A makro– és mikroklíma hatása a növénytermelésre - szeNyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar Matematika, Fizika és Informatikai Intézet

Nyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar

Matematika, Fizika és Informatikai Intézet

A makro- és mikroklíma hatása a növénytermelésre

(Fitoklimatológia)

Írta

Varga-Haszonits Zoltán—Varga Zoltán

A makro– és mikroklíma hatása a növénytermelésre

MOSONMAGYARÓVÁR 2006

Nyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar

Matematika, Fizika és Informatikai Intézet

A makro- és mikroklíma hatása a növénytermelésre

(Fitoklimatológia)

Dr. Varga–Haszonits Zoltán professor emeritus, MTA doktora

Dr. Varga Zoltán

egyetemi docens, PhD

Mosonmagyaróvár 2006

Tartalom Bevezetés

1. AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS A NÖVÉNYEK.................................... 1

1.1 Az éghajlati rendszer, éghajlatalakító tényezők.............................................................. 1 A Föld energiamérlege ........................................................................................................... 1 Az üvegházhatású gázok ........................................................................................................ 4 Az aeroszolok......................................................................................................................... 7 Irodalom ................................................................................................................................. 7

1.2 Az éghajlati rendszer változékonysága ............................................................................ 8 Éghajlati változékonyság........................................................................................................ 8 Az éghajlatváltozás lehetősége............................................................................................. 10 Az éghajlatváltozás kialakulása és hatásai ........................................................................... 14 Az éghajlatváltozás felismerésének problémái .................................................................... 15 Az éghajlatváltozás következményei ................................................................................... 16 A lehetséges társadalmi reagálások...................................................................................... 17

1.3 Az éghajlati rendszer és a mezőgazdasági termelés közötti kölcsönhatás .................. 20 Az éghajlati viszonyok ......................................................................................................... 20 Az éghajlati hatások formái.................................................................................................. 23 Az éghajlatra ható mezőgazdasági tevékenységek............................................................... 25

1.4 Az éghajlati rendszer növénytermelésre gyakorolt hatásának elemzése .................... 28 A földtörténeti korok éghajlatváltozásainak hatásai ............................................................ 28 Az éghajlat és a biomok ....................................................................................................... 30 Az éghajlat és az agroökoszisztéma ..................................................................................... 32

2. AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS.......................... 36

2.1 Az éghajlati viszonyok tér- és időbeli jellemzői ............................................................. 36 Sugárzási viszonyok............................................................................................................. 36 Hőmérsékleti viszonyok....................................................................................................... 42 Nedvességi viszonyok .......................................................................................................... 50

2.2 Az éghajlati elemek által meghatározott időszakok...................................................... 63 A napsugárzás által meghatározott periódusok.................................................................... 63 A hőmérséklet által meghatározott periódusok.................................................................... 67 Száraz és nedves időszakok.................................................................................................. 74

2.3 Éghajlati körzetek, éghajlati potenciál........................................................................... 83 Agroklimatológiai körzetek.................................................................................................. 83 Éghajlati potenciál................................................................................................................ 88 A zöld növények sugárzáshasznosítás.................................................................................. 90

3. AZ ÉGHAJLAT, MINT KOCKÁZATI TÉNYEZŐ................................. 97

3.1 Áttelelési viszonyok .......................................................................................................... 97 Téli alacsony hőmérsékletek ................................................................................................ 99 Havazás és hótakaró ........................................................................................................... 101 A fagyok évenkénti előfordulásának jellemzői .................................................................. 107 Az éven belüli változékonyság........................................................................................... 107 Az évi átlagok változékonysága......................................................................................... 109 A nyári félév magas maximum értékei .............................................................................. 110 Nikto- és fotohőmérsékletek magas értékei ....................................................................... 112 A magas nikto- és fotohőmérsékletek éven belüli változékonysága.................................. 113 Az évi átlagok változékonysága......................................................................................... 114 A hőmérsékleti ingás változékonysága .............................................................................. 114 Erős besugárzás .................................................................................................................. 115

3.3. A nedvesség okozta extrém hatások ............................................................................ 117 Belvíz ................................................................................................................................. 117 Nagyintenzitású csapadékok .............................................................................................. 120 Aszály................................................................................................................................. 122

4. AZ ÉGHAJLAT, MINT HATÓTÉNYEZŐRENDSZER ....................... 128

4.1 Az éghajlati elemek hatása a növényekre .................................................................... 128 Az üvegházhatású gázok és a növények ............................................................................ 128 A napsugárzás hatása a növényekre ................................................................................... 132 A hőmérséklet hatása a növényekre ................................................................................... 140 A vízellátottság hatása a növényekre ................................................................................. 149

4.2 Az éghajlat és a növényi életfolyamatok ...................................................................... 158 Az éghajlat hatása a növényfejlődésre ............................................................................... 158 Az egyes meteorológiai tényezők hatása a növényfejlődésre ............................................ 163 Az éghajlat hatása a növények növekedésére..................................................................... 167 A meteorológiai tényezők hatása a szerves anyag termelésre............................................ 171 Az éghajlat hatása a terméshozamokra .............................................................................. 177 A terméshozamok agroklimatológiai elemzése.................................................................. 178

4.3 Az éghajlat és az agrotechnika...................................................................................... 187 Az éghajlat hatása a talajművelésre ................................................................................... 187 Az éghajlat hatása a műtrágyázásra ................................................................................... 190 Az éghajlat hatása az öntözésre.......................................................................................... 193

4.4 az éghajlat és a növényvédelem..................................................................................... 199 A kórokozók fellépését befolyásoló tényezők ................................................................... 199 Az időjárás-kórokozó kapcsolat modellezése .................................................................... 203 Az egyes meteorológiai tényezők hatása a kórokozók és a kártevők életfolyamataira...... 203 A meteorológiai tényezők hatása a betegségek és kártevők terjedésére ........................... 210

Tárgymutató ......................................................................................................................... 217

Bevezetés Ebben a jegyzetben az éghajlatot, mint a növénytermesztés erőforrását, kockázati tényezőrendszerét és hatótényezőrendszerét mutatjuk be. Ugyanakkor a címében azért nem az éghajlat, hanem a makro- és mikroklíma növényekre gyakorolthatása szerepel, mert szerettünk volna már a címben utalni arra, hogy ebben a jegyzetben a hangsúly az éghajlat növényekre gyakorolt hatásának elemzésén van, kiemelten hangsúlyozva, hogy az éghajlat változékony rendszer. Tulajdonképpen az éghajlatnak egyetlen igazán állandó tulajdonsága van, ez pedig a változékonyság. Amikor egy természeti jelenség hatásáról akarunk beszélni, akkor célszerű először magát a jelenséget a lehető legnagyobb pontossággal meghatározni. Az éghajlat azonban rendkívül bonyolult, összetett rendszer, ezért esetében ezt nem könnyű megtenni. Már sokan és sokféleképpen definiálták, de egyetlen pontos és általánosan elfogadott meghatározása nincs. Ezenkívül az éghajlat definiálása – mint minden más természeti jelenség meghatározása – magában hordozza azt az ellentmondást, hogy mielőtt megvizsgálnánk, pontosan meg kellene fogalmazni, hogy mi is az, amit vizsgálni akarunk. Ugyanakkor éppen azért vizsgáljuk, mert nem ismerjük elég pontosan és szeretnénk jobban megismerni. Ezért a definiciót úgy kell értelmezni, mint egy adott ismereti szinten megadott meghatározást, amelyet ismereteink gyarapodásával és mélyülésével bizonyos időközönként módosítani kell. Az elmondottak figyelembevételével az éghajlatot a következőképpen határozhatjuk meg: Az éghajlat egy adott helyen, hosszabb időszak (rendszerint néhány évtized) alatt a környezetével állandó kölcsönhatásban lévő légkör egymáshoz kapcsolódó tulajdonságainak és folyamatainak a rendszere (Varga-Haszonits Zoltán: Agrometeorológia, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest,1977, 14. oldal). Ennek a rendszernek a változékonyságát és az agroökoszisztémákra gyakorolt hatását elemeztük. Az éghajlat tehát rendszer, mégpedig az agroökoszisztémák környezetének legváltozékonyabb rendszere. Mivel az emberiség története során először fejlesztett ki olyan technikai eljárásokat, amelyek jelentős energia-felhasználással járnak, s ennek az energiának az előállításához szükséges anyagok elégetése során üvegházhatású gázok kerülnek a légkörbe, a jövőben számolnunk kell azzal, hogy az emberi tevékenység hatására az éghajlati rendszerben változások állhatnak be. Egy esetleges éghajlatváltozás lehetősége pedig befolyással lesz az agroökoszisztémákra, s ezen keresztül az élelmiszertermelésre. Ezért tulajdonítottunk fontosságot annak, hogy e jegyzetben - ahol arra lehetőség nyílt - rámutassunk az éghajlat esetleges megváltozásának várható következményeire. Ugyanis ezekhez a következményekhez alkalmazkodni kell, vagy kedvezőtlen hatásukat – amennyiben lehetséges – enyhíteni kell. Fontos tehát, hogy megismerjük az éghajlat növényekre gyakorolt hatását, s azt is, hogy a változó éghajlati viszonyoknak a növények termesztésére vonatkozóan milyen várható következményeik lesznek. Mosonmagyaróvár, 2006. szeptember 1. A szerzők

AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS A NÖVÉNYEK

A mezőgazdaság történelmi idők kezdetétől az emberi civilizáció alapja volt és az is maradt. A letelepedett ember számára az adott helyen kellett megtermelnie a szükséges élelmet. Ez a termelési folyamat a növénytermesztésre épül, amelynek során a gazdaságilag hasznos növények a napsugárzás energiáját megkötik és azzal az emberek és a haszonállatok táplálkozásához nélkülözhetetlen szénhidrátokat állítanak elő. A növénytermesztés és az állattenyésztés által megtermelt élelmiszermennyiség tartja fenn a Föld lakosságát. Mivel a lakosság fokozatosan növekszik, ennek arányában növelni kell az élelmiszertermelést is, hogy a lakosság számára a szükséges élelem mindig rendelkezésre álljon. Ha ez nem sikerül, vagy valamilyen okból (nem tudják megvásárolni) nem jut el a lakossághoz a szükséges élelem, akkor az emberek éhezni fognak. A növénytermesztés a világon mindenütt a szabad ég alatt történik, ezért ki van téve a légkörben uralkodó meteorológiai viszonyoknak, hosszabb időszakot figyelembe véve pedig az adott hely éghajlati viszonyainak. Ezért az éghajlat a növénytermesztés egyik legfontosabb meghatározó tényezője, amely a vetéstől az érésig befolyással van a növények életére. S emiatt egyúttal az éghajlat az emberiség egyik legfontosabb természeti erőforrása, amely a növénytermesztés számára feltételrendszerként szolgál, amelyet hasznosítani lehet, ugyanakkor kedvezőtlen hatásaival kockázati tényező is lehet. Arra kell törekedni, hogy a kedvezőtlen hatásokat enyhítsük vagy elkerüljük. Lényegét tekintva az éghajlati rendszer a légköri tényezőknek egy olyan rendszere, amely a vetéstől az érésig állandó befolyást gyakorol növények életére és évről-évre bekövetkező változásaival a terméshozamok ingadozásait idézi elő. Fontos tehát az, hogy az éghajlatot és a növényekre gyakorolt hatását megismerjük, a benne fellépő jelenségekhez és a benne végbemenő folyamatokhoz, változásokhoz minél jobban alakalmazkodjunk, hogy az emberiség számára szükséges élelem folyamatosan biztosítva legyen.

1.1 Az éghajlati rendszer, éghajlatalakító tényezők Az éghajlati rendszer a légkör állapotát hosszútávon alakító és befolyásoló tényezők és folyamatok egymáshoz kapcsolódó, összefüggő együttese. Éghajlatalakító tényezőnek nevezzük azokat a tényezőket, amelyek hatással vannak a Föld energiamérlegének alakulására, s ezen keresztül a Föld középhőmérsékletének alakulására. A legfontosabb éghajlatalakító tényezők: – a napsugárzás energiája,

– a napsugárzást felfogó felszínek (tengerek, szárazföldek, hó- és jégtakaró, növényzet) és

– az energiaáramlások (általános légkörzés, tengeráramlások).

A Föld energiamérlege A fő éghajlatalakító tényező a napsugárzás, amely ennek a rendszernek a fő energiaforrása és az egész rendszert működésben tartja. A Napból az energiamennyiség minden irányban kiáramlik. Ha a közepes Nap-Föld távolságnak megfelelő sugarú gömbfelületet képzelünk el,

1


akkor a Föld Nap felé fordított része az egy másodperc alatt kiáramló energiának mintegy egy milliárdod részét kapja (Campbell 1977). A besugárzás. Ez az energiamennyiség elérve a légkör felső határát, belép a légkörbe és halad a földfelszín felé. A légkört alkotó gázok: a nitrogén (78%), az oxigén (21%) és a nemes gázok (1%), valamint az ózon (O3) az ultraibolya sugárzásnak azt a részét, amely sejtroncsoló hatású, ezért káros az élőlényekre, elnyelik és nem engedik a légkör alsó rétegeibe, ahol az élet lehetséges. A napsugárzás többi része kisebb mértékben elnyelődik és szóródik, nagyobb részben áteresztődik a légkörön egészen a földfelszínig (1.1.1. ábra). A Napból érkező sugárzásnak azt a részét, amely a növények szerves anyag termeléséhez szükséges energiát szolgáltatja, a légkör kevés veszteséggel átengedi. A légkör tehát a látható fény tartományában érkező sugárzás, a fotoszintetikusan aktív sugárzás számára „ablakot nyit”.

A napsugárzást felfogó felszínek. A légkörön áthaladó sugárzás a földfelszínt elérve visszaverődik vagy elnyelődik, attól függően, hogy a felszínt milyen közeg alkotja.

A földfelszín mintegy 70%-át víz borítja (hidroszféra), ezért ez a legnagyobb közeg, amely a légkörrel kölcsönhatásban van. A víz a ráeső sugárzás jelentős részét elnyeli, s mivel nagy a hőkapacitása, jelentős mennyiségű hőt képes raktározni.

A fennmaradó 30% szárazföld (litoszféra). A szárazföld több sugárzást ver vissza, mint a víz, kis hőkapacitása miatt azonban gyorsabban felmelegszik és gyorsabban le is hűl, mint a víz.

Az óceánok és a szárazföldek pólusokhoz közeli területein különböző vastagságú hó- és jégtakaró borítja a felszínt (krioszféra), amelynek kiterjedése évszakonként változik. Itt a nagy sugárzásvisszaverő képesség a jellemző.

Az óceánok, a szárazföldek és a légkör adnak helyet az élővilágnak (bioszféra), amelyből a napsugárzás felszíni visszaverésében vagy elnyelésében elsősorban a növénytakaró játszik szerepet.

A különböző felszínek jelentősége abban van, hogy eltérő fizikai tulajdonságaik miatt különböző mennyiségű energiát nyelnek el, különböző mennyiségű energiát képesek magukban tárolni és különbözőképpen melegszenek fel.

1.1.1. ábra. A besugárzás és kisugárzás útja a légkörben.

A Föld kisugárzása. A különböző felszínek által elnyelt hő hatására a földfelszín felmelegszik. A felmelegedett földfelszín a nála hűvösebb bolygóközi tér felé hőmérsékleti

2


(hosszúhullámú) sugárzást bocsát ki. Ennek a hosszúhullámú sugárzásnak ugyancsak a légkörön kell áthaladnia, így a légkör összetételétől függően a sugárzás különböző hányadát engedi át vagy tartja vissza.

Ha a Föld légkörében nem lenne vízgőz, széndioxid, s más olyan üvegházhatású gázok, amelyek a hosszúhullámú sugárzás jelentős részét nem engedik eltávozni, akkor a Föld középhőmérséklete –18 fok lenne (Hartmann 1994). Jelenlegi légköri összetétel mellett a Föld középhőmérséklete 15 fok. A légkörben található vízgőz, széndioxid és egyéb üvegházhatású gázok tehát azzal, hogy elnyelik és visszasugározzák a földfelszínre a hosszúhullámú sugárzást, a Föld középhőmérsékletét mintegy 33 fokkal emelik. Ez a hatás úgy érvényesül, mintha a légkör „hőtakaró”-t terítene a felszín fölé. Ezt a hatást nevezzük „üvegházhatás”-nak, mert a légkör ugyanúgy, mint az üveg a rövidhullámú sugárzást átengedi, de a hosszúhullámú kisugárzást nem engedi távozni, s ezzel emeli a hőmérsékletet. Ez tapasztalható az üvegházakban is, innen az elnevezés.

Amint az 1.2 fejezetben be fogjuk mutatni Houghton (2004) számítása szerint azonban a vízgőz és az üvegháuhatású gázok hiányában a Föld középhőmérséklete -6 fok volna, vagyis az üvegházhatás eredményeknét a Föld középhőmérséklete 21 fokkal lett magasabb. Ez utóbbi számítás tűnik reálisabbnak. Akár a 21 fokos hőmérséklet-emelkedést, akár a 33 fokos hőmérséklet-emelkedést vesszük figyelembe, ez a hatás a földi élet szempontjából meghatározó.

Egyensúlyi hőmérséklet. Azt a hőmérsékletet, amely úgy alakul ki, hogy a földfelszín ugyanannyi sugárzást nyel el, mint amennyit kisugároz, egyensúlyi hőmérsékletnek nevezzük. Ezt a hőmérsékletet tekintjük a Föld középhőmérsékletének. Addig, amíg ezt a rendszert semmilyen kényszer ki nem mozdítja jelenlegi állapotából a Föld középhőmérséklete viszonylag állandó marad, a különböző éghajlattípusok jellege és földrajzi eloszlása lényegében nem változik. Ha viszont több energia áramlik be, mint amennyi energia kiáramlik vagy kevesebb energia áramlik ki, mint amennyi beáramlik, akkor az egyensúlyi hőmérséklet magasabb lesz. Ha pedig kevesebb energia áramlik be, mint amennyi kiáramlik vagy több energia áramlik ki, mint amennyi beáramlik, akkor az egyensúlyi hőmérséklet csökken. Mindkét esetben várható, hogy az egyes éghajlattípusok jellege és földrajzi eloszlása is módosulni fog.

Az energiaáramlások. A földfelszínre érkező energiamennyiség nem egyformán oszlik el a Föld Nap körüli keringése, tengelyének dőlésszöge és tengelye körüli forgása következtében. A legtöbb energia az egyenlítő körüli területekre érkezik, s a leérkező energiamennyiség a pólusok felé haladva fokozatosan csökken.

A földfelszínen kialakult egyenlőtlen energiaeloszlás következtében a légkörben kiegyenlítő mozgások indulnak meg, amelynek hatására kialakul az általános légkörzés. Az általános cirkuláció alkotta légkörzési rendszerben hazánk a nyugati szelek övezetében fekszik, s ez az oka annak, hogy a tőlünk legtávolabb fekvő tenger, az Atlanti óceán gyakorolja éghajlatunkra a legjelentősebb hatást.

A tengerek egyenlőtlen felmelegededésének hatására ott is megindul a víztömegek mozgása és kialakulnak a tengeráramlások, amelyben az általános légkörzés által létrehozott szeleknek is jelentős szerepe van.

Az Atlanti óceánban a Golf áram melegítő hatása érvényesül. Ez a nyugati szelek segítségével érezteti hatását hazánk éghajlatában is. A hatás elsősorban a téli hónapok enyheségében nyilvánul meg. A januári középhőmérsékletek közel 4 fokkal magasabbak hazánkban, mint amennyinek a földrajzi szélesség miatt kellene lenniök (1.1.2. ábra). A Golf áramlásban bekövetkező változások ezért érintenék hazánk éghajlatát is. Esetleges megszűnése teleink zordabbá válásában jelentkezne, ami a növények áttelelését nehezítené.

