A KÁRPÁT-MEDENCE EXTRÉM HŐMÉRSÉKLETI ÉS CSAPADÉK INDEXEINEK XX. SZÁZADI VÁLTOZÁSAI. Bartholy Judit, Pongrácz Rita

Átírás

1 A KÁRPÁT-MEDENCE EXTRÉM HŐMÉRSÉKLETI ÉS CSAPADÉK INDEXEINEK XX. SZÁZADI VÁLTOZÁSAI Bartholy Judit, Pongrácz Rita Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék 1117 Budapest, Pázmány sétány 1/a. Összefoglaló Napi maximum-, minimum- és középhőmérsékletek, valamint a napi csapadékösszegek alapján arra kerestük a választ, hogy a XX. század során történt-e a szélsőséges klímaeseményekben detektálható változás a Kárpát-medence térségében. Ehhez a WMO-CCl/ CLIVAR munkacsoport ajánlásai alapján definiált 26 extrém indexet használtuk fel. A trendelemzések alapján mind a hőmérséklet-, mind a csapadékextrémumok növekvő tendenciát mutatnak. Kulcsszavak: extrém éghajlati események, hőmérséklet, csapadék, Kárpát-medence 1. BEVEZETÉS A globális felmelegedés következtében a szélsőséges éghajlati események regionális skálán bekövetkező gyakorisági vagy intenzitásbeli változásai lényeges szerepet játszanak az éghajlati rendszer ökológiai és társadalmi rendszerekre gyakorolt hatásaiban. Így a klimatológiai extrémumokban nyomon követhető módosulások alapvetően meghatározzák ezen rendszerek alkalmazkodóképességét. Kutatásainkban napi maximum-, minimum- és középhőmérsékletek, valamint a napi csapadékösszegek alapján arra a kérdésre keressük a választ, hogy a XX. század során történt-e a szélsőséges klímaeseményekben detektálható változás a Kárpát-medence térségében. E cikkben először definiáljuk a szélsőséges éghajlati eseményeket jellemző legfontosabb extrémindexeket (1. táblázat) az 1990-es évek végén nemzetközi összefogással alakult WMO-CCl/CLIVAR (Working Group on Climate Change Detection nevű) munkacsoportja ajánlásai alapján (Karl et al., 1999; Frich et al., 2002). Majd összefoglaljuk ezek Kárpát-medencére vonatkozó tendenciáit a XX. század második felére. A vizsgálatainkban szereplő extrémindexek a következők: hőhullámok hossza (HWDI), vegetációs periódus hossza (GSL), éves hőmérsékleti ingás (ETR), hideg és meleg napok évi aránya (Tx10, Tx90), hideg és meleg éjszakák évi aránya (Tn10, Tn90), fagyos napok száma (FD), nyári napok száma (SU), hőségnapok száma (Tx30GE), forró napok száma (Tx35GE), túl meleg éjjelek száma (Tn20GT), téli és zord napok száma (Tx0LT, Tn-10LT), egymást követő száraz napok száma (CDD), 1 és 5 napi maximális csapadékmennyiség (Rx1, Rx5), csapadékintenzitás (SDII), nagy csapadékok évi aránya (R95T), nagy és extrém csapadékú napok száma (RR10, RR20), mérsékelten és nagyon csapadékos napok száma (R75, R95), 5 mm-nél, 1 mm-nél és 0,1 mm-nél nagyobb csapadékú napok száma (RR5, RR1, RR0.1). 2. AZ EXTRÉM KLÍMAINDEXEK DEFINIÁLÁSA Az extrémindexekkel foglalkozó WMO-CCl/CLIVAR munkacsoport az adatbázisépítés során megkereste a nemzeti meteorológiai szolgálatokat, s összegyűjtötte a legfontosabb éghajlati paraméterek a napi maximum-, minimum- és középhőmérsékletek, valamint a napi csapadékösszegek idősorait az időszakra. Az így létrejött egész Földre

