Egy klímakutató vallomásai

kikoukagakushanokokuhaku chikyuuonndannkahamikennshounokasetsu – ezzel a címmel jelent meg Nakamura Mototaka könyve.

E tanulmány Nakamura Mototaka klímamodellező kutató japán nyelven 2019-ben megjelent, kikoukagakushanokokuhaku chikyuuonndannkahamikennshounokasetsu című könyve angol változatának (Mototaka Nakamura: Confessions of a Climate Scientist, https://c-c-netzwerk.ch/images/ccn-blog_articles/717/Confessions-Nakamura.pdf, szerkesztette: Robert J. Hopkirk) magyar fordítását tartalmazza, a fordító bevezető ajánlásával. 

 

Tartalomjegyzék:

Ajánlás a magyar kiadáshoz

Egy klímakutató vallomásai
A globális felmelegedés hipotézise: bizonyítatlan hipotézis

Személyes bemutatkozás

Publikációs jegyzék 

Függelék
Súlyos hibák az éghajlati „előrejelző” modellekben

  1. Mit árulnak el a jelenlegi modellek az éghajlatról?
  2. Az óceáni mozgás megjelenítésének feladata
  3. Vízgőz – a víz ad hoc kezelése a légkörben

Záró megjegyzések

 

Ajánlás a magyar kiadáshoz

Paleoéghajlati-geológiai tények és a ma megfigyelhető (mindenekelőtt föld- nap- és asztrofizikai) folyamatok alapján kijelenthető, hogy az éghajlatváltozás(ok) okai közül az örökösen és sokféleképpen változó természet soha nem zárható ki. A klímamodellezés azonban – a természeti erőket alábecsülve, sokféle változásról tudomást se véve – abból indul ki, hogy a jelenkori éghajlatváltozást az emelkedő légköri CO2-koncentráció okozza.

Azt, hogy a hihetetlenül bonyolult klímadinamikai folyamatokból hogyan jutnak el egyetlenegy mellékszereplő (csupán a légkör összetételét tekintve az 1-2 %-nyi, de nagy bizonytalansággal ismert vízgőzzel szemben a mindössze 0,04%-nyi szén-dioxid) felelősségéig, képtelen voltam felfogni. Az általam végzett (bár másféle: geofizikai) modellvizsgálatok tanulsága mindig az volt, hogy az anomáliák forrását (az okokat) illetően rendkívül óvatosnak kell lennünk. 

A klímamodellezés eredendő fizikai-matematikai-informatikai problémáit számomra Christopher Essex alkalmazott matematikus dolgozata (pl. Essex C, Tsonis A A, 2018, Model falsifiability and climate slow modes, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 502, 554-562) és előadásai világították meg. A mély ellentmondások közül itt csak egyetlenegyet szemléltetünk. Képzeljük el, milyen következtetést von le egy olyan megfigyelő, aki a valóságot egy hosszú expozíciós idejű fényképfelvételből látja, és egy olyan, aki videofelvételről. Egy kb. hat hónapos expozíciós idejű fényképen az utcák – ahol nappal állandóan emberek járnak-kelnek és autók jönnek-mennek – üresek, a parkolók ugyanakkor tele vannak elmosódott autóképekkel. A fénykép egén a Nap által 180 nap alatt megrajzolt fénygörbéket látni (és például Helsinkiben azt is, hogy mikor volt tartósan felhős az ég). A videofelvételen azonban emberek és autók dinamikus sokaságát fedezhetnénk fel. Közöttük eleséseket, koccanásokat, talán még gázolást is. A hosszú expozíciós idejű képen a jelentős következményekkel járó, de villanásnyi idő alatt lejátszódó események láthatatlanok. Tanulság: a különféle (rövidebb-hosszabb időbeli és/vagy kisebb-nagyobb térbeli) átlagok egymással, valamint a tényleges dinamikus értékekkel való keveredése, netán összekeverése: végzetes félreértéseket okozhat.

Essex meglátásai ismeretében hallottam először a japán-amerikai klímakutató, Nakamura Mototaka könyvéről, ami eleinte sajnos csak japánul volt olvasgató. A címe sokatmondó: Egy klímakutató vallomásai, japánul: kikoukagakushanokokuhaku chikyuuonndannkahamikennshounokasetsu.

Nakamura Mototaka tudományos fokozatát a MIT-en (a Massachusetts Institute of Technology-n) szerezte. A felhődinamika, a légköri- és óceáni áramlások kapcsolatáról 1994 és 2014 között számos publikációt jelentetett meg, vezető nemzetközi folyóiratokban. Hitelessége és szakmai tudása megkérdőjelezhetetlen. E művét a klímatudomány elesettségét és eltévelyedtetését látván, lelkiismereti okokból írta. A kis kötetet ugyanaz az őszinte elkötelezettség jellemzi, mint Chistopher Essex előadásait. Nem érzelemmentes, de tudományos tartalmat illetően összhangban van Essex mondanivalójával.

Az eredeti (japán-angol) könyvhöz az Amazon.com-on jelképes áron bárki hozzáférhet. Miután Robert J. Hopkirk szakavatott szerkesztésének és a svájci Carnot-Cournot Hálózatnak (c-c-netzwerk.ch) köszönhetően az angol változat nyilvánosan elérhető lett, sőt Nakamura (családnév) Mototaka közvetlenül is hozzájárult a magyar fordítás megjelentetéséhez, minden akadály elhárult a magyar közzététel előtt. Ezt írta 2022. július 23-án: „Köszönöm az éghajlatváltozás ügyében a közvélemény felvilágosítása érdekében tett erőfeszítését. Természetesen, tegye közzé bátran! Megküldöm az eredeti és az angolra lefordított változatot, ezek is közzétehetők. Nem akarok ezzel pénzt keresni, amint azt valószínűleg Ön is tudja. Ezért kérem, másoknak is mondja el, hogy közzétehetik a mellékelt eredeti vagy más nyelvekre lefordított változatokat, tetszőleges módon. Annyit kérek, hogy az eredeti változat tartalma pontosan (vagy ésszerűen pontosan) tükröződjön a lefordított verziókban. Üdvözlettel, Nakamura Mototaka”

Sopron, 2022. július 23.

Szarka László Csaba

 

Nakamura Mototaka

Egy klímakutató vallomásai

A globális felmelegedés hipotézise: bizonyítatlan hipotézis

Személyes bemutatkozás

Valamikor az 1980-as évek elején, még középiskolás koromban komolyan kezdtem aggódni „a légkörben lévő szén-dioxid növekedése hatására bekövetkező katasztrófális globális felmelegedés” miatt, miután „a jégkorszak visszatéréséről” szóló szóbeszéd már eltűnt a tömegmédiából, és az előrejelzések a felmelegedésről szóltak. Tulajdonképpen ez ösztönzött arra, hogy a légkör- és óceántudományt tanuljak az Észak-Karolinai Állami Egyetemen (Raleigh, North Carolina, USA), valamint a Massachusetts Institute of Technology-n, és hogy klímakutató legyek. A kezdetektől fogva, még mielőtt elkezdtem volna meteorológiát és oceanográfiát tanulni, úgy gondoltam (már nem emlékszem milyen okból), hogy a légkör, az óceánok és a jég (tengeri jég és kvázi állandó szárazföldi jég) lehetnek a kritikus fontosságú összetevők. Tudományos pályafutásom során a légkör és az óceánok dinamikáját és termodinamikáját tanulmányoztam. 