3


1.1.2. ábra. A januári középhőmérsékletek eltérése a sokévi átlagtól.

A napsugárzás, a légkör és az élet. A légkörbe érkező napsugárzásnak az ultraibolya tartományba eső része, különösen a rövidebb hullámhosszúságú sugarak, magasabb energiatartalmuk miatt sejtroncsoló hatásúak. A légkör nitrogén, oxigén és ózon molekulái azonban ennek a sugárzásnak jelentős részét elnyelik, s ezáltal a földi élet számára védelmet jelentenek. Mivel ebben a szűrésben az ózon játszik fő szerepet, „ózonpajzs”-nak szokták nevezni.

A légkörben lévő üvegházhatású gázok pedig 10 mikron körüli sugárzást képesek elnyelni. A Föld kisugárzásának jelentős része pedig a 10 mikron körüli hullámhosszakon történik.

Az elnyelt kisugárzás egy részét az üvegházhatású gázok a földfelszín felé sugározzák vissza, ahol ez a többlet hő a hőmérséklet emelkedését idézi elő. Ez a folyamat olyan, mintha az üvegházhatású gázok „takaró”-t (hőtakarót) terítenének a földfelszín fölé, hogy melegebben tartsák. Ezáltal a Földön az élet számára kedvező hőmérsékleti körülmények alakulnak ki.

Az „ózonpajzs” és a „hőtakaró” között van egy „nyitott ablak”, amelyen keresztül a látható fény tartományában érkező fotoszintetikusan aktív sugárzás bejut a légkörbe, s eléri az asszimiláló növényi szerveket, ahol a növények a napsugárzás energiája segítségével szervetlen anyagokból (széndioxid, víz stb.) olyan szerves anyagokat állítanak elő, amelyek az állati és emberi táplálkozás alapjául szolgálnak. A légkör tehát olyan rendszer, amely megvédi az életet a káros besugárzástól, a kisugárzást mérséklő hatásával pedig kedvező hőmérsékleti feltételeket teremt az élet számára, s lehetővé teszi, hogy az asszimilációhoz nélkülözhetetlen sugárzás eljusson az asszimiláló növényi szervekhez. Ügyelni kell tehát arra, hogy ez a rendszer ne sérüljön, mert ez biztosítja az élet és a táplálék előállítása számára kedvező körülményeket.

Az üvegházhatású gázok Az üvegházhatás azt jelenti, hogy a légkörben vannak olyan gázok, amelyek a Napból

érkező rövidhullámú és a látható fény tartományában érkező sugárzást kevés veszteséggel átengedi. A felmelegedett földfelszín által kibocsátott hosszúhullámú sugárzást viszont jelentős részben elnyeli és részben visszasugározza a földfelszínre hőtöbbletet biztosítva ezzel a talaj és az alsó légrétegek számára. Elnevezését onnan kapta, hogy ugyanígy viselkedik az üvegház is, mivel az üveg a napból érkező rövidhullámú sugárzást beengedi az üvegházba, de

4


az üvegház talaja által kisugárzott hőt az üveg visszatartja, s ezáltal többlet hőt biztosít az üvegház számára (1.1.3. ábra)

1.1.3. ábra. Üvegházhatás az üvegházban és a légkörben (Rosenzweig és Hillel 1998) Üvegházhatású gáznak nevezzük azokat a gázokat, amelyek elnyelik az infravörös spektrumnak egy részét jelentő 10 mikron körüli (8-14 mikron közötti) hullámhosszúságú sugárzást, amelyen a Föld a bolygóközi térbe kisugároz. Már nagyon korán felismerték a széndioxidot, mint üvegházhatású gázt. Ennek a légköri koncentrációja gyors ütemben növekszik. Ma már más olyan üvegházhatású gázokat is ismerünk, amelyeknek koncentrációja az utóbbi időben ugyancsak növekszik. Ilyenek a metán (CH4), a dinitrogén oxid (N2O), a halogénezett szénhidrogének, a freonok (CFC-11 és CFC-12) és maga az ózon (O3) is. A vízgőz (H2O) ugyancsak ide tartozik. Vannak olyan gázok is, amelyek nem üvegházhatású gázok, mint a szénmonoxid (CO) és a nitrogén oxid (NO), de amelyek kémiai reakciókon keresztül üvegházhatású gázokat képesek létrehozni. Széndioxid. A légkörben lévő széndioxid-koncentráció az iparosodás előtti 280 ppm értékről napjainkig 360 ppm értékre emelkedett, ami megközelítőleg 30%-os emelkedést jelent. Ez megváltoztathatja a Föld sugárzással kapcsolatos viselkedését, s azután az éghajlatot is, mégpedig azáltal, hogy megváltoztatja a légkörnek a rövidhullámú napsugárzással és a hosszuhullámú kisugárzással szembeni áteresztőképességét. A légkör alsó rétegeinek melegebbé válási folyamata – mint már említettük – a széndioxid és más üvegházhatású gázok infravörös sugárzással kapcsolatos viselkedésének a következménye, amelyet „üvegházhatás”-nak szokás nevezni. Ennek a felmelegedési folyamatnak az időzítése, az intenzitása, de jelenleg még a létezése is erősen vitatott (Witwer 1995). Mindazonáltal van néhány általánosan elfogadott tény. A légköri széndioxid-tartalom növekszik, ez dokumentált tény. A Manua Loa-i mérések 12%-os növekedést mutatnak, ami az 1959-ben mért 316 ppm-ről az 1990-ben mért 354 ppm-re való emelkedést jelenti. A jelenlegi növekedés 0,5% vagyis 1,6 ppm/év. A légköri széndioxid mennyiségének előrejelzésére kidolgozott modellek a 21. század második felére a légköri széndioxid-tartalom megduplázódását prognosztizálják. A másik tény, hogy a növekedés valóban globális. Ez azt mutatja, hogy a légkör hatékonyan teríti szét a kibocsátott széndioxidot, függetlenül attól, hogy a forrás természetes vagy az ember által létrehozott. Egy újabb jól ismert tény, hogy a Mauna Loa-i mérések a légköri széndioxid évi ingadozását mutatják. Bár a széndioxid átlagos szintje az évek folyamán emelkedik, vagy egy jellegzetes évi ingadozás. A széndioxid-tartalomnak télen van a maximuma. Ennek oka a növényi asszimiláció hiánya, amelynek során a növények a légkörből széndioxidot vonnak ki. Ehhez járul még télen a fűtésből származó többlet széndioxid. Tavasszal a vegetáció

5


megindulása után a széndioxid-tartalom elkezd csökkenni. Ez a csökkenés a nyári hónapokban folytatódik, hiszen ekkor a legdúsabb a növényzet, s a legerősebb a széndioxid-assszimiláció. Különösen igaz ez az északi féltekére, ahol a legnagyobb a szárazföldek aránya és így a legnagyobb a növénytakaró. Ennek hatására a vegetációs periódus végére lesz a legkisebb a légkör széndioxid-tartalma. Majd ezt követően a növényzet pusztulásával a széndioxid-tartalom ismét növekszik, egészen a tél közepéig, amikor eléri a maximumát. Ez az ingadozás évről-évre megismétlődik, s az ingadozás amplitudója évről-évre még mintegy 0,5%-kal növekszik is, ami azt mutatja, hogy a Földön a biomassza mennyisége vagy állandó vagy inkább még növekszik is, de semmiképpen nem csökken. Metán. A metán (CH4) hatékonyabb üvegházhatású gáz, mint a széndioxid. A lebomlási ideje 7-10 év, ami hosszabb időszakon át redukált hatékonyságúvá teszi, mint üvegházhatású gázt. Mindazonáltal mintegy 1 %-os évi növekedési üteme van a légkörben, ami kétszerese a széndioxid növekedési ütemének. Jelenlegi koncentrációja 1,7 ppm. Mivel azonban a légkörben fotokémiai rekciók útján részt vesz az ózon, a széndioxid és a vízgőz képződésében, az üvegházhatású melegedésben a részesedése mintegy 15 % körüli. Dinitrogén oxid. A dinitrogén oxid (N2O) jelenlegi koncentrációja a légkörben 310 ppb. Évi növekedési üteme évi 0,2%. Hozzávetőlegesen olyan hosszú ideig marad a légkörben, mint a széndioxid. A legtöbb légköri dinitrogén oxid a bioszféra természetes nitrogén ciklusából kerül a légkörbe, amelyben a talajban található denitrifikáló baktériumok és gombák játszanak közre. A légkörben tapasztalható kis mértékű növekedésének a forrása nem állapítható meg pontosan, de hozzákapcsolható a növekvő műtrágya-használathoz és a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséhez az üzemekben és a motorokban. Ezért a dinitrogén oxid növekedése a jövőben is folytatódni fog, mert folytatódik az állandóan növekvő lakosság élelmiszer és energia igénye. Halogénezett szénhidrogének (freonok). A halogénezett szénhidrogének (CFC-11 és CFC-12), amelyeket freon néven ismerünk, az 1960-as évek folyamán kerültek széleskörű használatba a hűtőberendezésekben és szórópalackokban (spraykben). A kémiai jelölésüket onnan kapták, hogy a metánban (CH4) lévő hidrogén atomokat fluor vagy klór atomokkal helyettesítik. A freon gázok kémialilag semlegesek, nem bomlanak szét és nem lépnek vegyi reakcióba más légköri gázokkal. Emiatt sokáig megmaradnak, s ha van utánpótlásuk, akkor egyre növekvő mennyiségben gyűlnek össze. Ez történt a légkörben is, ahol eleinte évi 10-15%-ban növekedett a mennyiségük, de napjainkra már ez a növekedés évi 4%-ra csökkent. Igen hatékony üvegházhatású gázok, mivel elnyelési sávjuk a 10 mikron körüli hullámhossztartományba esik. A lebomlási ütemük lassú, a sztratoszférikus fotolízis az egyetlen eszköz, amellyel a légkörben lebonthatók. Százéve fennmaradási idejükkel minden valószínűség szerint a leghatékonyabb üvegházhatású gázok.