2 vonatkozó egyesített adatbázis forrásai közt a nemzeti szolgálatoktól gyűjtött adatok mellett nagy súllyal szerepeltek az amerikai NOAA NCDC (Amerikai Éghajlati Adatközpont) által korábban összeállított adatsorok és az európai ECA (Európai éghajlati értékelés) projekt keretében elkészített adatbázis (Klein Tank et al., 2002a; 2002b). 1. táblázat: Az extrém éghajlati paraméterek definíciója, jele Sorszám (ECAD) Jelölés Az extrémindex definíciója Egység 1 CDD Az egymást követő száraz napok maximális száma (R nap < 1 mm) nap 2 Rx1 Az év során mért legnagyobb 1 nap alatt lehullott csapadékmennyiség mm 3 Rx5 Az év során mért legnagyobb 5 nap alatt lehullott csapadékösszeg mm 4 SDII Napi csapadékintenzitás index (teljes csapadékösszeg / összes csapadékos (R nap 1mm) napok száma) mm/nap 5 R95T Nagyon csapadékos napok csapadékösszegének évi aránya az es normálidőszak 0.95-ös kvantiliséhez (R 95 ) viszonyítva (ΣR nap / R total, ahol ΣR nap az R 95 -nél nagyobb napi csapadékok összege) 6 RR10 Nagy csapadékú napok száma (R nap 10 mm) nap 7 RR20 Extrém csapadékú napok száma (R nap 20 mm) nap 8 R75 Mérsékelten csapadékos napok száma (R nap > R 75, ahol R 75 az es normálidőszak napi csapadékainak felső kvartilise) nap 9 R95 Nagyon csapadékos napok száma (R nap > R 95, ahol R 95 az es normálidőszak napi csapadékainak 0.95-ös kvantilise) nap 10 ETR Éves hőmérsékleti ingás (az év során mért T max -T min ) C 11 GSL Vegetációs periódus hossza (kezdete: amikor >5 napon át T > 5 C, vége: amikor >5 napon át T < 5 C) nap 12 HWDI Hőhullám hossza (legalább 5 egymást követő napon át T, max = T N max + 5 C ahol T N az es normálidőszak átlagos Tmax értéke) nap max 13 Tx10 Hideg napok aránya (T max < az es normálidőszak napi maximumhőmérsékleteinek alsó decilise) 14 Tx90 Meleg napok aránya (T max > az es normálidőszak napi maximumhőmérsékleteinek felső decilise) 15 Tn10 Hideg éjszakák aránya (T min < az es normálidőszak napi minimumhőmérsékleteinek alsó decilise) 16 Tn90 Meleg éjszakák aránya (T min > az es normálidőszak napi minimumhőmérsékleteinek felső decilise) 17 FD A fagyos napok száma (T min < 0 C) nap 18 SU Nyári napok száma (T max > 25 C) nap 19 RR5 Adott csapadékú napok száma (R nap 5 mm) nap 20 RR1 Adott csapadékú napok száma (R nap 1 mm) nap 21 RR0.1 Adott csapadékú napok száma (R nap 0,1 mm) nap 22 Tx30GE Hőségnapok száma (T max 30 C) nap 23 Tx35GE Forró napok száma (T max 35 C) nap 24 Tn20GT Túl meleg éjjelek száma (T min > 20 C) nap 25 Tx0LT Téli napok száma (T max < 0 C) nap 26 Tn-10LT Zord napok száma (T min < -10 C) nap Az adatokon végzett minőségellenőrzési és inhomogenitási szűrések után minden állomásnál egyedi elbírálás alapján dőlt el, hogy bekerülhet-e az adatbázisba az adott állomás idősora vagy sem. Az elbírálás általános szempontjai alapján az az állomás került be az adatbázisba, ahol az es időszak minimum 40 évéből volt adat, valamint az alábbi három feltétel is teljesült: (i) összességében nem hiányzott az adatok több mint 10-a, (ii) egy-egy évből nem hiányzott 20-nál több, (iii) évenként 3 hónapnál hosszabb összefüggő adathiány nem volt.

