A klímakutatás egyik központi kérdése, hogy milyen bizonyossággal jelenthetjük ki, hogy az elmúlt fél évszázad trendszerű változásaiért az emberiség által kibocsátott, megközelítőleg exponenciális ütemben növekvő mennyiségű légköri szén-dioxid (is) felelős (4. ábra). Az alternatív hipotézis az lehetne, hogy a megfigyelt jelenségek egy nagy, de természetes fluktuáció következményei. Jól tudjuk ugyanis az elmúlt évmilliókra vonatkozó paleoklimatológiai rekonstrukciókból, hogy az éghajlati változók minden időskálán folyamatosan, sokszor rendszertelenül változnak: miért ne lehetne így mostanában is?

 

 

Edward N. Lorenz az 1960-as években felfedezte, hogy a konvekció, illetve a mérsékelt égövi légkörzés számítógépes „játékmodelljei” (Lorenz, 1963, 1984), amelyek mindössze három közönséges differenciálegyenlettel közelítették a valós fizikai problémákat, teljesen determinisztikus jellegük ellenére látszólag előre jelezhetetlen, kaotikus viselkedést mutathatnak. Lorenz vizsgálatai egy új tudományterület, a nemlineáris dinamika előhírnökei voltak, s egyszerű modelljei az ilyen rendszerek egy nagyon fontos, általános tulajdonságára világítottak rá. Ez pedig a következő: habár a pillanatnyi állapot hosszú távon előre jelezhetetlen lehet, ám az eloszlás, vagyis annak a mértéke, hogy elegendően hosszú idő után milyen gyakorisággal találjuk rendszerünket egy adott állapotban (például a hőmérséklet milyen valószínűséggel vesz fel egy adott értéket) az egyenletek ismeretében tökéletesen megadható, még a mérési bizonytalanságok ellenére is. Ez egy nagyon erős és fontos állítás, ráadásul párhuzamba állítható a 20. századi fizika másik nagy világnézet-formáló forradalmának, a kvantummechanikának szemléletmódjával. Ott a Schrödinger-egyenlet megoldásával egyértelműen megkaphatjuk a részecskék megtalálhatósági valószínűségének tér- és időbeli eloszlását, de nem lehetséges pontos előrejelzést adni arra vonatkozóan, hogy egy adott mérés során hol bukkan fel az elektron. Mindez némi megnyugvásra ad okot: még ha nem is vagyunk képesek az időjárást megjósolni, de az egyes helyzetek bekövetkezésének valószínűségi eloszlását, vagyis a klímát attól még elvileg képesek lehetünk megismerni. Közkeletű példával élve: nem tudunk sokat mondani arról, hogy egy kockával dobva milyen értéket kapunk legközelebb, de arról igenis lehet fogalmunk, hogy a kocka különböző oldalai mennyire vannak cinkelve.

dx/dt = –λ x + κ η(t),

 

ahol t az idő, dx/dt a sorozat x értékének időegység alatti megváltozása, λ > 0 a rendszer stabilitási paramétere, η(t) pedig egy korrelálatlan fehér zaj, vagyis véletlenszerű járulék, amelynek nagyságát a konstans κ amplitúdó adja meg.

 

Az előzőekben röviden ismertetett Nobel-díjas eredmények valóban jelentős mérföldkövei voltak éghajlati rendszerünk kutatásának, de még napjainkban is meglehetősen távol vagyunk e komplex folyamatok teljes és mély megértésétől, különösen a lokális előrejelezhetőség kérdését illetően. A jelenlegi legnagyobb felbontású számítógépes globális klímamodellek (Global Climate Model, GCM) nagyjából konzisztensen jósolják a felszíni átlaghőmérsékletnek a szén-dioxid-szint növekedésére adott válaszát, de jelentős eltéréseket mutatnak például a meteorológiai változók helyi, például közép-európai eloszlásának előrejelzésében. Ezzel összefüggő, széles körben kutatott és vitatott kérdéskör az is, hogy a sarkvidékek és az Egyenlítő közötti hőmérséklet-különbség klímaváltozással együtt járó csökkenése miképpen befolyásolja a mérsékelt égövi időjárás jellegét, különös tekintettel az extrém időjárási helyzetek (hőhullámok, hidegbetörések) előfordulásának gyakoriságára.

 

Köszönettel tartozom Drótos Gábornak, Herein Mátyásnak és Tél Tamásnak a cikk elkészítéséhez nagy segítséget jelentő hasznos tanácsaikért és megjegyzéseikért.