Vízgőz. A vízgőz ugyancsak üvegházhatású gáz. Lényegében légnemű halmazállapotú víz (H2O), láthatatlan, nem azonos a szabadban látható, a látástávolságot rontó párával, mert az parányi, cseppfolyós állapotban lévő cseppecskékből áll. A légkör vízgőztartalma alapvetően a földfelszíni vízek párolgásából származik, s csak igen kis része az, amely az élőszervezetek párologtatásából kerül a levegőbe. A felszín közeli rétegekből a vízgőz a konvektív és turbulens emelőmozgások segítségével jut fel a magasabb légrétegekbe.

A vízgőz elsősorban a troposzférában található. A hőmérséklet magassággal való csökkenése miatt a vízgőz lehűl és még a troposzférában kicsapódik. A vízcseppek felhőkké állnak össze, majd visszahullnak a földfelszínre. A vízgőz számára ez „hideg csapda”, amely nem engedi meg, hogy a vízgőz a légkörből eltávozzon. A sztratoszférába is csak nagyon kevés vízgőz kerül. Emiatt a sztratoszféra száraz. A vízgőz másik fontos jellemzője az, hogy a hőmérséklet emelkedésével nemcsak a párolgás intenzitása növekszik meg, hanem a levegő párabefogadóképessége is. Ezért a légkör

6


vízgőztartama – amennyiben a párolgás számára az utánpótlás biztosítva van – folyamatosan növekszik. Mivel a vízgőz üvegházhatású gáz, ezért légköri koncentrációjának a növekedésével a hőmérséklet tovább növekszik. A növekvő légköri vízgőztartalom tehát a hőmérséklet emelkedése szempontjából pozitív visszacsatolást jelent, azaz a megkezdett felmelegedési folyamatot tovább erősíti.

Az aeroszolok A légkörben található és a sugárzást befolyásoló anyagok között fontos szerepet játszanak még a levegőben lebegő szilárd részecskék, az aeroszolok. A szárazföldek felett a szél emelőmozgása segítségével jutnak a levegőbe porszemek, az ipari és háztartási tüzelésből, valamint az erdő- és bozóttüzekből korom, a növényekről spórák, pollenek stb. Az aeroszolok azonban leggyakrabban a tengervízből keletkeznek, amikor kisebb cseppek a tenger felszínéről a levegőbe jutnak, ahol a víz elpárolgása után visszamarad a sószemcse. Az aeroszolok mérete változatos. Általában a levegő molekuláknál kissé nagyobb mérettől egészen néhány tíz mikrométer nagyságúak lehetnek. A 20 mikronnál nagyobbak a gravitáció hatására hamar kihullanak a levegőből. Többnyire a kisebb méretű aeroszolok dominálnak a levegőben. Az aeroszolok a napsugarak visszaverésében játszhatnak szerepet. A legnagyobb hatásuk a tengervízből származó kéntartalmú részecskéknek van, amelyeknek a felhőképződésben van jelentőségük. Ezek növelik a felhőzet albedóját, s ezzel csökken a felszínre érkező energia mennyisége. A vulkánkitörések is jelentős mennyiségű hamut és egyéb szilárd szemcséket képesek bejuttani a levegőbe. Ezek az anyagok feljutnak egészen a sztratoszférába. A nagyobb részecskék rövid idő után kihullanak, de az apróbbak hosszú ideig a levegőben maradhatnak. Ezek a hamú és részecske felhők a kitörés után szétterjednek a magas légkörben, s erőteljes sugárzáscsökkentő hatásukkal jelentős hatást gyakorolnak a meteorológiai viszonyokra. Nevezetes az indonéziai Tambora vulkán 1815-ben történt kitörése, amelynek során mintegy 150 km3-nyi hamú és szilárd részecske került a levegőbe. A kitörés ereje olyan nagy volt, hogy 50 km-es magasságba is képes volt részecskéket feljuttatni. Néhány hónap alatt a vulkáni felhő szétterjedt az egész Földön, s hatását Európában is lehetett észlelni. A részecskék két éven át fennmaradtak a sztratoszférában. Feljegyezték, hogy a kitörés utáni évben (1816-ban) nem volt nyár Európában és Észak-Amerikában, mert az átlagosnál sokkal hűvösebb volt. Észak-Amerikában szokatlan tavaszi és nyáreleji fagyok voltak, New Englandban pedig 15 cm-es hótakaró volt június második hetében. Nem állítható azonban, hogy ezek a rendellenességek kizárólag a Tambora vulkán kitörésének voltak tulajdoníthatók, mert az egész évtized (1810-1820) valamivel hidegebb volt az átlagosnál.

Irodalom Campbell, I.M. (1977): Energy and atmosphere. A physical–chemical approach. John Wiley and Sons LTD, London. Hartmann, D.L. 1994: Global Physical Climatology. Academic Press, New York, 411 oldal. Houghton, J. 2004: Global Warming. The Complete Briefing. Third Edition, Cambridge University Press, Cambridge, 351 oldal. Rosenzweig, C., D. Hillel (1998): Climate Change and the Global Harvest. Potential Impact of the Greenhouse Effect on Agriculture. Oxford University Press, Oxford. 324 oldal. Wittwer S.H. (1995): Food, Climate and Carbon Dioxide. The Global Environment and World Food Production. Lewis Publisher, New York, 236 oldal.

7

AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.2 Az éghajlati rendszer változékonysága Mivel az éghajlati viszonyok esetében hosszabb időszakokról van szó, azokat az egymás után következő állapotokat leíró éghajlati (meteorológiai) elemek átlagaival szokták jellemezni. A megfigyeléseket és méréseket naponta végzik, s az egymásra következő napokban mért meteorológiai elemekből számítanak dekád, havi, évi és évtizedes átlagokat. Az átlagokkal jellemzett éghajlat azonban a valóságban nem létezik. Mivel az éghajlatot átlagokkal jellemezzük, az éghajlati elemeknek ezek az átlagai könnyen azt a benyomást keltik, mintha az éghajlat állandó lenne. Az éghajlat a valóságban nem állandó, mert az egyes elemeinek az értékei nem ismétlődnek, hanem különböző szélességű tartományokon belül ingadoznak. Ezért azt mondhatjuk, hogy az éghajlat legfontosabb tulajdonsága a változékonyság.

Éghajlati változékonyság Éghajlatingadozás. Amikor az éghajlati elemek értékei egy megadott érték körül ingadoznak, vagy az egymás után következő értékek mutatnak eltéréseket, akkor éghajlatingadozásról beszélünk. Nyilvánvaló, hogy az éghajlatingadozásnak két interpretációja lehetséges: az egyik az évi érték és a sokévi átlag közötti különbség, a másik az egymásra következő évek értékei közötti különbség. Előfordulhat, hogy a két különböző interpretáció ellentétes eredményre vezet. Azonos definició esetén eltérő következtetéseket lehet levonni akkor is, ha különböző változókat használunk. Ugyanazon időszakra (sőt azonos meteorológiai tényezőre is, mondjuk a nedvességre) két különböző változó esetén az egyik mutathat növekvő, a másik csökkenő tendenciát. A klimatológusok közötti vita elsősorban a definició és a változók önkényes megválasztása miatt van, nem pedig az eltérő interpretáció miatt (Schneider és Londer 1984). Amikor az éghajlatingadozást a középértékek körüli ingadozásokkal jellemezzük, az ingadozás abszolút nagyságát a maximum és a minimum közötti különbség adja meg. Természetesen maguk a szélső értékek is változhatnak. A változás lehet valamelyik szélső érték túllépése, ilyenkor éghajlati rekordról beszélünk. Lehet olyan jellegű is, hogy az értékek valamilyen irányban eltolódnak, s ennek megfelelően a szélső értékek is eltolódnak abba az irányba. Ekkor az egyik irányban a szélső értékek körüli értékek gyakorisága megnövekszik, ebben az irányban többször is új rekordok születhetnek. Ugyanakkor a másik szélsőségnél jelentősen kisebb értékek születnek, a gyakran előforduló értékek a középérték irányába visszahúzódnak. Egy idő után a folyamat visszafordul, s a másik irányba növekszik meg a középértéktől vett eltérések száma. Különösen a növénytermesztés szempontjából fontos, hogy ne csak az átlagértékeket, hanem a szélsőértékeket, azok előfordulásának időszakait és gyakoriságait is ismerjük. Tehát nem elég azt tudni, hogy mondjuk egy adott helyen az évi középérték 10 fok, vagy mondjuk a vegetációs periódus középhőmérséklete 7 fok, hanem azt is ismerni kell, hogy mikor és milyen gyakorisággal fordulnak elő bizonyos küszöbérték alatti (pl. –10 fok alatti) és bizonyos küszöbérték feletti (pl. 30 fok feletti) értékek. Mezőgazdasági szempontból ezek sokszor fontosabbak, mint a sokévi átlagok, mert a növények rendszerint az átlagértékekhez közeli viszonyokhoz alkalmazkodnak, s kevésbé toleránsak az attól jelentős eltérést mutató viszonyokkal szemben. Az éghajlat változékonysága időben és térben egyaránt megnyilvánulhat. Az időbeli változékonyságot további két csoportra szokták osztani. Megkülönböztetik:

– az éven belüli változékonyságot és – az évek közötti változékonyságot.

8


A térbeli változékonyság fő jellemzője az, hogy a meteorológiai elemek értékei pontról pontra változnak, ezért a hosszabb időszakra meghatározott átlagaik is eltérnek egymástól. Általában a folytonos meteorológiai elemek értékei nagyobb területre vonatkozóan közel azonos értékűek maradnak. A nem-folytonos elemek értékei azonban már kis távolságon belül is jelentősen eltérhetnek egymástól. Extrém jelenségek. Az agrometeorológiában az extrém jelenségek nemcsak a meteorológiai elemek intenzitás-küszöböt átlépő értékeit, hanem a növények életét befolyásoló küszöbértékek átlépését is magukba foglalják.