Ahogy azonban előrehaladtam az éghajlati rendszer tanulmányozásában és annak klímaszimulációs modellekkel való megjelenítésében, a globális felmelegedéssel kapcsolatos komoly aggodalmam fokozatosan átváltozott a globális felmelegedési hipotézissel szembeni kételkedéssé, valamint a különféle időléptékű klíma-változatosságot és -változásokat generáló komplex mechanizmusok iránti mély érdeklődéssé. 1990-től 2014-ig főként a légkörben és az óceánokban lezajló közepes-, nagy- és bolygóléptékű áramlásokat mozgató mechanizmusokkal és ezek kölcsönhatásaival, a légkör és az óceánok anyag- és hőszállításával és ezek kölcsönhatásaival, valamint felhő- és óceáni áramlásokkal, felhő- és csapadékképződési mechanizmusokkal foglalkoztam az alábbi kutatóhelyeken: Massachusetts Institute of Technology, Georgia Institute of Technology, Goddard Space Flight Center, Jet Propulsion Laboratory, Duke Egyetem, Hawaii Egyetem, Japán Tenger-Föld Tudományos és Technológiai Ügynökség. Felidézve az ezekben az intézményekben eltöltött időket, tudományos gondolkodásom megalapozásában az MIT-ben eltöltött éveimet tekintem a legfontosabbnak. Különös szerencsémre Alan Plumb professzor lett a vezetőm, aki segített ráébredni, hogy a nemlineáris mikro- és kis léptékű jelenségek mennyire meghatározók a nagyobb léptékű folyamatokban és jelenségekben. Abból a szempontból is nagy szerencsém volt, hogy olyan tehetséges kutatók vettek körül, mint Glenn Flierl, John Marshall, Lorenzo Polvani, Larry Pratt és Darryn Waugh professzorok, akik nagylelkűen osztották meg tudásukat és betekintési képességüket a finom léptékű nemlineáris geofizikai folyadékmozgások, valamit azok nagyléptékű kölcsönhatásai terén. Köszönetet kell mondanom továbbá Vin Saxena professzornak (a felhők rajongójának az Észak-Karolinai Állami Egyetemen), amiért rávilágított a felhők éghajlati rendszerben betöltött kulcsfontosságú és összetett szerepére. Itt kell hangsúlyoznom, hogy a „globális felmelegedés hipotézisével” kapcsolatos szkepticizmusom a hipotézis „katasztrofális” részére irányul, nem pedig önmagában a „globális felmelegedésre”. Azaz kétségtelen, hogy a megnövekedett szén-dioxid-koncentráció a légkörben kifejt bizonyos melegítő hatást a troposzféra alsó részén (igazi szakértők szerint az ipari forradalom előtti korszak koncentrációértékének megduplázása esetén kb. 0,5 Kelvin fokot). Nem bizonyított azonban, hogy a melegítő hatás ténylegesen okoz-e emelkedést a globális felszíni átlaghőmérsékletben. A valós éghajlati rendszerben ugyanis rendkívül összetett folyamatok mennek végbe, közülük sokat a legjobb esetben is csak felületesen jelenítenek meg a klímaszimulációs modellek, sőt inkább teljesen figyelmen kívül hagynak. Azt is szeretném hangsúlyozni, hogy nem zárok ki semmilyen jelentősebb klímaváltozás lehetőséget az emberi tevékenység következtében. Ez lehet katasztrofális globális felmelegedés, de lehet a súlyos jégkorszak visszatérése is. Az igazi klímarendszerben ugyanis számtalan fizikai és biogeokémiai folyamat erősen nemlineáris jellegű. Sokkalta inkább nemlineáris, mint az éghajlati előrejelzésekhez használt játékok. Csupán arra a tényre mutatok rá, hogy semmilyen hibahatárral nem lehet megjósolni, hogyan fog változni a jövőben bolygónk éghajlata. Nem csak arról van szó, hogy nem tudjuk megmondani a napenergia-kibocsátás jövőbeni változásait. Nyilvánvalóan változik. Jelenlegi tudásunk és technológiánk segítségével még azt sem tudjuk megjósolni, hogy a Föld klímája hogyan fog reagálni az antropogén légköri szén-dioxid-kibocsátás növekedésére. [Egyébként soha nem mondtam vagy írtam, hogy új eljegesedési időszakba léptünk. Nem sokkal azután, hogy az északi féltekén az elkövetkező 35-40 éves kisebb lehűlési periódusra vonatkozó megjegyzésem 2013-ban megjelent, néhány webhely azt tette közzé, hogy egy küszöbön álló új jégkorszakot jósolok. Gyanítom, hogy ez egy tipikus rágalmazási taktika volt. Úgy próbáltak meg lejáratni, hogy különc állításokat tévő sarlatánként festettek le. Az észak-atlanti medence körüli ciklikus hőmérséklet-ingadozási adatok alapján csak az északi féltekén, elsősorban az észak-atlanti medence körüli közepes és magas földrajzi szélességeken jeleztem egy kisebb lehűlési időszakot.] Azt sem tudjuk biztosan, hogy a Föld éghajlata az elmúlt 100 évben vagy azt megelőzően hogyan változott, bár jól tudjuk, hogyan változott a regionális éghajlat olyan kisebb területeken, mint például Európa, Észak-Amerika és Ázsia egyes részei. A mesterséges műholdak körülbelül 50 éve jelentek meg. Kvázi-globális megfigyelőrendszer azóta létezik. Az ezt megelőzően mért hőmérsékleti adatok a Föld teljes felületéhez képest rendkívül kicsiny területekről származnak, és ezért térbelileg erősen torzíthatnak. A felszínen mérhető globális átlaghőmérsékleti trend kiszámításához a műhold előtti időszakból nem áll rendelkezésünkre megfelelő mennyiségű adat. Ez a súlyos térbeli torzítás a valóságban az 1980 előtti „globális felszíni átlaghőmérséklet-trend” értelmességét illetően kétségeket ébreszt. Történtek kísérletek e torzítás súlyosságának csökkentésére (pl. Karl et al. 1995, Journal of Climate). Ám ezek a próbálkozások általában nem ismerték fel a felszíni hőmérséklet tényleges térbeli és időbeli ingadozásainak jelentőségét a földgömbön, és nem kezelték kielégítő módon a globális felszíni átlaghőmérséklet trendjének pontosságával kapcsolatos problémákat. Ezt a rövid könyvet eredetileg japán nyelven írtam meg, azzal a céllal, hogy tájékoztassam a japán közvéleményt a japán társadalomban a „globális felmelegedés” féktelenségét hirdető nézetek mögött meghúzódó valóságról, mivel a klímaszakértők által feltárt éghajlattudományi álláspont japán nyelven nem volt elérhető. Míg az Egyesült Államokban és Európában néhány igazi klímakutató nyíltan (és hozzátehetem: bátran) rámutatott a „katasztrofális globális felmelegedés az antropogén eredetű légköri szén-dioxid-koncentráció növekedése következtében” – állítólagosan bevált – hipotézis súlyos hibáira, tudomásom szerint japán nyelven efféle hangokat nem lehetett hallani. Továbbá, amennyire én tudom, egyetlen japán klímakutató sem beszélt a klímatudomány hibáiról és valódi helyzetéről. Ezért szükségét éreztem, hogy tömör leírást adjak a „globális felmelegedés” hisztéria/propaganda mögött meghúzódó hibákról és lehetséges okokról, néhány olyan személyes történettel fűszerezve, amelyek segítenek megvilágítani az éghajlattudomány sajnálni való helyzetét. A könyv címében egyébként csak azért használtam a „vallomás” szót, hogy némi szenzációt keltsek, abban a reményben, hogy ezáltal még több olvasót tudok megnyerni. Az 1990-es évek óta nyíltan hangoztattam szkepticizmusomat, úgyhogy ez nem igazán „vallomás”. Elnézést kérek ezért a promóciós taktikáért. Nem akartam ennek a könyvnek az angol nyelvű változatát sem megírni, mivel úgy gondolom, hogy a legtöbb fontos tudnivalót már sok felvilágosult ember ismeri az Egyesült Államokban és Európában, és általában nem szeretek semmi feleslegeset csinálni. Mindazonáltal, mivel külföldről is kérték, hogy legyen egy angol verzió, és azt is tapasztaltam, hogy a japán változat eredeti mondanivalói és árnyalatai gépi fordításban gyakran pontatlanul jelennek meg, úgy döntöttem, hogy a tartalom legfontosabb részét angolul is megírom. Az angol tartalom egyébként nem a japán tartalom fordítása, mivel nem szeretek fordítani. Tehát az angol nyelvű tartalom az én spontán angol nyelvű írásaim terméke, és nem úgy lett kialakítva, hogy pontosan megfeleljen a japán változatnak. Biztosak lehetünk azonban abban, hogy az angol változat lényege egészében megegyezik a japánénak. Nem tudom, hogy jó-e vagy rossz, de lényegében elvesztettem érdeklődésemet az éghajlattudomány iránt, és nem vagyok elragadtatva attól, hogy annyi időmet és energiámat ilyesfajta írással töltsek, azon túlmenően, hogy kielégítsem az Egyesült Államok és Japán adófizető állampolgáraival szembeni kötelezettségemet, akik anyagilag támogatták felsőfokú tanulmányaimat, valamint természetes érdeklődésből és szabadon végzett kutatási tevékenységemet. Egyszóval jelzem: ez az egyetlen ilyen jellegű írás tőlem. Meggyőződésem, hogy lesz néhány őszinte és bátor igazi klímakutató, aki angol nyelven nyilvánosan is felszólal a „főáramú klímatudományi közösség” által megfogalmazott csalárd állításokkal szemben. Sajnálattal fogalmazok így, de abban is biztos vagyok, hogy az engedelmes és/vagy megvásárolt és/vagy hozzá nem értő japán klímakutatók mindaddig hallgatni fognak, amíg a „főáramú klímatudományi közösség” hangnemet nem változtat. Megtörténik-e ez valaha? Úgy gondolom, hogy a japán változatban részletesen ismertetett 1980 előtti „globális felszíni hőmérsékleti trenddel” kapcsolatos komoly aggályaim a felvilágosult emberek körében ismertek (mind az Egyesült Államokban, mind Európában), ezért feleslegesnek tartom, hogy ezt angolul is megismételjem. Az éghajlatváltozás előrejelzésére használt klímaszimulációs modellekben mindössze két súlyos hibára térek ki. Ezeket szakértőként ismerem. Az óceáni modell-összetevőinek végzetesen súlyos hibájára és a légköri vízgőz durván leegyszerűsített és problematikus megjelenítésére.  A modellek légköri összetevői között a vízgőz a legfontosabb üvegházhatású gáz, amint ezt korábban más szakértők (például Richard Lindzen professzor) angolul már a nyilvánosság elé tárták. Mondanunk sem kell, hogy az éghajlati modellek a napenergia-kibocsátást állandóként kezelik, ami nyilvánvalóan végzetes hiba az éghajlatváltozás előrejelzésében, és ezen nincs is mit tovább magyarázni. Még ha csak megkísérelnénk is megjósolni az éghajlat reakcióját a légköri szén-dioxid-koncentráció előre jelzett növekedésére, ezek a modellek alkalmatlanok arra, hogy általuk értelmes előrejelzések legyenek készíthetők. Az éghajlat-előrejelzési modellekben számos egyéb durva egyszerűsítést alkalmaznak, amelyek valószínűleg végzetesek lehetnek bármilyen értelmes éghajlati előrejelzés elkészítésében. Az egyik például a felhőkondenzációs magokként működő aeroszol-változások értelmes leírásának teljes hiánya. E biogeokémiai jellegű témákat még a japán változatban sem érintem, mivel nem vagyok ezekben jártas. A többi tartalmat azért nem tervezem angolul megírni, mert egy részüket szükségtelennek, más részüket spekulatívnak, harmadik részüket pedig széles körben ismertnek tartom a felvilágosult, angolul tudó emberek körében. A bevezető befejezése előtt engedjék meg, hogy egyértelműen kijelentsem, hogy teljes mértékben a környezet megőrzése mellett vagyok, ellentétben azzal, amit egyesek gondolnak rólam. Támogatom az olaj- és gázfogyasztás csökkentésének gondolatát, azon az egyszerű tényen alapulva, hogy ezeknek az erőforrásoknak korlátai vannak (kivéve, ha a képződésük üteme nagyobb, mint a fogyasztás), valamint amiatt is, hogy ezeknek az erőforrásoknak a felhasználása egészségi problémákat okoz. Tehát ellenvetéseim nem a globális felmelegedés bizonyítatlan hipotézisén alapulnak. Szintén széles körben elterjedt az a vélemény, hogy a fosszilis erőforrások súlyos geopolitikai problémákban játszottak szerepet, és a múltban sok-sok millió emberi életet oltottak ki vagy sebesítettek meg. Úgy gondolom, hogy a fosszilis erőforrásoktól való globális függőség csökkentése a konfliktusok és háborúk valószínűségét is csökkentené. Csökkentsük az olaj- és gázfogyasztást úgy, hogy globálisan deklaráljunk örök adómentességet mindenféle megújuló vagy fenntartható energiaforrással kapcsolatos tevékenységnek, ahelyett, hogy értelmetlen és erkölcstelen szén-dioxid-adót vetnénk ki az ártalmatlan szén-dioxidra. Szívesen támogatnék egy ilyen konstruktív és produktív megközelítést. Meggyőződésem, hogy egy efféle globális politika vállalatok millióit csábítja majd arra – köztük valószínűleg nagy olaj- és szénvállalatokat, és világszerte az emberek százmillióit – , hogy aktívan vegyenek részt a megújuló vagy fenntartható energia fejlesztésében, elterjesztésében és használatában. El tudja-e Ön képzelni, mekkora egészséges gazdasági növekedést és fosszilis alapú energiafelhasználás-csökkentést érnénk el egy ilyen globális politikával? Örökké nulla adó és nincs állami illeték a befektetésekre, eladásokra, fogyasztásra, nyereségre, bevételre stb. mindaddig, amíg ezek a megújuló vagy fenntartható energiához kapcsolódnak. Számomra jól hangzik. Remélem, azok számára is, akik a kormányokat a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére irányuló intézkedések megtételére sürgetik. A szén-dioxid-kibocsátás csökkentése, mint cél érdekében ez jelentené a legkisebb ellenállás és a legnagyobb hatékonyság politikáját, annak értelmétől (értelmetlenségétől) függetlenül. (A közvélemény részéről biztosan, de valószínűleg nem a kormányok és klímakutatók részéről.) Mindazokat, akik hisznek a „katasztrofális globális felmelegedésben”, és azt követelik a kormányuktól, hogy tegyenek valamit ez ellen, a következőkre szólítom fel: vegyék rá kormányaikat – továbbá a különféle, állítólagos non-profit szervezeteket, például az ENSZ-t és az IMF-et arra, hogy olyan politikát folytassanak, amely hatékonyan csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást, és egyúttal az emberek javát is szolgálja, ahelyett, hogy a legalizált rablás/csalás, szénadó politikáját folytatnák. Azok, akik nem hajlandók meghallani ezt a felszólítást, véleményem szerint hátsó szándékú képmutatók. Az angol nyelvű tartalom függelékként, a publikációs jegyzék után található.

