchGate)

8. Következtetések

A régi megfigyelések digitalizálása, a történelmi reanalízisek és a nagy klímamodell-együttesek jelentősen javították a 20. század eleji éghajlat megértését.

Az ETCW legfontosabb regionális eseményei:

  • gyenge indiai monszun és súlyos aszályok a századforduló körül;

  • gyors északi-sarkvidéki felmelegedés 1918 után;

  • tengeri jég visszahúzódása;

  • Dust Bowl aszályok és hőhullámok az 1930-as években;

  • az 1939–1942-es tartós El Niño globális hatásai;

  • ausztráliai aszály 1937–1945 között;

  • hideg európai telek a második világháború idején;

  • európai szárazságok és forró nyarak az 1940-es évek közepén és végén.

A globális felmelegedés fő összetevői:

1. Üvegházhatású gázok növekedése

Már a 20. század első felében kimutatható, jelentős melegítő hatást fejtett ki.

2. A nagy vulkánkitörések ritkulása

A 19. század vulkanikusan aktívabb időszakához képest csökkent a sztratoszférikus aeroszolok okozta hűtés, ezért az éghajlat melegebb állapot felé térhetett vissza.

3. Antropogén aeroszolok

Ellensúlyozták az üvegházgáz-melegedés egy részét, később pedig valószínűleg jelentősen hozzájárultak a századközepi stagnáláshoz vagy lehűléshez.

4. Belső évtizedes változékonyság

Az Atlanti- és a Csendes-óceán, az ENSO, az AMO/AMV, a PDO, a légköri cirkuláció és az északi-sarkvidéki visszacsatolások nagymértékben módosították a felmelegedés ütemét és térbeli eloszlását.

Az 1901–1950 közötti globális felmelegedés becslések szerint körülbelül 40–54%-ban külső kényszerek eredménye volt. A fennmaradó részben jelentős szerepet játszott a belső változékonyság, különösen az erős regionális anomáliákban.

A pontos arányok nem ismertek. A legfontosabb bizonytalanságok:

  • a korai SST-mérések hibái;

  • az óceánbelső adatok teljes hiánya;

  • az Északi-sarkvidék gyér megfigyelése;

  • az atlanti térség túlreprezentáltsága;

  • az antropogén aeroszolok bizonytalan nagysága;

  • az óceán és a légkör közötti oksági irány nehéz elkülöníthetősége.

A cikk végső üzenete:

Az ETCW egy már megkezdődött antropogén üvegházgáz-melegedés, a vulkáni hűtés átmeneti gyengülése és egy kedvező belső óceán–légkör változékonysági állapot összeadódásából jött létre. A szélsőséges regionális eseményeket pedig további cirkulációs, talajnedvességi, tengeri jég- és földhasználati visszacsatolások erősítették fel.

Az ETCW ezért nem cáfolata az antropogén felmelegedésnek, de arra is figyelmeztet, hogy a megfigyelt néhány évtizedes melegedési vagy lehűlési ütemet nem lehet kizárólag a külső kényszer pillanatnyi változásából levezetni. A belső változékonyság több évtizedre gyorsíthatja, lassíthatja és földrajzilag erősen átrendezheti a hosszú távú trendet. (ResearchGate)