Meteorológiai küszöbértékek. A meteorológiai elemeknek a legalacsonyabb vagy legmagasabb értékekhez közeli értékeit nevezzük extrém értékeknek. Az extrém értékeket általában a saját értékeikkel szokták megadni, jelezve, hogy a szélső értéktől számított milyen nagyságú intervallumba esnek. De megadhatók a középértéktől vett eltéréssel is. Az extrém értékeknek fontos jellemzőjük az előfordulási gyakoriságuk is. Az extrém jelenség előfordulhat oly módon, hogy csak egyetlen meteorológiai elem lép túl egy bizonyos értéket (pl. nagy intenzitású zápor = felhőszakadás), s előfordulhat úgy is, hogy egyszerre több meteorológiai elemnél fordul elő extrém érték (pl. a felhőszakadás orkánszerű széllel és jégesővel jár együtt). Ez utóbbi esetben a szűkebb értelemben vett extrém jelenségről van szó. Amikor tehát egyes meteorológiai elemek értékei meghaladnak valamilyen intenzitás-küszöböt, akkor extrém értékekről, ha több elem intenzitás-küszöbének a túllépése egyszerre fordul elő, akkor – a szűkebb értelemben vett – extrém jelenségekről beszélünk. Tágabb értelemben az extrém jelenség fogalmába magukat a meteorológiai extrém értékeket is bele kell érteni. Kockázati tényezők. Mezőgazdasági szempontból azért kell a szélső értékeknek kiemelt jelentőséget tulajdonítani, mert a növények általában a legnagyobb gyakorisággal előforduló középérték körüli viszonyokhoz alkalamazkodnak, ezért az azoktól eltérő értékekre, különösen, ha nagy az eltérés, kedvezőtlen következményekkel reagálnak. Ezért amikor a haszonnövények termesztéséről van szó, akkor az extrém jelenségek – a várt bevétel elmaradása következtében vagy a védekezési költségek miatt – gazdasági szempontból kockázati tényezőt is jelenthetnek. Növényi küszöbértékek. Az agrometeorológiában nem csak akkor beszélünk extrém jelenségekről, ha a meteorológiai elemek a szélső értékekhez közeli értékeket vesznek fel, hanem akkor is, amikor a növényi élet szempontjából fontos küszöbértékeket meghaladnak. Ilyen érték lehet az, amelynél

– télen az áttelelő növények kifagynak, – tavasszal fagykárt szenvednek, – a fotoszintézis intenzitása nullára csökken, – intenzív, a fotoszintézis intenzitását túllépő légzést idéz elő, – a növényi gyökerek már csak nehezen vagy egyáltalán nem tudnak vizet felvenni, – a levegő teljesen kiszorul a talajpórusokból, a gyökerek nem jutnak oxigénhez stb.

Természetesen több más, meteorológiai és növényi szempontból fontos küszöbérték is létezik, itt csak néhány gyakrabban előforduló küszöbértékre hívtuk fel a figyelmet. Speciális értékek. Vannak olyan meteorológiai jellemzőértékek is, amelyek elsősorban növénytermesztési szempontból jelentősek. Ilyen

– a hőmérsékleti összeg, amely azt szeretné kifejezni, hogy a hőmérséklet intenzitásával és tartamával egyszerre hat,

– a nappali középhőmérséklet, amely a fotoszintézis intenzitását befolyásolja, – az éjszakai középhőmérséklet, amely a sötétben végbemenő légzés intenzitására van

hatással, – a napi hőmérsékleti amplitudó, amely a nettó szerves anyag képződéssel mutat

összefüggést,

9


– az evapotranszspiráció, amely a csupasz talaj és a növényzet együttes párolgását fejezi ki stb.

Mivel ezek az agrometeorológiai értékek szorosan kapcsolódnak valamilyen növényi tulajdonsághoz vagy életfolyamathoz, szélső értékeik még fokozottabb jelentőségűek.

Az éghajlatváltozás lehetősége

Éghajlatváltozásról akkor beszélhetünk, ha az éghajlati elemek ingadozásának tartományai vagy a magasabb vagy az alacsonyobb értékek irányába észrevehető módon eltolódnak és ez az állapot hosszabb időszakon át fennmarad. Az éghajlatváltozást nagyon nehéz definiálni, s nehéz megkülönböztetni az éghajlatingadozástól. Előfordulhat, hogy az ingadozás tartománya jelentősen eltolódik a magasabb értékek irányában, s ott hosszabb ideig fennmarad. Ezt önmagában éghajlatváltozásnak lehet tekinteni. Azonban nem lehet kizárni, hogy egy hosszabb időszak elteltével az ingadozás intervalluma az alacsonyabb tartományokba helyeződik át. Ez esetben a két egymásutáni időszakot együtt figyelembe véve ismét csak éghajlatingadozásról beszélhetünk.

A jelenlegi mérések szerint a Földre áramló energia mennyisége nem változik. Változik azonban a légkörben lévő üvegházhatású gázok mennyisége, valamint a légköri aeroszol koncentráció.

Az üvegházhatású gázok hosszú élettartamúak. Ha egyszer a légkörbe kerülnek, akkor ott maradnak évtizedekig vagy esetleg évszázadokig. Ez azt jelenti, hogy ha a kibocsátásuk változatlan vagy növekvő intenzitással folytatódik, akkor a légköri koncentrációjuk is hosszú ideig növekszik még az elkövetkező időkben és a Föld melegebbé válik. De még a csökkenő mértékű kibocsátás esetén is számolni kell hosszabb idejű légköri tartózkodásukkal. Ez arra hívja fel a figyelmet, hogy hamarosan tennünk kell valamit annak érdekében, hogy megkezdjük a kibocsátás csökkentését. Az aeroszolok hamarabb kihullanak a légkörből. Velük ezért rövidebb ideig kell számolni, azonban szem előtt kell tartani, hogy az üvegházhatású gázokkal együtt mindig kerül szilárd anyag is a levegőbe. Szerepük kettős. Egyrészt visszaverik a beérkező sugárzás egy részét, másrészt mint a felhőképződés nélkülözhetetlen anyagai, segítik a felhők kialakulását, amelyek a beérkező sugárzást ugyan erőteljesen visszaverik, de a földi kisugárzást nem engedik távozni, ezért hozzájárulnak az üvegházhatás növeléséhez. A légkör összetételének változása tehát hatással van a besugárzási és kisugárzási viszonyok alakulására. Az üvegházhatás fizikai törvényeken alapszik. Ezért joggal feltételezhető, hogy az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjának a növekedése a Föld középhőmérsékletének emelkedéséhez vezet.

Vizsgáljuk meg először azt, hogy ha a légkörben nem lennének üvegházhatású gázok, hogyan alakulna a Föld középhőmérséklete. Aztán azt elemezzük, hogy az ipari forradalom kezdete óta hogyan alakult a légköri szén-dioxid koncentráció és hogyan a Föld középhőmérséklete.

A Föld középhőmérséklete üvegházhatású gázok jelenléte nélkül. Tételezzük fel, hogy a légkör alapvetően kétatomos nitrogén és oxigén molekulákból áll, tehát üvegházhatású gázokat nem tartalmaz. Ezek a molekulák nemcsak a rövidhullámú sugárzás, de a látható fény tartománya és a hosszúhullámú sugárzás szempontjából is átlátszóak. Először ebben az esetben kell meghatározni a Föld középhőmérsékletét, amelyet Hartmann (1994) gondolatmenete alapján mutatunk be. Egy test egyensúlyi hőmérséklete esetén annyi energiát sugároz ki, amennyi energiát elnyel, vagyis

Napsugárzásból elnyelt energia = Kisugárzott energia

10


1.2.1. ábra. A Földre érkező napsugárzás

Először adjuk meg a napsugárzásból elnyelt energia mennyiségét. Ehhez szükség van a

közepes naptávolság esetén a napsugárzásra merőlegesen elhelyezett 1 m2 felületre érkező energiamennyiség (napállandó = S0) ismeretére. Ez a mennyiség ismert, mert méréssel és számítással egyaránt meghatározható. A bolygóra érkező energiamennyiség meghatározásához ismerni kell a bolygó napsugárzás által megvilágított területét. Ez tulajdonképpen annak az „árnyékterület”-nek a nagyságával adható meg, amelyet a Föld a Napból érkező sugárnyalábban létrehoz (1.2.1. ábra). Ez tulajdonképpen a Föld átmérőjének megfelelő nagyságú kör területe (r2π). A Földet körülvevő légkör mérete olyan kicsi, hogy azt az árnyékterület szempontjából nem vesszük figyelembe. A planetáris albedónak (α) megfelelő sugárzásvisszaverődést kell még figyelembe venni, s így

Napsugárzásból elnyelt energia = S0(1- α)ּr2π

Ezután a kisugárzott energia mennyiségét kell meghatározni. Egy fekete test által egységnyi felületen (1 m2) kisugárzott energia mennyiség: σT4. A kisugárzás a Föld teljes felületén (4r2π) történik, mivel a felmelegedett felszín a megvilágított és a sötét területeken egyaránt kisugároz. Vagyis

Kisugárzott energia = 4r2πּσT4 A két energiamennyiséget egymással egyenlővé téve, az egyenlet mindkét oldalát 4r2π-vel

osztva azt kapjuk, hogy

40 T)1(4

Sσ=α−

Ebből a kisugárzó felszín hőmérséklete meghatározható. Az összefüggésbe helyettesítsük

be a Houghton (2004) által megadott értékeket. Először a napállandó értékét (S0=1370 Wּm2) adjuk meg. A visszavert sugárzás (albedo) meghatározásánál abból indulunk ki, hogy a tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkör molekulái a sugárzásnak csak egy kis részét, mintegy 6%-át verik vissza a bolygóközi térbe, a földfelszínről és az óceánok felszínéről pedig körülbelül a sugárzás 10%-a verődik vissza. A tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkörön áthaladó sugárzást tehát hozzávetőlegesen 16% (α=0,16) visszaverődésből származó veszteség éri. A Stefan-Boltzman állandó értéke: 5,67⋅10-8 W⋅m-2⋅K-4. Ezeket az értékeket az előző egyenletbe behelyettesítve és T-re megoldva kapjuk, hogy