Publikációjegyzék:

Doktori értekezés: A örvénykeverés lehetőségének jellemzői jet-közeli Rossby-hullámok megtörése által / Characteristics of potential vorticity mixing by breaking Rossby waves in the vicinity of a jet. (a meteorológiai tudomány doktora, MIT, 1994, https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/11730 

 

  1. The effects of flow asymmetry on the direction of Rossby wave breaking. Nakamura, M. nd R. A. Plumb, J. of Atmos. Sci., 51, 2031-2045 (1994).
  2. Destabilization of the thermohaline circulation by atmospheric eddy transports. Nakamura, M., P. H. Stone, and J. Maroztke, J. of Climate, 7, 1870-1882 (1994).
  3. Effects of the ice-albedo and runoff feedbacks on the thermohaline circulation. Nakamura, M., J. of Climate, 9, 1783-1794 (1996).
  4. The role of high- and low-frequency dynamics in the blocking formation. Nakamura, H., M. Nakamura, and J. L. Anderson, Mon. Wea. Rev., 125, 2074-2093 (1997).
  5. On modified rotational and divergent eddy fluxes and their application to blocking diagnoses. Nakamura, M., Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 124, 341-352 (1998).
  6. On the eddy isopycnal thickness diffusivity of the Gent-McWilliams subgrid mixing parameterization. Nakamura, M. and Y. Chao, J. of Climate, 13, 502-510 (2000).
  7. Characteristics of three-dimensional quasi-geostrophic transient eddy propagation in the vicinity of a simulated Gulf Stream. Nakamura, M. and Y. Chao, J. of Geophys. Res., 105, 11, 385-11, 406 (2000).
  8. Diagnoses of an eddy-resolving Atlantic Ocean model simulation in the vicinity of the Gulf Stream. Part I: Potential vorticity. Nakamura, M. and Y. Chao, J. of Phys. Oceanogr., 31, 353-378 (2001).
  1. Diagnoses of an eddy-resolving Atlantic Ocean model simulation in the vicinity of the Gulf Stream. Part II: Eddy potential enstrophy and eddy potential vorticity fluxes. Nakamura, M. and Y. Chao, J. of Phys. Oceanogr., 32, 1599-1620 (2002).
  2. A simulation study of the 2003 heat wave in Europe. Nakamura, M., T. Enomoto, and S. Yamane, J. of the Earth Simulator, 2, 55-69 (2005).
  3. Potential vorticity and eddy potential enstrophy in the North Atlantic Ocean simulated by a global eddy-resolving model. Nakamura, M. and T. Kagimoto, Dynamics of Atmospheres and Oceans, 41, 28-59 (2006).
  4. Transient wave activity and its fluxes in the North Atlantic Ocean simulated by a global ddy-resolving model. Nakamura, M. and T. Kagimoto, Dynamics of Atmospheres and Oceans, 41, 60-84 (2006). and
  5. Dominant anomaly patterns in the near-surface baroclinicity and accompanying anomalies in the atmosphere and oceans. Part I: North Atlantic basin. Nakamura, M. and S. Yamane, J. of Climate, 22, 880-904 (2009).
  6. Dominant anomaly patterns in the near-surface baroclinicity and accompanying anomalies in the atmosphere and oceans. Part II: North Pacific basin. Nakamura, M. and S. Yamane, J. of Climate, 23, 6445-6467 (2010).
  7. Quasigeostrophic transient wave activity flux: Updated climatology and its role in polar vortex anomalies. Nakamura, M., M. Kadota, and S. Yamane, J. of Atmos. Sci., 67, 3164-3189 (2010).
  8. Impacts of SST anomalies in the Agulhas Current System on the climate variations in the southern Africa and its vicinity. Nakamura, M., J. of Climate, 25, 1213-1229
  9. Greenland Sea surface temperature change and accompanying changes in the northern hemispheric climate. Nakamura, M., J. of Climate, 26, 8576– 8596 (2013)
  10. Impacts of the Oyashio temperature front on the regional climate. Nakamura, M. and T. Miyama, J. of Climate, 27, 7861-7873 (2014)