3 Mind a globális, mind az Európára vonatkozó vizsgálatoknál a rácspontokra interpolált térképes megjelenítést elvetette a munkacsoport, hiszen egy-egy régió extrém viselkedése (pl.: kisebb területek árvizei, aszályai, hőhullámok, lokálisan nagy hidegek) az interpoláció alkalmazásával eltűnhetne. Ennek megfelelően ebben a cikkben is az állomásonkénti ábrázolást követtük. 3. A KÁRPÁT-MEDENCE EXTRÉM CSAPADÉKINDEXEINEK ELEMZÉSE A Kárpát-medence csapadék-extrémindex analíziséhez 31 hazai és külföldi állomás idősorait használtunk fel (Bartholy és Pongrácz, 2004a; 2004c). Az általunk összeállított adatbázisban a 10 külföldi állomás adatsorainak forrása a szabad hozzáférésű európai idősorokat tartalmazó ECA (Klein Tank, 2003) adatbázis (melynek honlapjáról a kiválasztott adatok korlátozás nélkül letölthetők), míg a 21 hazai állomás adatsorait az Országos Meteorológiai Szolgálat Archívumából vásároltuk. Az állomások válogatásánál két szempontot vettünk figyelembe: teljesüljön a domborzati és éghajlati homogenitási viszonyokhoz igazodó egyenletes területi lefedettség, valamint a kiválasztott idősorokban lehetőleg minimális legyen az adathiány. Az IPCC-jelentés (2001) feltevése szerint több régió éghajlatát, mezőgazdaságát is jelentősen befolyásoló veszélyforrás lehet a XXI. században a csapadékszélsőségek gyakoriságának növekedése. Vizsgálataink alapján számos extrém-csapadékindex erősen növekvő tendenciája figyelhető meg a Kárpát-medencében (Bartholy és Pongrácz, 1998; 2004a; 2005; Pongrácz és Bartholy, 2000; 2004). Különösen a vizsgált időszak második felében, az 1976 és 2001 közötti években találtunk több helyen növekvő tendenciát. A nagy csapadékintenzitást, vagy a nagy csapadékot jelző extrém indexek (különösen az SDII, R95T, RR20, RR75, R95) esetén találtuk a legerősebb pozitív trendet. Az 1-2. ábrákon bemutatjuk néhány erősebben változó index trendjének területi eloszlását. Az 1. ábra a 20 mm-t meghaladó extrém csapadékú napok számának (RR20) tendenciáit elemzi 1976 és 2001 között. Szembetűnő az egész Kárpát-medencét jellemző egyöntetű erős pozitív trend. Ha csupán a hazai állomásokat tekintjük, a Dunántúlon intenzívebben növekedett a 20 mm-nél nagyobb csapadékú napok száma, mint az Alföld térségében. 1. ábra: A 20 mm-t meghaladó csapadékú napok számának (RR20) alakulása a Kárpát-medencében között. A (-0,3 ; +0,3) intervallumon kívül eső trendegyütthatók 90-os szinten szignifikánsak.

4 A 2. ábrán a nagy csapadékok évi arányának (R95T) alakulását láthatjuk a Kárpátmedencében. A bal oldali térkép a teljes XX. század második felének ( ) megosztott trendjét illusztrálja, melyre a Dunántúlon enyhe csökkenő, míg a térség többi részén közepes erősségű növekvő tendencia jellemző. A jobb oldali térképen az évszázad utolsó negyedében jelentkező erős pozitív tendencia látható, mely azt jelzi, hogy a teljes év csapadékösszegeiből (R total ) a nagy csapadékok formájában lehulló részarány (ΣR nap / R total, ahol ΣR nap az R 95 -nél, azaz az es normálidőszak napi csapadékainak 0,95-ös kvantilisénél nagyobb napi csapadékok összege) jelentősen megnövekedett. 2. ábra: A nagy csapadékok évi arányának (R95T) alakulása a Kárpát-medencében a XX. század második felében. A bal oldali térképen a (-0,3 ; +0,3), a jobb oldali térképen a (-0,4 ; +0,4) intervallumon kívül eső trendegyütthatók 95-os szinten szignifikánsak. Összefoglalva levonható az a következtetés, hogy bár kevesebb napon hullott csapadék, mint korábban, mégis a csapadékos napokon az ún. nagy csapadékok aránya jelentősen megnövekedett a XX. század negyedik negyedére. 