11


C6K2671067,5

)16,01(4

1370)1(4

S

T oo48

40

−≈=⋅

−=

σ

α−=

−

Amennyiben tehát a Föld légkörét csupán nitrogén és oxigén alkotná, s nem tartalmazna

üvegházhatású gázokat, akkor nem lenne képes visszatartani a Föld felszínéről történő infravörös hőkisugárzást és a Föld középhőmérséklete 267 Kelvin fok, vagyis –6 Celsius fok lenne. Mivel a Föld középhőmérséklete napjainkban 15 fok, az üvegházhatású gázok légköri jelenléte miatt mintegy 21 Celsius fokkal magasabb középhőmérsékletet eredményez. Korábbi számításokban (Hartmann 1994) még 30%-os (α=0,30) albedót tételeztek fel, ezért a Föld középhőmérsékletére -6 fok helyett -18 fokot kaptak. Ebben az esetben az üvegházhatás miatt 33 fokkal magasabb középhőmérséklet adódna. Korábbi munkánkban mi is ezt a számítást ismertettük (Varga-Haszonits et al. 2004). A korábbi számítással kapcsolatban az a probléma merült fel, hogy 30%-os albedó abban az esetben adódik, ha a légkörben vízgőz, felhőzet, üvegházhatású gázok és aeroszolok is vannak. Ha viszont tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkört tételezünk fel, akkor csak e két gáz molekuláinak, valamint a földfelszín és a tengerfelszín visszaverőképességével kell számolni. Ezért a Houghton (2004) által megadott értékekkel történő számítás eredménye reálisabbnak tűnik.

A Föld középhőmérséklete a légkör jelenlegi összetétele mellett. A Földön a hőmérsékletet számos helyen mérik. A rendelkezésre álló mérőhelyek átlagértéke adja a földfelszíni középhőmérsékletet, amely a jelenlegi számítások szerint megközelítőleg 15 fok.

1.2.2. ábra. Az üvegházhatású gázok koncentrációja

az elmúlt 1000 évben (IPCC 2001)

Ha a Wien törvény alapján kívánjuk meghatározni a kisugárzó test hőmérsékletét, akkor meg kell adnunk azt a hullámhosszat, amelyen az adott test a legintenzívebben sugároz ki, ami a Föld esetében 10 mikron. Tehát

12


C15K28810

28802880T ooMAX

===λ

=

Azt mondhatjuk tehát, hogy a Föld középhőmérséklete tisztán nitrogénből és oxigénből

álló légkört feltételezve -6 fok lenne, mivel azonban jelenlegi összetételében üvegházhatású gázokat is tartalmaz, a középhőmérséklete +15 fok. Ez azt jelenti, hogy az üvegházhatás jelenleg is érvényesül, s a Föld középhőmérsékletét 21 fokkal magasabban tartja, s ezzel a jelenlegi viszonyokat kedvezővé tette az élet számára.

Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációja. A Grönlandi és Antarktiszi jégtakaró egymás alatti rétegeibe bezárt levegő elemzése alapján kimutatható, hogy az üvegházhatású gázok koncentrációja a légkörben az elmúlt 1000 év első nyolc évszázadában alig változott, majd – amint az 1.2.2. ábrán látható – a légköri koncentrációjuk növekedése a 19. század közepétől felerősödött.

Ez az ábra két dologra hívja fel a figyelmet. Az egyik, hogy a légkörben az üvegházhatású gázok mennyisége növekszik. A másik, hogy a növekedés kezdete lényegében egybeesik sz iparosodás kezdetével, amikor megindult az üvegházhatású gázok levegőbe bocsátása, vagyis ez az éghajlatot befolyásoló hatás emberi eredetű. Emelkedik a Föld középhőmérséklete. A Föld középhőmérséklete a 19. század közepétől fokozatosan emelkedett egészen az 1940-es évek elejéig. Ezután egy enyhén csökkenő szakasz következett, amelyet az 1980-as évektől meredek emelkedés követett (1.2.3. ábra).

1.2.3. ábra. A Föld középhőmérsékletének alakulása az elmúlt 140 évben (IPCC 2001)

Az ábra jó egyezést mutat az üvegházhatású gázok emelkedésével, ami azt jelenti, hogy a kettő között szoros kapcsolat feltételezhető. Az üvegházhatású gázok antropogén eredetű növekedése tehát hatással van a Föld középhőmérsékletének alakulására. Az emberiség történetében ez az első eset, amikor arra utaló jelenséggel találkozunk, hogy az emberi tevékenység hatással lehet az éghajlatra.

A földtörténeti idők éghajlatainak tanulmányozása azt mutatja, hogy az éghajlat állandóan változásban lévő rendszer. A földtörténeti korok éghajlatváltozásai azonban természetes okok következményei voltak. Ezenkívül ezekben a korokban a változás üteme sem volt olyan gyors, mint az üvegházhatású gázok növekedése következtében a globális éghajlati modellek által prognosztizált változások várható üteme. Az ábrából látható tehát, hogy a Föld középhőmérséklete az elmúlt 140 évben – az 1940 és 1970 közötti enyhén csökkenő hőmérsékletű időszakot leszámítva – fokozatosan emelkedett. A sztratoszféra aló rétegeinek hőmérséklete csökken. A sztratoszférában az üvegházhatású gázok növekedése nagyobb sugárzásveszteséget okoz, s emiatt csökken a

13


sztaroszféra hőmérséklete. A sztratoszférában lévő ózon csökkenése miatt csökken az ultraibolya sugárzás elnyelése és ez ugyancsak a melegedést mérsékli a sztratoszférában.Ez a két folyamat együtt eredményezi a sztratoszféra hűlését. Angell (1986) kimutatta, hogy az évszázad utolsó negyedében a sztratoszféra rétege (9 és 16 km magasban a földfelszín felett) és az alsó sztratoszféra (16 és 20 km között) lehűlt és ez növekvő magassággal nagyobb ütemű hőmérséklet-változást (hőmérsékleti gradienst) eredményezett. Az alsó sztratoszféra lehűlése nagyobb volt a déli féltekén, mint az északi féltekén. A rádiószonda és a műhold mérések adatai szerint a középső sztratoszférára (30 km) is jelentős lehűlési trend mutatható ki az északi félteke közepes és magas szélességein.

Az éghajlatváltozás kialakulása és hatásai

Az antropogén jellegű éghajlatváltozás kialakulásának és hatásainak komplex áttekintését láthatjuk az 1.2.4. ábrán. Induljunk ki az ábra jobb alsó sarkában lévő társadalmi-gazdasági fejlődést reprezentáló négyszögből. Nyilvánvaló, hogy a gazdasági növekedéssel, a technika fejlődésével, az ipar egyre több üvegházhatású gázt és aeroszolt juttat a légkörbe. Ez a gáz- és aeroszolkibocsátás növeli a légkörben az üvegházhatású gázok és az aeroszolok mennyiségét, s ezzel befolyást gyakorol a légkörbe érkező rövidhullámú és a földfelszínről távozó hosszúhullámú sugárzásra. Ennek következménye az éghajlatváltozás, ami hőmérséklet-emelkedéssel, tengerszintemelkedéssel, a csapadékmennyiség megváltozásával, aszályok és belvizek fokozott előfordulásával járhat együtt. Az éghajlatnak ez a változása hatással lesz a természetes ökoszisztémákra, az agroökoszisztémákra és az emberi társadalomra. Ezekhez a megváltozott viszonyokhoz az élővilágnak alkalmazkodnia kell. A folyamat irányát az óramutató járásával megegyező irányú nyilak jelzik. A társadalmi-gazdasági tevékenység természetesen közvetlenül is hatással lehet a természeti rendszerekre (pl. az erdőirtással, a biodiverzitás befolyásolásával, a földhasználat módjával) és az emberi társadalomra (pl. városi hőszigetek kialakulása), ezt érzékelteti az óramutató járásával ellentétes irányú (felfelé mutató) nyíl.

1.2.4. ábra. Az antropogén éghajlatváltozás kialakulásának okai és a természeti és társadalmi környezetre gyakorolt hatása (Houghton 2004)

Az ábrán az is látható, hogy az egyes nyilakon a befolyásolhatóság lehetősége is fel van tüntetve. Az előidéző okok esetében a befolyásolást a mérséklés jelenti, a hatások tekintetében pedig az alkalmazkodás.