Függelék: Súlyos hibák az éghajlati „előrejelző” modellekben

  1. Mit árulnak el a jelenlegi modellek az éghajlatról?

Mielőtt rámutatnék az éghajlati szimulációs modellek néhány súlyos hibájára, szeretném hangsúlyozni – azon klímakutatók védelmében, akik klímaszimulációs modelleket használnak különféle értelmes tudományos projektekhez – , hogy a klímaszimulációs modellek mindaddig kiváló eszközök az éghajlati rendszer tanulmányozására, amíg a felhasználók tisztában vannak a modellek korlátaival, és körültekintően járnak el a kísérletek megtervezése és az eredmények értelmezése során. Ebben az értelemben azok a kísérletek, amelyek az egyszerűsített éghajlati rendszereket (például a „korszerű” klímaszimulációs modellek által generált válaszokat) tanulmányozzák a légköri szén-dioxid vagy más üvegházhatású gázok jelentős növekedése hatására, szintén érdekesek és értelmesek. Olyan tudományos projektek, amelyeket mindenképpen érdemes folytatni.

Mindaddig, amíg az ilyen projektek eredményeit olyan nyilatkozatokban mutatják be, amelyekben egyértelműen kijelentik, hogy az eredmények milyen mértékben hasonlíthatók össze a valós világgal, nem lenne problémám a felhasználásukkal. A modellek csak akkor válnak haszontalan szemétté (vagy ami még rosszabb: szándékosan félrevezető eredményekké), ha klíma-előrejelzésre használják őket. Az összes klímaszimulációs modellnek számos olyan részlete van, amely végzetes hibává válik, ha klíma-előrejelzési eszközként használják, különösen a közép- és hosszú távú (több éves vagy hosszabb) éghajlat-ingadozás és -változás esetén. E modellekből teljesen hiányzik néhány kritikus fontosságú éghajlati folyamat és visszacsatolás. Több kritikus fontosságú éghajlati folyamatot és visszacsatolást pedig erősen torz módon írnak le. Annyira, hogy ezek a modellek teljesen használhatatlanok bármilyen értelmes éghajlati előrejelzéshez.

Jómagam az éghajlat-szimulációs modelleket tudományos tanulmányokhoz, nem pedig előrejelzésekhez használtam, és közben megismertem azok problémáit és korlátait. Néhány korábbi kollégám segítségével még módosítottam is ezeknek a modelleknek néhány részletét. Oly módon javítottam őket, hogy a fizikai folyamatoknak a modellekben néhány durván leegyszerűsített kifejezését – fizikai elméletek alapján – kevésbé durvára egyszerűsítettem le. Szóval nagyon jól ismerem ezeknek a modelleknek a belső működését. Megdöbbentőnek tartom, hogy oly sok éghajlatkutató (akik közül sokan csak „úgynevezett klímakutatók”) nem túl szerény véleményem szerint szilárdan hisz e modellek éghajlat-előrejelzésre való felhasználásának érvényességében. Megfigyeltem, hogy a klímakutatók közül sokan, akik meg vannak győződve a globális felmelegedés hipotéziséről, groteszk módon leegyszerűsítve tekintenek az éghajlati rendszerre: sokuk horizontálisan homogénnek (észak-déli és kelet-nyugati irányban eltérésmentesnek), vagy zonálisan homogénnek (kelet-nyugati irányban eltérésmentesnek) tekinti a rendszert, mintha a dinamikáját a sugárzási-kémiai-konvektív folyamatok, a légkör sima függőleges észak-déli mozgásai és a stacionárius óceánok uralnák, és teljesen figyelmen kívül hagyják a geofizikai folyadékdinamikát, ami pedig rendkívül fontos és erős hatótényező az éghajlat fenntartásában, valamint az éghajlatingadozások és   -változások generálásában. Az ő véleményük szerint azok az éghajlati szimulációs modellek, amelyek csupán látszólagos háromdimenziós áramlásokat mutatnak a légkörben és az óceánokban, több mint elég jók lehetnek az éghajlati előrejelzések készítéséhez. Szerintem pedig nem elég jók. Mellesleg soha nem szerettem a „modellvalidálás” kifejezést, amit pedig a legtöbb klímakutató gyakran használ annak leírására, hogy milyen mértékben hasonlít a modell kimenete a valósághoz. A „modellvalidálás” helyett egy őszintébb kifejezést kellene használniuk, mint például a „modellértékelés”. Objektív és tudományos módon szükséges értékelni a modell teljesítményét, és nem a modellek éghajlat-előrejelzési hasznosságát igazoló narratívák kialakításával.

A legnyilvánvalóbb és legkirívóbb probléma a beérkező napenergia konstansként, azaz „soha nem változó” mennyiségként való kezelése. Nem kell szakértőt hívni annak megmagyarázásához, mennyire abszurd ez, amennyiben a modellfelhasználás célja a klíma-előrejelzés. Alig telt el néhány évtized azóta, hogy hozzájutottuk a beérkező napenergia pontos monitorozásának képességéhez. Csupán ebben a néhány évtizedben 1-2 watt/négyzetméterrel változott. Indokolt-e azt feltételezni, hogy előrejelzési szempontból a következő száz évben vagy azután nem változik ennél nagyobb mértékben? Szerintem „nem indokolt”. Itt akár meg is állhatunk, és kijelenthetjük, hogy soha nem tudjuk előre jelezni az éghajlatváltozást, mert képtelenek vagyunk előre jelezni a beérkező napenergia változásait.

  1. Az óceáni mozgás megjelenítésének feladata

Annak érdekében, hogy hasznos információval szolgálhassak az olyan merész állítások ellensúlyozására, mint például „Helyesen megjósolhatjuk azokat az éghajlatváltozásokat, amelyek csak a légköri szén-dioxid növekedésének tulajdoníthatók, hogy felmérhessük az emberi éghajlatra gyakorolt ​​hatást”, ismertetem a klímaszimulációs modellek két problematikus aspektusát. Valamivel kevésbé merész állításokat is hallani, mint például: „Ezek a modellek korrekt módon jelzik előre a légköri szén-dioxid-koncentráció növekedésének tulajdonítható klímaváltozások előjelét vagy irányát”. Egy egyszerű tényre szeretnék rámutatni: a rendszer változásának előjelét vagy irányát nem lehet helyesen megjósolni, ha az előrejelző eszközből hiányoznak és/vagy durván torzítottak fontos nemlineáris folyamatok, különösen a visszacsatolások, amelyek a tényleges rendszerben jelen vannak. Az óceáni működést „Mickey Mouse” (mikiegér) számításokkal írják le. (A Disney-nek: elnézést kérek, amiért a kedvelt karakter nevét ilyen módon használtam, de ezt a szlenget találtam az általam elképzelt árnyalat legjobb kifejezésének. Szívesen megváltoztatom valami másra, ha ez a Disney-t zavarná.) 