4. A HŐMÉRSÉKLETRE VONATKOZÓ EXTRÉM INDEXEK ELEMZÉSE A Kárpát-medence hőmérsékleti extrémindex analíziséhez 13 hazai és külföldi állomást használtunk fel (Bartholy és Pongrácz, 2004b; 2005). Az általunk összeállított adatbázisban a nyolc külföldi állomás adatsorainak forrása a szabad hozzáférésű európai idősorokat tartalmazó ECA (Klein Tank, 2003) adatbázis (melynek honlapjáról azok korlátozás mentesen letölthetők), míg az öt hazai állomás adatsorait az Országos Meteorológiai Szolgálat Archívumából vásároltuk. Az állomások válogatásánál két szempontot vettünk figyelembe: teljesüljön a domborzati és éghajlati homogenitási viszonyokhoz igazított relatívan egyenletes területi lefedettség, valamint a kiválasztott idősorokban lehetőleg minimális legyen az adathiány. Adatbázisunkba a napi maximum-, minimum- és középhőmérséklet idősorokat az időszakra gyűjtöttük össze. Mind a középhőmérsékletek, mind az extrém hőmérsékleti paraméterek idősorait tanulmányozva (Pongrácz és Bartholy, 2000; Bartholy és Pongrácz, 2004b) szembetűnő a hetvenes évek közepétől napjainkig jelentkező erős melegedő tendencia. Ezért a hőmérsékleti extrémindexek tendencia-vizsgálatait a teljes es időszakon kívül annak két részidőszakára ( , ) is elvégeztük, melyet a 2. táblázat foglal össze. A táblázatban a 13 hőmérsékleti extrémindex emelkedő illetve csökkenő trendjei a részidőszakok oszlopaiban megjelenő + illetve jelöléssel láthatók. Mivel például a hideg napok arányának csökkenése ( jel), s a hőség napok számának növekedése ( + jel),

5 egyaránt melegedésre utal, ezért a megfelelő mezők sötétebb illetve világosabb színezésével jelöltük az adott időszakok melegedést illetve hűlést jelentő tendenciáit. A fehér szín jelzi az ETR index (éves hőmérsékleti ingás) tendenciáit, hiszen itt sem a pozitív, sem a negatív trend nem utal melegedésre vagy hűlésre. A táblázat alapján az alábbi következtetéseket vonhatjuk le: A táblázat három oszlopában megjelenő trendek előjelei szinte egyik extrémindex esetén sem mindannyian pozitívak vagy negatívak. A melegedést jelentő (sötétebb mezőben megjelenő) trendek dominálnak a táblázatban. Négy index esetében mind a három vizsgált időszakban egyaránt melegedést jelző trendeket találtunk. Ez a Tn10 (hideg éjszakák aránya), Tn-10LT (zord napok száma), FD (fagyos napok száma) indexek esetén csökkenő tendenciát jelent, míg a Tn90 (meleg éjszakák aránya) paraméternél növekvő gyakoriságot. Az extrémindexek többségénél (HWDI, Tx90, SU, Tx30GE, Tx35GE, Tn20LT) a hetvenes évek közepéig hűlésre utaló tendenciák érvényesültek, majd ezt követőn napjainkig melegedést regisztrálhatunk. Regionális átlagban csupán két index esetén (Tx10, Tx0LT) jelent meg ezzel ellentétes viselkedés, vagyis az ös időszakban melegedő, s az es időszakban hűlő trend. Ez utóbbi hűlés mértéke azonban csekély. A vizsgált extrémindexek nagy többségére a teljes negyven évet tekintve melegedésre utaló tendenciák a jellemzőek (kivéve a HWDI-t). 2. táblázat: A hőmérsékleti extrém-indexek trendjeinek összefoglalása a Kárpát-medencére Sor szám Extrém index ETR: Éves hőmérsékleti ingás + 2 HWDI: Hőhullám hossza + 3 Tx10: Hideg napok aránya + 4 Tx90: Meleg napok aránya Tn10: Hideg éjszakák aránya 6 Tn90: Meleg éjszakák aránya FD: Fagyos napok száma 8 SU: Nyári napok száma Tx30GE: Hőségnapok száma Tx35GE: Forró napok száma Tn20GT: Túl meleg éjjelek száma Tx0LT: Téli napok száma + 13 Tn-10LT: Zord napok száma Jelmagyarázat: Melegedés Hűlés Indifferens Az utolsó negyedévszázad erősen melegedő szakaszát vizsgáljuk a továbbiakban. Összehasonlítjuk, s néhány extrém-index esetén térképen is megjelenítjük ezen időszak állomásonkénti tendenciáit Európára illetve a Kárpát-medence térségére.