14


A mérséklés egyik lehetséges módja az energiával való takarékosság. Előnyben részesítenek olyan módszereket, amelyek kevesebb energia elfogyasztásával azonos hatásfokot eredményeznek (ilyen pl. a gépkocsiknál az azonos sebesség melletti kisebb benzinfogyasztás). Ide sorolható az erdőirtás csökkentése is, mert a nagyobb erdőségek több szén-dioxidot képesek kivonni a légkörből. Ugyanezen okból jelentős az új erdők telepítésének ösztönzése és támogatása is. Hosszabb távon természetesen az lenne a megoldás, hogy olyan energiaforrásokat vegyünk igénybe, amelyeknek használata nem jár aeroszolok és üvegházhatású gázok kibocsátásával. Ilyen energiaforrásoknak tekinthetők a napenergia, a vízenergia, a szélenergia, a geotermikus energia, az atomenergia (mely iránt viszont sokak ellenérzéssel viseltetnek) és a biomasszából illetve az árapály jelenség kihasználásából származó energia. Azoknak a módszereknek a kidolgozása azonban, amelyek lehetővé teszik ezeknek az energiaforrásoknak a gazdaságos felhasználását, még sok időt és munkát igényel. Az emberi tevékenység következtében kialakuló éghajlatváltozás hatással lesz mind a természeti környezetre, mind pedig a társadalomra. Fontos, hogy ezekhez a hatásokhoz mind a természeti környezet rendszerei, mind pedig az emberi társadalom minél rugalmasabban alkalmazkodjon. A természetes ökoszisztémák közül az egyéves növények alkalmazkodnak hamarabb az új viszonyokhoz, míg a hosszabb élettartamú fák csak nehezebben. A rendszer komplex jellege miatt maga az éghajlatváltozás is összetett formában jelentkezik, de a növények termésére és elterjedésére gyakorolt hatása szempontjából leggyakrabban a növekvő szén-dioxid tartalmat és az emelkedő hőmérsékletet emelik ki. Sok esetben a hőmérsékletemelkedés termésre gyakorolt befolyását kedvezőnek tartják, ugyanakkor a termelési kockázat növekedése is várható az éghajlati szélsőségek (aszály, vízbőség és hőmérsékleti extrém értékek) gyakoribb előfordulása miatt. A szén-dioxid rövidtávú hatása közvetlenül és a fotoszintézisen keresztül érvényesül, hosszabb távon közvetett módon a környezeti stressz enyhítését okozza (Tuba 2005). A növényi adaptációt elsősorban az új körülményekhez jobban alkalmazkodó egyedek szaporodása, másrészt a kedvező természeti viszonyok irányában történő földrajzi elterjedés fogja jellemezni. Az agroökoszisztémák esetében pedig az új viszonyoknak megfelelő új fajták és agrotechnika alkalmazására lesz szükség.

„Az elővigyázatosság elve azt mondja ki, hogy ahol súlyos vagy visszafordíthatatlan kár fenyeget, a teljes tudományosság hiánya nem használható fel indokolásként a környezetromlást megakadályozó intézkedések elhalasztására” (Láng 2005).

Az éghajlatváltozás felismerésének problémái

Az éghajlatváltozás lehetősége tehát az elmondott okok következtében fenáll. Láttuk, hogy az éghajlatváltozást kiváltó okok és a Föld középhőmérsékletének emelkedése is változás irányában mutat. Tudjuk azonban, hogy az éghajlat természetes ingadozása következtében is létrejöhetnek az egyes elemek évenkénti ingadozásában emelkedő és süllyedő tendenciák. Ezért az a kérdés, hogy a meglévő tendenciákat csupán egy éghajlatingadozás részének tekintjük vagy már egy elkezdődött éghajlatváltozás jeleként fogjuk-e fel.

A bizonytalanságot okozó problémák. Ezek olyan problémák, amelyek miatt mégsem állíthatjuk határozottan, hogy felmelegedési folyamat kezdődött el?

A Föld középhőmérsékletének meghatározásával kapcsolatos problémák. Két dolgot szoktak megemlíteni. Az egyik a meghatározáshoz felhasznált állomásszám, a másik a Föld felszínén az állomások elhelyezkedése.

A Föld középhőmérsékletét és annak ingadozásait 1860 óta változó számú meteorológiai állomás adataiból számították. Az állomások száma az 1860-as években kevesebb volt, mint 100. Ez az állomásszám 1960-ra 1700-ra növekedett, azóta azonban csökken. A különböző

15


időszakokban meghatározott hőmérsékleti értékek tehát különböző számú állomás alapján történtek.

Az állomások túlnyomó többsége a szárazföldön található, míg a Föld felületének csak 30%-a szárazföld, 70%-a pedig tenger. A Föld középhőmérsékletének meghatározása emiatt nem pontos.

A Föld középhőmérsékletének évenkénti ingadozásai. A Föld középhőmérsékletének sokévi átlag körüli ingadozása – egyes kutatók szerint – nem haladja meg a véletlenszerű ingadozás mértékét. Ezért ennek alapján nem állítható, hogy a felmelegedési folyamat elkezdődött.

A légkör-óceán kölcsönhatás nem ismeretes kellő mélységben. A légkör és az óceánok közötti kölcsönhatásnak számos olyan mozzanata van, mint az óceánoknak a szén-dioxid körforgalmában játszott szerepe, az óceánok hőátadást késleltető szerepe vagy a tengeráramlások éghajlatot befolyásoló szerepe, amelyek még nem ismeretesek teljes mértékben. A légkör-óceán kölcsönhatás mélyebb elemzése szükséges tehát ahhoz, hogy az éghajlat jövőbeli alakulásáról pontosabb képet alakíthassunk ki.

A légköri aeroszolok szerepe. Felmerül annak a lehetősége is, hogy a különböző utakon a légkörbe kerülő szilárd részecskék (az aeroszolok) mennyisége kompenzálja vagy legalábbis csökkenti a felmelegedés mértékét, mivel ezek a részecskék szórják és visszaverik a sugárzást, s ezzel hűtőhatást fejtenek ki.

A felhőzet szerepe. A felhőzet pedig bizonytalan mértékű kettős hatást fejt ki. Egyrészt a légkör vízgőz tartalmának kicsapódásából keletkező felhőzet erőteljesen visszaveri a a Napból érkező sugárzást s ezzel csökkenti a felmelegedést, másrészt a földi kisugárzást elnyeli és visszasugározza, ezzel viszont a felmelegedési folyamatot erősíti.

Az elmondottak miatt nem lehet tehát határozottan azt állítani, hogy a Föld középhőmérsékletének az emelkedése csupán a természetes éghajlatingadozás része, sem azt, hogy egy kezdődő éghajlatváltozásról van szó.

Az éghajlatváltozás következményei

Az antropogén jellegű éghajlatváltozás hatása többféle formában is hatást fog gyakorolni a

növénytermelésre. Ez a hatás természetesen lehet kedvező is, kedvezőtlen is. Az üvegházhatású gázok légköri koncentráció növekedése. Az ipari termelés kezdete óta egyre több üvegházhatású gáz kerül a légkörbe. A növénytermelés szempontjából a szén-dioxidnak van kiemelt jelentősége, mivel a növények a szerves anyag termeléséhez szükséges szén-dioxidot közvetlenül a légkörből veszik fel. Ha magasabb a légkör szén-dioxid tartalma, akkor intenzívebb lesz a növények szén-dioxid felvétele, több szerves anyag termelődik és nagyobb mennyiségű gazdasági termés alakul ki. Ezt az üvegházakban végzett kísérletek is igazolják, de a szabad területeken is hasonló eredményeket kaptak a kutatók (Wittwer 1995). Ritkábban, bizonyos növényeknél vannak olyan eredmények is, melyek nem támasztják alá ezt a pozitív hatást (Helyes et al. 2005). Ugyanakkor a szén-dioxid tartalom növekedésének közvetett következményei is vannak, például Antal (2001) szerint mérsékli az öntözővíz-igényt.

Hazánkban végzett kísérletek azt mutatták, hogy a megnövekedett szén-dioxid koncentráció fotoszintézisra gyakorolt hatását a megnövekedett sztómaellenállás alaposan leronthatja (Anda 2005). Mindezek arra hívják fel a figyelmet, hogy bár a légköri szén-dioxid koncentráció növekedése a terméshozamok szempontjából általában kedvező lehet, azonban nem szabad elhanyagolni a többi egymáshoz kapcsolódó meteorológiai elem komplex hatását sem. A Föld középhőmérsékletének emelkedése. A fizikából ismert okok miatt az üvegházhatású gázok hatására a Föld középhőmérséklete emelkedik. Hazánkban a 20. századi

16


évi középhőmérsékletek párhuzamosan változnak a Föld középhőmérsékletével. Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjának emelkedése következtében tehát valószínűnek látszik, hogy hazánkban is a hőmérséklet emelkedése várható. Az agroökoszisztémák nem a Föld középhőmérsékletére, hanem a közvetlen környezetük hőmérsékletének változásaira reagálnak. Hazánkban a 20. század folyamán az egyes helyeken az évi középhőmérsékletek 7,4 fok (Nyíregyháza, 1940) és 12,9 fok (Pécs, 1934) között változtak, vagyis elég széles sávban ingadoztak, s ez lehetőséget adott az alkalmazkodással kapcsolatos tapasztalatszerzésre is. Ugyanakkor nem szabad azt gondolni, hogy a jelenlegi éghajlati viszonyok minden tekintetben optimálisak, s ezért az tőlük való eltérés feltétlenül kedvezőtlen. Lehetséges, hogy 1-2 fokos hőmérséklet-emelkedés bizonyos körülmények között még kedvezőbb is lehet a növénytermelés szempontjából (elsősorban olyan növények esetében, amelyek termesztésük északi határán vannak). Arra is fel kell hívni a figyelmet, hogy – mint már korábban is említettük – a növénytermelés szempontjából fontosabb az éghajlati változékonyság, mint a középértékek alakulása (Katz és Brown 1992). A szélső értékek előfordulási gyakoriságának növekedése pedig inkább okozhat problémát a növénytermelésben. A különböző irányú szélső értékek (fagyok, magas hőmérsékleti stressz) kedvezőtlen hatása közismert. A légkör vízgőztartalmának várható növekedése. A hőmérséklet emelkedésével növekszik a különböző felszínekről történő párolgás és a légkör párabefogadóképessége is, ezért magasabb lesz a légkörben a vízgőz mennyisége. Az emelkedő mozgásokkal a magasabb, hűvösebb rétegekbe jutó vízgőz kicsapódik, felhőzet keletkezik, s várhatóan növekszik a csapadék mennyisége. Ugyanakkor a megnövekedett felhőzet a beérkező rövidhullámú napsugárzásnak jelentős részét visszaveri, ezért a felmelegedés gyengül. A földfelszínről történő kisugárzást pedig a vízgőz elnyeli, ezért egyúttal a felmelegedést is segíti. Abban az esetben pedig, ha nincs megfelelő vízutánpótlása a párolgásnak, akkor egy idő után száradási folyamat indul meg.