Most engedjék meg, hogy az éghajlat-szimulációs modellek korábban említett két problémás részlete közül rátérjek a néhány száz kilométeres vagy annál kisebb térbeli léptékű óceáni mozgások működésének hibás ábrázolására. A „hibás” szót itt arra használom, hogy közvetítsem a „rosszul csinálok valamit” üzenetet az olvasók felé, de hangsúlyozom, hogy ez ellen intellektuálisan nem lehet semmit se tenni, mert ez csak a klímaszimulációs modellek felbontóképességének növelésével lenne orvosolható. (Ami ma – földrajzi szélességben és -hosszúságban kifejezve – jellemzően 1˚ x 1˚; esetleg lemegy 0,1˚ x 0,1˚-ra.) Ez egyszerűen a korlátozott számítógépes erőforrásokra vezethető vissza, és nem az óceánok dinamikájával és termodinamikájával kapcsolatos korlátozott tudásunkra. Ebben az értelemben e probléma a jövőben a kvantumszámítógépek kifejlesztésével megoldódhat. Felmerülhet a kérdés: „Miért kell ennyire törődnünk az óceánokkal, ha a légkör hőmérsékletéről beszélünk?” Az óceáni áramlások rendkívül fontos szerepet játszanak az éghajlatban. Sokkal lassabbak, mint a légköri áramlások, de a víz nagy hőtároló képessége miatt rendkívül nagy mennyiségű hőt szállítanak. Az óceán hőtároló képessége annyival nagyobb, mint a légköré, hogy kijelenthető: a légkör az óceánhoz képest egyáltalán nem tárol hőt. Az óceáni áramlások hatalmas mennyiségű hőt szállítanak a világ minden tájára, lassan kieresztik a hőt a légkörbe a hűvösebb területeken, ami által ezekben a régiókban is viszonylagos meleget tartanak fenn. Az óceáni áramlásokat elsősorban a légkör mozgatja, de valójában a légkörrel (valamint ˗ a pontosság érdekében ˗ tegyük hozzá: a szárazföld tömegével is) együttműködve alakítják ki a nagy léptékű légköri és óceáni keringési mintázatokat és viharkeltő mintázatokat, amelyek az úgynevezett „földi éghajlatot” jelentik. Így ezek ingadozásai jelentős anomáliákat okoznak a légkörben is. Az óceáni hőszállításból nagy hasznot húzó régiók nyilvánvaló példája Eurázsia nyugati része. A nagy Golf-áramlat és annak alsó elágazásai évszázadok óta viszonylag melegen tartják Eurázsia nyugati részét. A Golf-áramlat és/vagy alsó elágazásainak ingadozásai éghajlati anomáliákat okoznak az Atlanti-óceán északi medencéjében, nem is beszélve Eurázsia nyugati részéről. Anélkül, hogy most belemennék a részletekbe, egyszerűen kijelentem, hogy e mintázatok a néhány évnél hosszabb időléptékű éghajlati változások létrehozásában a légkörnél sokkal fontosabb szerepet játszanak. Az óceáni áramlások nélkül az éghajlatingadozások sokkal egyszerűbbek lennének. Mondanunk sem kell, hogy minden értelmes éghajlati előrejelzéshez feltétlenül szükséges, hogy az az óceánok állapotának és működésének ésszerűen pontos ábrázolásával készüljön. Különösen az óceáni áramlásokat illetően, amelyek fontos szerepet játszanak a hő és a só sarkvidék felé irányuló szállításában és az úgynevezett termohalin cirkuláció (a tengervíz sótartalma- és hőmérséklet-különbsége által előidézett körforgás) létrejöttében. Ezt ésszerű pontossággal kell leírni, hiszen a termohalin keringéshez nagyon hosszú időtávok (tíz-száz év) kapcsolódnak. (Az egyik PhD-kutatási tanácsadóm, az általam nagyon tisztelt Lindzen professzor még mindig nem ért egyet velem ebben a kérdésben, és most talán arra figyelmeztetne, hogy lehet, hogy csak én gondolom így. Nos, valóban, a termohalin keringés fontosságára vonatkozó tudományos bizonyítékok nem olyan erősek, mint híveik szeretnék. Mindazonáltal létezik számos érv és dokumentum, amelyek engem és még sok más kutatót meggyőztek létezéséről, valamint a globális és regionális éghajlatban betöltött fontos szerepéről.) Azért, mert a termohalin keringésnek a Föld éghajlatának alakulásában betöltött egyik legfontosabb szerepe a jég-albedó visszacsatolás. A szél által vezérelt nagy léptékű óceáni áramlások szintén fontos szerepet játszanak a hő sarkvidékre irányuló szállításában, és kölcsönhatásba is lépnek a jég-albedo visszacsatolással, de feltehetően nem járulnak hozzá annyira a hosszú távú (mondjuk az 50 éves cikluson túli) éghajlatváltozásokhoz, mint a termohalin keringés. (Felhívom ugyanakkor a figyelmet arra, hogy a szél által vezérelt nagy léptékű áramlások a valóságban nem teljesen különíthetők el a termohalin keringéstől, és ezt nem szabad figyelmen kívül hagyni.) Az albedó nem más, mint fantáziadús kifejezés a bolygó napsugárzást visszaverő képességére. A jég-albedó visszacsatolás rendkívül leegyszerűsítve a következőképpen működik: az alacsonyabb hőmérséklet a közepes és a magas földrajzi szélességeken nagyobb jég- és hótakarót hoz létre, ami növeli a régiók albedóját, ez pedig tovább csökkenti a hőmérsékletet ezekben a régiókban, még tovább növelve a jég- és hótakarót, és vica versa. Ugyanez a folyamat fordított irányban is végbemegy. Más szavakkal: ez egy ördögi kör, ami hajlamos megváltoztatni a közepes és magas földrajzi szélességek éghajlatát, a régió hőmérsékletének és/vagy albedójának piciny perturbációja következtében fellépő kezdeti zavar által kiváltott irányba. Magas földrajzi szélességeken ez a folyamat játszik domináns szerepet a légköri szén-dioxid-koncentráció-növekedési forgatókönyvekből kiinduló klímaszimulációs modellek által előidézett jelentős felmelegedésben. A jég-albedó visszacsatolás ésszerűen pontos ábrázolása nélkül lehetetlen bármiféle értelmes előrejelzést adni az éghajlat ingadozásairól és változásairól közepes és magas földrajzi szélességeken, következésképpen az egész bolygón. Lehet vitatkozni, hogy hosszú távon nem számít, ha a szén-dioxid-kibocsátás tovább növekszik. Igenis számít, mert a légkör szén-dioxid-koncentrációját szabályozó földi és óceáni biogeokémiai folyamatok többek között a hőmérséklettől is függenek, és ezek erősen nemlineárisak. Mondanunk sem kell, hogy az óceánok összetett módon lépnek kölcsönhatásba a légkörrel, és rövid, közép- és hosszú távú változásokat idéznek elő az időjárási mintázatok és az éghajlat tekintetében. Ezek az eltérések, különösen közepes és magas földrajzi szélességeken, valójában szerves részei a sokkal hosszabb időtávú éghajlatváltozásoknak. Ezek a változások egyenként ciklikusnak tűnhetnek, de a számtalan visszacsatolás miatt nem ciklikus hatást is gyakorolhatnak az éghajlati rendszerre. A rendszer összes összetevője között az egyik legfontosabb a fent említett jég-albedó visszacsatolás. Az óceáni áramlások tehát igen erős hatást gyakorolhatnak az éghajlat változásaira, saját hatalmas hőszállításukkal, valamint a légköri hőszállításra gyakorolt ​​erős hatásukkal. Ismételten hangsúlyozom, hogy az éghajlati rendszer egyik legfontosabb összetevője az óceán, és rendkívül fontos, hogy az óceánok állapotát és tevékenységét ésszerűen és pontosan írjuk le az éghajlati modellekben, amennyiben a modelleket értelmes előrejelzésre kívánjuk használni. 