6 A meleg éjszakák (Tn90) és a meleg napok (Tx90) arányait jellemző indexek évtizedes tendenciáit jelenítettük meg Európára és a Kárpát-medencére a 3. ábra felső és középső részén. A Tn90 és Tx90 paraméterek ábrázolásakor a térképeken az állomásokhoz helyezett körök színe és mérete rendre a minimum- és maximumhőmérsékletek felső deciliseit meghaladó esetek tendenciáit jelölik. Látható, hogy egyik térképen sem találunk egyetlen hűlő tendenciáit mutató (azaz világosabb színnel jelzett) állomást. Az ábra alsó két grafikonja is az indexek időbeni monoton növekedését mutatja. 3. ábra: Az utolsó negyedszázadban a meleg éjszakák arányában (T min > az es normálidőszak napi minimum-hőmérsékleteinek felső decilise) illetve a meleg napok arányában (T max > az es normálidőszak napi maximumhőmérsékleteinek felső decilise) megjelenő tendenciák Európában és a Kárpát-medencében

7 A nyári időszak napi maximumhőmérsékleteinek alakulását három extrémindex követi: (1) nyári napok száma (SU: T max > 25 C), (2) hőségnapok száma (Tx30GE: T max 30 C), (3) forró napok száma (Tx35GE: T max 35 C). A 2. táblázatból látható, hogy ezek az indexek mind a teljes es, mind az es időszakban növekedő tendenciájúak, s a kezdeti ös időszakban negatív trendűek. A Kárpát-medence állomásonkénti évtizedes tendenciáit térképes formában a nagyobb esetszámú SU és Tx30GE indexekre mutatjuk be a 4. ábrán az es időszakra. Az erős növekedő tendencia (általában évtizedenként több mint 6 napos nagyságrenddel) egyik állomáson sem vitatható egyik paraméter esetén sem. 4. ábra: A nyári napok (T max > 25 C) illetve a hőség napok (T max 30 C) számának növekvő tendenciái a Kárpát-medencében között 5. KÖVETKEZTETÉSEK Az alábbiakban összefoglaljuk a WMO-CCl/CLIVAR munkacsoport ajánlásai alapján a Kárpát-medencére a XX. század második felére a 12 csapadék- és 14 hőmérsékleti extrémindex tendenciáit elemző vizsgálataink eredményeit. 1. Az időszakban a vizsgált csapadékindexek csaknem felénél (SDII, R95T, RR20, RR75, R95) egyenletesen erős pozitív trendet figyeltünk meg, mely a csapadékextremitások általános növekedésére engednek következtetni. 2. Az RR5, RR1, RR0.1 paramétereknél a teljes időszakra vonatkozóan az egész Kárpát-medence térségére csökkenő tendencia jellemző. 3. A XX. század negyedik negyedében a nagy csapadékú napok száma csökkent, azonban az ezeken a napokon lehullott nagy csapadékok aránya az évi illetve évszakos összeghez viszonyítva jelentősen megnövekedett. 4. A Kárpát-medence térségében a XX. század időszakában vizsgált hőmérsékleti extrém indexek nagy többségére a teljes negyven évet tekintve melegedésre utaló tendenciák a jellemzőek (kivéve a HWDI-t). 5. A XX. század második fele két egymástól eltérő tendenciájú időszakra bomlik: és A hőmérsékleti extrémindexek többségénél (HWDI, Tx90, SU, Tx30GE, Tx35GE, Tn20LT) a hetvenes évek közepéig hűlésre utaló tendenciák érvényesültek, majd ezt követőn napjainkig melegedést regisztrálhatunk. 6. A Kárpát-medence térségének egyik állomásán sem vitatható egyik extrém hőmérsékleti paraméter esetén sem az erős növekedő tendencia. A legintenzívebb növekedési arányokat (általában évtizedenként több mint 6 napos nagyságrenddel) a meleg éjszakák aránya (Tn90), a meleg napok aránya (Tx90), a nyári napok száma