Az éghajlatkutatók korábban lekicsinyelték a légkör és a közepes-magas földrajzi szélességek óceánjai közötti, nagy léptékű kölcsönhatások jelentőségét. Ezt sok-sok durva felbontású klímaszimulációs modellkísérletre alapozva állították, amelyek eleve alkalmatlanok a légkör óceánhőmérsékleti struktúrákra adott reakcióinak leírására és elemzésére. Ezek a kísérletek többnyire lineáris statisztikai módszerekkel, egyszerű keretrendszerben történnek. Hiányoztak a trópusokon kívüli (közepes és magas földrajzi szélességeken lejátszódó) nagy léptékű légkör-óceán kölcsönhatások fontos tényezői: a nyugati jet-stream térbeli helyzetének fontossága az óceánok nagy vízszintes hőmérsékleti gradienseinek (kontrasztjainak) alakításában, holott az óceáni hőmérsékleti struktúrák hatásainak leírásához nagy vízszintes felbontóképesség szükséges. És így durván alábecsülték a nagy léptékű légköri állapotokra gyakorolt ​​óceáni hatásokat. Egyáltalán nem győzött meg az érvelésük, miszerint a trópuson kívüli légkör-óceán kölcsönhatások nem olyan jelentősek, mint a trópusokon. A publikációs listámban szereplő 13., 14., 16., 17. és 18. cikkekben sikerült felfednünk ennek a hatalmas jéghegynek egy apró csúcsát. Azt állítom, hogy az óceánok jelentős lefelé mozgó területeit (pl. a Grönlandi-tengert és a Labrador-tengert) érintő kölcsönhatásokat a legnehezebb modellekkel szimulálni, mivel az éghajlati modellekből hiányoznak az óceánban jelentős szerepet játszó nem hidrosztatikus dinamikák. Az igazi óceánokban az áramlások legnagyobb energiájú (a legtöbb hő és különféle anyagok keverését és szállítását végző) része kis- és közepes léptékű, nagyjából néhány kilométerestől néhány száz kilométeres tartományú. Az áramlások  ezen része az óceánszimulációs modellekben – 0,1˚ x 0,1˚ vagy ennél nagyobb hosszúsági és szélességi kör-intervallumokkal jellemezhető vízszintes felbontásban – ténylegesen ki van számítva, és meglehetősen jól van megjelenítve. Az előrejelzésekhez használt klímaszimulációs modellek óceáni komponensébe azonban ezt már nem számítják ki, mivel ezeknek a modelleknek a vízszintes felbontása 0,5˚ x 0,5˚ vagy durvább. A modellekben az óceáni áramlások e fontos részének csupán a nettó hatását becsülik meg, olyan parametrizált reprezentációkkal, amelyekben a nettó hatásokat az óceán nagy léptékű, explicit módon kiszámítható állapotából származtatják. Utálom ezt kimondani, mert jól tudom, mekkora erőfeszítést tettek annak érdekében, hogy ezeket a parametrizált ábrázolásokat feljavítsák. Én több száz órát töltöttem ezzel, teljesen hiábavalóan. A valósággal való összevetésben még a lehető legjobb parametrizáció is csak mikiegér-bolondozás. Az igazi óceánokban, akárcsak a légkörben, a kisebb léptékű áramlások gyakran ellene hatnak a nagyobb léptékű áramlások hatásainak. A kis- és közepes léptékű mozgások hatására például a nagyobb léptékű áramlási-, hőmérsékleti- és sótartalom-eloszlások „feszesebbé” válhatnak, amikor és ahol a nagyléptékű áramlás éppen „lazulásra” lenne hajlamos. Úgy tapasztaltam, hogy efféle helyzet a valósághű óceánszimulációs eredményekben az esetek nagyjából felében következik be. Az éghajlat-előrejelzési modellek óceáni komponensében a kisebb léptékű áramlásoknak minden esetben kötelezően „diffúz” hatást kell kifejteniük a nagyobb léptékű eloszlásokra, azaz minduntalan „lazítanak” a nagyobb léptékű eloszlásokon. Más szóval, a modellek a kisebb léptékű áramlásokat akkor is diffúzióra kényszerítik, amikor és ahol a kisebb léptékű áramlásoknak éppen lebomlanak és „energiát” adnak át (szigorúan véve az „energia” nem helyes szó, mindössze képletesen találtam az olvasó számára hasznosnak) a nagyobb léptékű áramlásnak, tehát anti-diffúz módon hatnak.

Miután a kisebb léptékű áramlások valóságos hatása az idő felében diffúzió-ellenes, a kisebb léptékű áramlások hatásainak ez a szigorúan diffúz ábrázolása a lendület, a hő és a só keveredésének és szállításának groteszk torzulásához vezet. Természetes következményként adódik tehát, hogy az éghajlati szimulációs modellek viselkedése teljesen irreális lesz. Nemcsak a reprezentációk szigorúan diffúz minőségi aspektusa hibás, hanem a reprezentációk kvantitatív aspektusa, a keveredés és a transzport erőssége is ad hoc „modellhangoló eszköz”. Azokat a paramétereket, amelyek meghatározzák a kisebb léptékű áramlások keveredésének és szállításának erősségét, a modell „hangolására” anélkül választják ki, hogy ragaszkodnának a megfigyelésekből vagy a nagy felbontású modellkimenetekből becsült számokhoz. Ez azt jelenti, hogy a paraméterértékek kiválasztása rosszul felfogott mérnöki folyamat. A cél ugyanis a „modell-működőképesség” látszatának fenntartása, és nem a folyamat tudományos megismerése. A modelleket a különböző paraméterek értékeivel való trükközéssel „hangolják” mindaddig, amíg meg nem születik a legjobb kompromisszum. Régebben magam is csináltam. Ez egy szükséges és elkerülhetetlen eljárás, és semmiféle problémát nem jelent mindaddig, amíg a felhasználó tisztában van a következményekkel, és azokat becsületesen kezeli. De súlyos és végzetes hiba, ha klíma-előrejelzési célokra használják. Sokszor hallottam óceánmodellezőktől olyan idióta kijelentéseket, mint például: „A modell olyan nagy léptékű óceáni állapotokat hoz létre, amelyek hasonlítanak a megfigyeltekhez, tehát elég jónak kell lenniük éghajlati előrejelzésekhez is.” Ez nonszensz. Még akkor is, ha a hangolásból így kapott legjobb kompromisszum nagyon közel áll a megfigyeléshez, a modellek viselkedése garantáltan groteszk és irreális, mivel a hangolás megköveteli, hogy a modellek más aspektusait is rendkívüli módon torzítsák annak érdekében, hogy ellensúlyozzák a mikiegér-ábrázolással járó torzulást. (A légkörmodellező közösség jól tudja, hogy a modelleknek meg kell ragadniuk a nagy léptékű átlagos állapotot és a körülötte lévő eltéréseket, hogy hasznosak lehessenek bármilyen értelmes előrejelzéshez.) Az ezekben az éghajlati modellekben használt óceáni komponens egyáltalán nem generál reális változékonyságot, kivéve talán az El Niño-t a trópusokon. Így az e modellek által előre jelzett éghajlatingadozások és -változások teljesen értelmetlenek, még akkor is, ha úgy hangolták őket, hogy nagyon pontosan reprodukálják a jelenlegi éghajlatot. Egyébként az előrejelzésekhez használt klímaszimulációs modellek egyike sem képes pontosan reprodukálni a jelenlegi klímát, a kutatók komoly hangolási erőfeszítései ellenére sem. A modelleket úgy hangolják, hogy a „legjobb kompromisszumot” állítsák elő, hogy különféle kísérletekhez felhasználhassák őket. Ennek a megoldhatatlan problémának a kiváltó oka abban az alapvető követelményben rejlik, hogy a modelleknek hibátlanul kell működniük. Egyszerűen lehetetlen, hogy ezek a modellek valóság közeli módon reprezentálják a kisebb léptékű áramlások nettó hatását. (Ezt a témát a publikációs listám 6., 7., 8., 9., 11. és 12. tételeiben mutattam be, és tárgyaltam.) A kvantumszámítógépek jövőbeni megjelenésével ez a probléma remélhetőleg kiiktatódik. Amikor azonban a számítógépek teljesítménye sokszorosan meghaladja a jelenlegi szuperszámítógépekét, és képesek lesznek szuper nagy felbontású klímaszimulációs modellek futtatására, a klímakutatók nagy valószínűséggel akkor is komoly nehézségekbe ütköznek a modellek önkényes hangolása és a szimulációs eredmények értelmezése terén. A valósághű óceáni áramlások kétségtelenül reálisan viszik be a modellekbe a kisebb és nagyobb léptékű óceáni áramlások közötti visszacsatolást. Hasonlóképpen, a légköri modelleknél – amennyiben ott is nagy felbontást alkalmazunk – a trópuson kívüli légkör-óceán komplex kölcsönhatások is figyelembe lesznek véve. Ezek a visszacsatolások és kölcsönhatások sokkal bonyolultabbá teszik a szimulált éghajlat lassan és nagyon lassan fejlődő aspektusait, és sok klímakutatót meg fognak zavarni, akik hozzászoktak ahhoz, hogy az éghajlati rendszert groteszk módon leegyszerűsített és simított viselkedésűnek látják a mostanáig így végzett klímaszimulációkban. A valós vagy valósághűen szimulált éghajlati rendszer sokkal összetettebb, mint egy abszurd módon leegyszerűsített rendszer (előrejelzésekhez használt klímaszimulációs játék), és leküzdhetetlenül nehéz lesz megbirkózni vele azoknak a naiv klímakutatóknak, akiknek a geofizikai folyadékdinamika terén nincsenek, vagy csak alig vannak ismereteik. Csak kicsit értek a geofizikai folyadékdinamikához, de eléggé ahhoz, hogy rájöjjek: ha azt reméljük, hogy valaha is értelmes előrejelzést készíthetünk az éghajlat változásairól, akkor tudnunk kell, hogy az éghajlati rendszer kulcsát a légkör és az óceánok dinamikája jelenti.

Hangsúlyozni szeretném azonban, hogy a fent leírt probléma kiküszöbölése önmagában NEM FOGJA alkalmassá tenni a klímaszimulációs modelleket értelmes előrejelzések készítésére, bár rendkívül hasznos eszközzé teszi a modelleket a légkör-óceán rendszer dinamikájának tanulmányozására. Létezik ugyanis számtalan más fontos folyamat is, amelyeket nem megfelelően ábrázolnak, vagy teljesen figyelmen kívül hagynak az éghajlati szimulációs modellekben.