8 (SU), a hőségnapok száma (Tx30GE) és a hőhullámok hossza (HWDI) indexeknél találtunk. Köszönetnyilvánítás. Kutatásainkat az OTKA T , T , T számú pályázatai, az NKFP-3A/0006/2002 és az NKFP-3A/0082/2004 pályázatok, valamint az MTA-KVM VAHAVA projektje támogatta. További segítséget nyújtottak az EU 5. Keretprogram EVK2-CT-1999/0013 és EVK2-CT-2002/00163 számú projektjei, továbbá az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja. A térképek megrajzolásához az ESRI térinformatikai szoftverét használtuk fel. IRODALOMJEGYZÉK Bartholy J., Pongrácz R., 1998: Hazai csapadék idősorok eltérő trendjei, a szélsőséges csapadékok területi és időbeni változásai. In: II. Erdő és Klíma Konferencia. (Tar K.- Szilágyi K., szerk.) Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, Bartholy J., Pongrácz R., 2004a: A napi csapadék extrémindexeinek globális és a Kárpátmedencére számított tendenciái a XX. században. Tanulmány az MTA-KVM által támogatott VAHAVA projekt megbízásából (projekt vezető: Láng István, MTA). 20p. Bartholy J., Pongrácz R., 2004b: A napi hőmérsékletek extrém indexeinek globális és a Kárpát-medencére számított tendenciái a XX. és XXI. században. Tanulmány az MTA- KVM által támogatott VAHAVA projekt megbízásából (projekt vezető: Láng István, MTA). 16p. Bartholy J., Pongrácz R., 2004c: Extrém csapadékindexek XX. századi tendenciái a Kárpátmedence térségében. Földtani Kutatás. XLI./3-4. szám, Bartholy J., Pongrácz R., 2005: Néhány extrém éghajlati paraméter globális és a Kárpátmedencére számított tendenciája a XX. században. AGRO-21 Füzetek (megj. alatt) Frich P., Alexander L.V., Della-Marta P., Gleason B., Haylock M., Klein Tank A.M.G., Peterson T., 2002: Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of the twentieth century. Climate Research, 19, IPCC, 2001: Climate Change 2001: Third Assessment Report. The Scientific Basis. Cambridge University Press, Cambridge, UK. Karl T.R., Nicholls N., Ghazi A., 1999: Clivar/GCOS/WMO Workshop on Indices and Indicators for Climate Extremes Workshop Summary. Climatic Change, 42, 3-7. Klein Tank A.M.G., 2003: The European Climate Assessment and Dataset project. Klein Tank A.M.G., Können G.P., 2003: Trends in Indices of Daily Temperature and Precipitation Extremes in Europe, J. Climate, 16, Klein Tank A.M.G., Wijngaard J.B., van Engelen A., 2002b: Climate of Europe; Assessment of observed daily temperature and precipitation extremes. KNMI, De Bilt, the Netherlands, 36p. Klein Tank A.M.G. and Coauthors, 2002a: Daily dataset of 20th-century surface air temperature and precipitation series for the European Climate Assessment. Int. J. Climatol., 22, Pongrácz R., Bartholy J., 2000: Változási tendenciák Magyarország éghajlatának szélsőségeiben. In: III. Erdő és Klíma konferencia (szerk: Kircsi A.), , Debrecen. Pongrácz R., Bartholy J., 2004: Klímaváltozás: a szélsőségek eltolódása a XX. században. Természet Világa 2004/II. Különszám: Klímaváltozás, magyarországi hatások