  1. Vízgőz – a víz ad hoc kezelése a légkörben

Az előre jelzett jelentős globális felmelegedés másik jelentős tényezője a vízgőz: a Föld légkörében a legfontosabb üvegházhatású gáz. Valójában az éghajlat-előrejelző játékok által megjósolt jelentős globális felmelegedés nagy része a légköri vízgőz-koncentráció növekedésének tulajdonítható, nem pedig a légköri szén-dioxid-koncentráció megnövekedésének. A légköri vízgőz több szempontból is döntő szerepet játszik az éghajlati rendszerben. A globális felmelegedés kérdését tanulmányozók többsége valószínűleg tisztában van a vízgőz erős üvegházhatásával, vagyis sugárzáselnyelő/kibocsátó szerepével. A jelenlegi éghajlaton a légköri szén-dioxid sugárzási kényszere eltörpül a vízgőzéhez képest. A vízgőz változásaiból eredő megnövekedett melegítő hatás mellett a szén-dioxidé a klímaszimulációs modellek szerint is eltörpül. Következésképp a légköri vízgőzhöz kapcsolódó sugárzás-változások pontos előrejelzése elengedhetetlen az éghajlatváltozás bármilyen értelmes előrejelzéséhez. A tény azonban az, hogy az összes klímaszimulációs modell gyengén reprodukálja a légköri vízgőzt és annak sugárzási kényszerét a jelenlegi éghajlaton. Ez a nehézség – több fő tényező mellett – a vízgőz-koncentráció nagy térbeli és időbeli változékonyságaiból fakad. A légkörben található egyéb – nyomokban előforduló – üvegházhatású gázoktól eltérően a vízgőz meghatározó és aktív szerepet játszik a légkör minden léptékű és irányú mozgásában, és könnyen megváltoztatja fázisát gázból folyékony (víz) vagy szilárd (jég) halmazállapotba, és fordítva. Az e fázisváltozásokkal kapcsolatos energiafelszabadulás, illetve energiaelnyelés az egyik legfontosabb olyan tényező, amely az éghajlati rendszert mozgatja. Mivel a víz és a jég csapadék révén eltávozhat a légkörből, az e fázisváltozásokat előidéző ​​légköri mozgások pontos szimulálása előfeltétele az éghajlat ésszerűen pontos szimulációjának, nem is beszélve az éghajlatingadozások és változások előrejelzéséről. Mindenki, aki csak kicsit is tanulmányozta az időjárást, tudja, hogy a felhő- és csapadékképződés többnyire vertikális légköri mozgásokhoz kapcsolódik. A légköri vízgőz ezekben a függőleges irányú mozgásokban is aktív szerepet játszik. Nem csupán passzív nyomjelző gáz, ami tovább bonyolítja a kérdést. Mondanunk sem kell, hogy a függőleges mozgások és azok vízgőzre gyakorolt hatásainak ésszerűen pontos számítása a légköri vízgőz-eloszlás ésszerű pontosságú meghatározásához is elengedhetetlen. Van itt egy újabb fontos tény: az éghajlati szimulációs modellek nem képesek kezelni a függőleges irányú mozgásokat. A légkör nagy léptékű állapotának változásaiból (amit a modellekből számítanak ki) a függőleges irányú mozgásoknak csupán elenyésző részét diagnosztizálják. Ahhoz, hogy a modellek képesek legyenek kezelni a függőleges mozgásokat, el kell távolítani a klímamodellekből az ún. „hidrosztatikus közelítést”, ami a számítási teljesítmény óriási mértékű megnövelését igényelné. Ezt ma lehetetlen kivitelezni. Valószínűleg még a kvantumszámítógépek megjelenésekor sem lesz lehetséges. Hogyan határozzák tehát meg a vízgőz vertikális eloszlását? A modellek különféle parametrizált reprezentációkat alkalmaznak, a modellek által kiszámítható nagy léptékű légköri állapotból becsülve meg a vízgőz magassági profilját. Egy kivételével ezek a parametrizált ábrázolások ad hoc jellegűek, és olyan túlegyszerűsítő feltevésekre támaszkodnak, amelyek a valóságban nem igazolhatók. Csak néhány szabad paraméterük van, amelyekkel a modellek teljesítményét „hangolják”, és ezek teljesen irreálisak. Sok megbeszélést folytattam erről a témáról Nilton Renno professzorral végzős hallgatói éveim alatt, amikor ugyanabban a kutatószobában dolgoztunk. Nagyon felkeltették az érdeklődésemet a parametrizált reprezentációk klímaszimuláció-következményei. A legtöbb ilyen parametrizált megjelenítés olyan eljárásokat alkalmaz, amelyek a légköri vízgőztartalmat egy vertikális légoszlopban olyan simított profilok referenciakénti felhasználásával állítják elő, amelyek a földgömbön vagy nagyon nagy területeken, illetve nagyon hosszú ideig tartó relatív páratartalom-profilok átlagolásából származnak, és a pillanatnyi fizikai folyamatokhoz semmi közük nincs. Nagyon előnyösek a tudományos kutatás számára, mivel az ember a lehető legnagyobb mértékben le akarja egyszerűsíteni egy rendszer ismeretlen vagy megoldhatatlanul összetett aspektusait, annak érdekében, hogy összpontosíthasson a tudományos kutatás témájára. E törekvések azonban károsak a megbízható előrejelzések vagy előrejelzések készítése szempontjából. Növekvő légköri szén-dioxid-koncentráció esetén a relatív páratartalom szabályozási célváltozóként történő alkalmazása mesterségesen kényszerített többlet-felmelegedést hoz létre (a légkör maximális vízgőztartalmának növekedéséből adódóan), mivel a légkörben lehetséges maximális vízgőztartalom exponenciálisan nő a hőmérséklettel. Most a relatív páratartalom a légkörben lévő vízgőz és a légkörben egy adott hőmérsékleten és nyomáson a maximális vízgőztartalom mennyiségének százalékos aránya. Tehát, ha egy modell a légkör más aspektusainak változásától függetlenül ugyanolyan relatív páratartalmú lenne, akkor a megnövekedett szén-dioxid-mennyiség okozta kisebb felmelegedés esetén a relatív páratartalomra mesterségesen beállított feltétel a vízgőz mennyiségének növekedése miatt többlet-felmelegedést generálna, ami tovább növelné a légköri hőmérsékletet és a vízgőztartalmat, ördögi kört hozva létre a légköri vízgőz és a hőmérséklet között. E pozitív visszacsatolás önmagában nem fiktív. De az éghajlati modellekben mesterségesen kényszerítik ki, azért, hogy a valós éghajlati rendszerben létező egyéb visszacsatolásoktól függetlenül működjenek. Ez a ˗ nagy valószínűséggel eltúlzott – visszacsatolás okozza az éghajlati szimulációs modellekben a légköri szén-dioxid-koncentráció növekedésének hatására a felszíni hőmérséklet jelentős mértékű növekedését. A parametrizációval előállított függőleges légköri vízgőz profil egyáltalán nem hasonlít a megfigyeléshez, csak akkor, ha nagy terület vagy hosszú időszak átlagait hasonlítjuk össze. Azt gondolhatnánk, hogy a parametrizált sémák jól működnek a klímaszimulációban, hiszen az ily módon képzett átlagok hasonlítanak a megfigyelésekhez, és a szimuláció célja nem a napi előrejelzés. Nem így van. Ennek oka a vízgőz-koncentráció és annak melegítő hatása közötti nemlineáris kapcsolat. Erre később kicsit részletesebben is kitérek. Tudomásom szerint az éghajlati szimulációs modellekben használható vízgőztartalom egyetlen fizikai alapú parametrizált ábrázolása az úgynevezett „Emanuel-séma”, amelyet Kerry Emanuel professzor fejlesztett ki. A séma biztos fizikai elméleteken alapul, és számos olyan paraméterrel rendelkezik, amelyek értékeit bizonyos fokig korlátozzák a megfigyelési adatok és/vagy elméleti megfontolások. Tehát az Emanuel-séma elméletileg messze felülmúlja az összes többit, de még mindig szenved az egyszerűsítő feltételezésekből és a paraméterek értékének korlátozásához szükséges megfigyelési adatok hiányából adódó korlátoktól. Ez tetszett a legjobban a függőleges irányú mozgások és a csapadékok paraméteres ábrázolási módszereire alkalmas éghajlati modellek közül. Megpróbáltam hát javítani rajta úgy, hogy az egyik paraméterét (ha jól emlékszem a „csapadékhatékonyságot”) a vízszintes szélnyírástól függővé (függő változóvá) tettem. A módosítást (2003-ban vagy 2004-ben) a Földszimulátor Központban dolgozó kollégám révén átültettem az Atmospheric Model For the Earth Simulator (AFES) atmoszférikus modellbe. Csalódásomra, a módosítás nem javította jelentősen a modell teljesítményét. A sémában használt számos paraméter egyikének bizonyult csak. Feltételezem, hogy ezek közül nem elég csak egyetlenegyet a nagyléptékű állapot függvényévé tenni ahhoz, hogy érdemben befolyásolja a modell teljesítményét. Tehát a légköri vízgőz megfigyelt függőleges szelvényeinek ésszerű és valósághű reprodukálása az összes klímamodell számára megoldhatatlan feladat, vagyis a modellek nem képesek megfelelő pontossággal szimulálni a függőleges sugárzási kényszer-profilokat. A legfontosabb üvegházhatású gázzal kapcsolatosan nem a függőleges vízgőzeloszlás ad hoc kezelése jelenti az egyetlen jelentős problémát. A vízszintes eloszlás kiszámításának módszerei is nagyon problematikusak. E probléma a rácson belüli (az éghajlati modellekben kiszámítható méretnél kisebb léptékű) mozgások vízgőzre gyakorolt ​​hatásainak kezelésében gyökerezik. Az éghajlati szimulációs modellek képesek kiszámítani a horizontális szél jelentős részét. Ez a tény az éghajlati modellek légköri komponensét sokkal jobbá teszi, mint az óceáni komponenst, mivel az anyag- és hőszállítás kiszámítása a légkörben jól megoldott. Ahhoz azonban, hogy a modellek hiba nélkül működjenek, meg kell szüntetni a finom szerkezeteket és az éles határvonalakat a nagy és a kis anyagkoncentrációjú és hőmérsékletű területek között, vagyis az összes teret simítani szükséges. Ezt a „kisimítást” a „diffúzió” nevű eljárással hajtják végre. Ezt úgy tervezték, hogy utánozza a rácsméretnél kisebb léptékű szél hatásait a koncentráció-eloszlásokra. Az eljárás arra kényszeríti az anyagokat és a hőt, hogy „kiszivárogjanak” a nagyobb koncentrációjú területekről a szomszédos, kisebb koncentrációjú területekre. Minél nagyobb a koncentráció-gradiens (az egységnyi távolságon belüli különbség), annál nagyobb a „kiszivárgás” mennyisége. A valós légkörben ilyen diffúzió bizonyos esetekben megfigyelhető, de nem mindig. A vízgőzeloszlásban különösen gyakori tapasztalat, hogy nagyon éles határvonalak húzódnak a magas koncentrációjú területek/rétegek és az alacsony koncentrációjú területek/rétegek között. A modellekben a diffúzió a vízpára-eloszlást térben mesterséges kisimítja úgy, hogy a vízgőz egy részét mesterségesen mozgatják a nagyobb mennyiségű területekről a kisebbre. Az eljárást úgy tervezték, hogy a vízgőz teljes mennyisége megmaradjon, de az üvegházhatás nemlineáris karakterisztikája révén mesterséges nettó melegítő hatás jön létre. Minél kisebb ugyanis egy adott üvegházhatású gáz mennyisége, egy adott mennyiségű üvegházhatású gáz hozzáadása következtében annál nagyobb a járulékos melegítő hatása. A következő analógia segíthet néhány olvasónak megérteni, miről van szó. Tegyük fel, hogy két ember él egymás mellett, az egyiknek 1 000 000 000 dollár, a másiknak 1 000 dollár megtakarítása van. Az előbbi 500 dollárt ad az utóbbinak. Az 500 dollár elengedése nem jelent nagy lélektani „lehűlést” az előbbinek, de az utóbbi számára 500 dollár hozzáadása lelkileg jelentős „felmelegedés”-nek számít. Nos, lehet, hogy ez az analógia tudományos értelemben nem találó, de néhány ember számára könnyebben elgondolható kiindulási alapot jelent. A diffúzió által kifejtett mesterséges melegítő hatás nem a „légköri szén-dioxid megduplázódási forgatókönyvének” szimulációjában van-e kifejtve? Nem volt lehetőségem e kérdés közvetlen megvizsgálására, de sejtem, hogy így van, a viszonyításul szolgáló mesterségesen rögzített relatív páratartalom miatt. Ez a diffúz simítás függőleges irányban is érvényesül, mesterséges vízgőzmozgást okozva a nagyobb mennyiséget tartalmazó rétegből a szomszédos, kisebb mennyiségeket tartalmazó rétegekbe. A vízgőz vertikális diffúziója azonban nagyon bonyolult hatással van a légoszlop sugárzási kényszerének profiljára, és számomra nem világos, hogy hozzájárul-e a felszín mesterséges felmelegedéséhez. A mérhetetlen mennyiségű, nagyon-nagyon apró folyékony vízcseppekből álló felhők üvegházhatásúak is, de egyúttal ˗ fényszórási tulajdonságaik következtében ˗ jelentős hűtőhatásuk is van. A felhők szerepe a globális éghajlatban rendkívül fontos, és enyhén szólva is rendkívül összetett. Az éghajlati modellekben a felhők ad hoc ábrázolása lehet az éghajlat-előrejelzési bizonytalanság legnagyobb forrása. Alapvető fontosságú tény, hogy a globális felhőkarakterisztikában nagyon kicsi (a jelenleg rendelkezésre álló megfigyelőeszközökkel pontosan nem is mérhető) változás képes teljesen ellensúlyozni a megduplázódott légköri szén-dioxid melegítő hatását. Két egyszerű példa ilyen változásra: a felhővel borított terület növekedése és a felhőrészecskék átlagos méretének csökkenése, ezzel együtt a felhőrészecskék számának növekedése, ami akkor következhet be, ha a felhőkondenzációs magok száma nő. A felhő ésszerűen pontos ábrázolása a klímaszimulációk egyik legnehezebb és legfontosabb feladata. A felhő pontos szimulációja egyszerűen lehetetlen az éghajlati modellekben, mivel ehhez 1 mm-nél kisebb léptékű folyamatok számítása lenne szükséges. Úgyhogy a felhőket parametrizált módszerekkel ábrázolják az éghajlati modellekben. Elég pontosak ezek a módszerek? Nem. Ha valaki komolyan tanulmányozza a felhők tulajdonságait és a felhőképződésben és a felhőeloszlásban szerepet játszó folyamatokat, és összehasonlítja azokat az éghajlati modellekben alkalmazott felhőszámítással, akkor nagy valószínűséggel meghökkenne, milyen felületesen kezelik a felhőket a modellekben. A felhők parametrizált ábrázolásai ad hoc jellegűek. Úgy hangolják, hogy ún. átlagos felhőtakarót hoznak létre, olyant, amely némileg hasonlít a jelenlegi éghajlat esetén láthatóhoz. Elvárhatjuk-e, vagy el kell-e várnunk a modellezőktől, hogy ésszerű pontossággal szimulálják a felhőborítottságot és a felhősajátságokat a „megduplázódó légköri szén-dioxid” forgatókönyvben? Nem. Tudom, hogy az elmúlt években kifinomult felhőmodelleket fejlesztettek ki. Sajnos azonban, függetlenül attól, hogy milyen kifinomultságot értek el, a felhők nettó hatása a jövő klímájára nem jelezhető értelmesen előre anélkül, hogy nem tudnánk, hogyan változik a jövőben a felhőképződéshez nélkülözhetetlen szuper apró részecskék jelenléte a légkörben. És ezt a gyakorlatilag lehetetlen megoldani.

Záró megjegyzések

A fenti értekezés fő üzenete: a légköri vízgőzt meghatározó folyamatok és felhőeloszlások megjelenítésében az összes klímaszimulációs modell (még azok is, amelyek a konvekciós mozgások és felhők legjobban parametrizált ábrázolási sémájával rendelkeznek) nagyon nagyfokú önkényességtől szenved. Mivel az éghajlati modelleket úgy hangolják, hogy olyan időátlagos légköri vízgőzeloszlást és felhőborítottságot állítsanak elő, amely a legjobban hasonlít a megfigyelt klimatológiai jellemzőkhöz, mégsem adják vissza a megfigyelt eloszlásokat (főleg, ha a pillanatnyi eloszlást és az időbeli változékonyságot vizsgáljuk). Nincs tehát okunk megbízni az előrejelzéseikben/jóslataikban. A sok összetett folyamatot állítólagosan jól leíró paraméterek állandó értéken tartása esetén a valós éghajlati rendszerben meglévő számos nemlineáris folyamat hiányozni fog a modellekből (vagy erősen torzul). Tévhit azt hinni, hogy azok a szimulációs modellek, amelyekből hiányoznak a valós éghajlati rendszerben fontos nemlineáris folyamatok, az éghajlatváltozásnak akár előjelét, akár irányát helyesen meg tudnák jósolni.

Magyar fordítás: Szarka László Csaba, lektorálás: Mersich Iván