A lehetséges társadalmi reagálások

A társadalomnak mindenképpen reagálnia kell a légkörben felhalmozódó üvegházhatású gázok okozta változásokra. A reagálás elkerülhetetlen, mert a mezőgazdaság termeli meg az emberiség létéhez elengedhetetlenül szükséges élelmiszer mennyiségét. Ez a termelés a szabad ég alatt történik, s ki van téve az éghajlat hatásának, s ha az éghajlat változik, változik az élelmiszertermelésre gyakorolt hatása is. Az élelmiszert pedig biztosítani kell az egyre növekvő létszámú emberiség számára.

A társadalom kétféle formában tud befolyást gyakorolni a kialkult helyzetre. Az egyik lehetőség az üvegházhatású gázok kibocsátásának mérséklése, a másik a megváltozott éghajlati viszonyokhoz való alkalmazkodás. Az üvegházhatású gázok kibocsátásának mérséklése. E korlátozást szintén két formában lehet megoldani. Az egyik a szennyezés mennyiségének valamilyen formában történő csökkentése, a másik új, megújuló energiaforrások használata. A kibocsátás mennyiségének mérséklése. Az egyik legalapvetőbb lehetőség a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének visszafogása olyan módon, hogy változatlan hatékonyság mellett csökken az elfogyasztott üzemanyag mennyisége. Új, megújuló energiaforrások használata. Ennél lényegesen hatékonyabb megoldás lenne, ha a fosszilis tüzelőanyagok elégetését sikerülne megújuló energiaforrásokkal (napenergia, geotermikus energia, bioenergia stb.) felváltani.

17


Mindkét esetben számolni kell azonban azzal, hogy az üvegházhatású gázoknak hosszú a légkörben való tartózkodási ideje, ezért hatásuk csökkenő mértékű kibocsátás vagy más energiaforrásokra való váltás után is egy ideig még fennmarad. A megváltozott éghajlati viszonyokhoz való alkalmazkodás. Az éghajlati viszonyok megváltozása szükségessé tesz a hozzájuk való alkalmazkodást. A növénytermelés területén három kiemelkedő lehetőség adódik erre. (1) Új fajták kinemesítése. Olyan fajtákra van szükség, amelyeknek a hidegtűrése, a melegtűrése és a szárazságtűrése széles intervallumot ölel át. Az elmúlt évtizedekben az ilyen fajták kinemesítése tette lehetővé, hogy egy adott termőhelyen nagyobb hozamokat érjenek el, s hogy egyes növények termesztése olyan helyen is lehetséges legyen, ahol addig arra nem volt lehetőség. Ezt az utat kell folytatni, figyelembe véve az éghajlati viszonyokban bekövetkezett változásokat. (2) Új fajták alkalmazása a köztermesztében. Ki kell választani azokat a fajtákat, amelyek a megváltozott körülményekhez a legjobban képesek alkalmazkodni. Ha pedig a változások olyan méretűek lesznek, hogy az adott területen más növényfajok termesztésére kell áttérni, kiválasztásuk alapjának abban az esetben is a megváltozott viszonyokhoz való minél jobb alkalmazkodóképességnek kell lennie. (3) A megváltozott viszonyokhoz illeszkedő agrotechnika alkalmazása. A kialakult viszonyokhoz a szántóföldi munkák (vetési időpont megválasztása, öntözés stb.) végzési időpontjainak és módjainak megválasztásával, a tápanyag-utánpótlás és a növényvédelem módszereinek helyes megválasztásával is lehet alkalmazkodni. Jolánkai (2005) szerint a gazdálkodók szintjén számos biológiai, termesztési és technológiai fejlesztést lenne célszerű elvégezni. Kiemeli az éghajlati viszonyokhoz jobban alkalmazkodó, stressztűrő fajták kinemesítését és alkalmazását, a vízmegőrző és talajvédő művelési módszerek alkalmazását, valamint a mindenkori természeti adottságoknak megfelelő munkagépek alkalmazását. Irodalom Anda A. (2005):A klímaváltozás hazai mezőgazdasági következményei. AGRO-21 Füzetek, 41: 18-28. oldal.

Angell, J.K. (1986): Annual and seasonal global temperature changes in the troposzphere and low stratosphere, 1960-1985. US Department of Agriculture. Monthly Weather Review 114: 1922-1930. oldal. Antal E. (2001): A növényi vízellátottság hazai kérdőjelei a jövő évtizedekben a globális éghajlatváltozás tükrében. Berényi Dénes jubileumi ülés, Debrecen. 119-145. oldal. Hartmann, D.L. (1994): Global Physical Climatology. Academic Press, New York, 411 oldal. Helyes L., Tuba Z., Balogh J., Réti K. (2005): Production ecophysiology of Hungarian green pepper under elevated air CO2 concentration. Journal of Crop Improvement. 13 (1-2): 333-344. oldal. Houghton, J. (2004): Global Warming. The Complete Briefing. Third Edition, Cambridge University Press, Cambridge, 351 oldal. IPCC (2001): Climate Change 2001: The Scientific Basis. Cambridge University Press, Cambridge. Jolánkai M. (2005): A klímaváltozás növénytermelési hatásai. AGRO-21 Füzetek, 41: 47-58. oldal. Katz, R.W., Brown, B.G. (1992): Extreme events in a changing climate: variability is more important than averages. Climate Change, 21: 289-302. oldal. Láng I. 2005: Klímaváltozás és várható hatásai. AGRO-21 Füzetek, 41: 3-6. oldal.

Schneider S.H.., Londer R. (1984): The Coevaluation of Climate and Life. Sierra Club Books, San Francisco.

Tuba Z. (2005): Is the long-term elevated air CO2 environment beneficial for plants, crops and vegetation? Journal of Crop Improvement. 13 (1-2): 1-6. oldal.

18


Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs. (2004): Az éghajlati változékonyság és az extrém jelenségek agroklimatológiai elemzése. Monocopy Kft., Mosonmagyaróvár, 264 oldal. Wittwer, S.H. (1995): Food, Climate, and Carbon dioxide. The Global Environment and World Food Production. Lewis Publishers, New York, 236 oldal.

19

AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.3 Az éghajlati rendszer és a mezőgazdasági termelés közötti kölcsönhatás

Az éghajlat mezőgazdasági termelésre gyakorolt hatásának tanulmányozásához abból kell

kiindulni, hogy az éghajlati rendszer az adott területre jellemző éghajlati viszonyokon keresztül fejti ki a hatását (1.3.1. ábra). Mindenekelőtt azt kell megvizsgálni, hogy az adott termőhelyen

(1) milyenek az éghajlati viszonyok, (2) milyen változékonyságot mutatnak és (3) hogyan hatnak a a mezőgazdasági termelés tárgyaira és folyamataira. Az éghajlati viszonyok

Az egyes éghajlati elemek mérése és megfigyelése és ezen elemek által kialakított éghajlati

viszonyok tanulmányozása már a 18. században megkezdődött, a 19. század közepétől pedig intenzíven folyik az európai kontinensen, így hazánkban is. A leghosszabb megfigyelési sorok

ezért meghaladják a 200 évet, 100 évnél hosszabb sorok pedig számos megfigyelőhelyen rendelkezésre állnak. Mégis azt kell mondanunk, hogy ezek a 100-200 éves adatsorok nem nyujtanak elégséges alapot ahhoz, hogy az éghajlati viszonyok időbeli és térbeli alakulásának a törvényszerűségeit olyan mélységig megismerhessük, amelynek alapján az éghajlati viszonyokban bekö-vetkező változások előrejelezhetők lennének.

1.3.1.ábra. Az éghajlati viszonyok hatása a növénytermelésre

Ezért az éghajlati viszonyok jövőbeli alakulását illetően kény-telenek vagyunk a lehetséges éghaj-lati jövőképek minél szélesebbkörű felmérésére hagyatkozni, s egy lehetséges éghajlatváltozásra a lehetséges jövőkép-változatok (szcenáriók) ismerete alapján felkészülni.

Abból indulhatunk ki, hogyha – az éghajlat nem változik,

akkor a jelenlegi viszonyokkal számolhatunk a jövőben is,

– ha változik, akkor az lehet folyamatos vagy ugrásszerű.

A folyamatos változásokat a lehetséges jövőképek bizonyos valószínűséggel várható változatai (szcenáriók) alapján határozzuk meg. Ennek alapján a lehetséges éghajlati

20


jövőképek segítségével felmérhetjük azok növénytermelésre gyakorolt hatását is (Varga-Haszonits 2003).

Az éghajlati viszonyok jellemzése

A meteorológiai elemek a levegőnek mint gáznak az állapotát jellemző tulajdonságok. Ha a levegő egy adott tulajdonságát csak rövidebb időszakra jellemezzük, akkor időjárási elemről beszélünk, ha ugyanazt a tulajdonságot hosszabb időszakra vonatkozóan jellemezzük, akkor éghajlati elemről. Ha egy adott pillanatban vagy egy rövidebb időszak alatt a légkör állapotát az egymáshoz kapcsolódó meteorológiai elemek együttesével jellemezzük, akkor időjárási viszonyokról beszélünk. Ha az egymáshoz kapcsolódó elemek együttesével a légkör állapotát hosszabb időszakra vonatkozóan jellemezzük, akkor éghajlati viszonyokról beszélünk.

Egy adott időszak éghajlati viszonyai. Az éghajlati rendszer működésének eredményeként az éghajlati elemeknek egy sajátos együttese (rendszere) alakul ki, amelyet éghajlati viszonyoknak nevezünk. Mivel az éghajlati viszonyokat 30 éves időszakra szokták meghatározni, hatásukat is az adott több évtizedes értékeik alapján vizsgálhatjuk. Célszerű ezt a vizsgálatot úgy végezni, hogy a hangsúly a változékonyság elemzésén legyen.

Az éghajlati elemek jelentős hatást gyakorolnak a növények termesztésére, mert a napsugárzás, a hőmérséklet és víz a növények életjelenségeit befolyásoló legfontosabb környezeti tényezők. Az adott területre jellemző éghajlati viszonyok és adott agrotechnikai módszerek (hibridek, műtrágya-mennyiség és növényvédelmi módszerek) alkalmazása mellett kialakuló terméshozamoktól jelentős eltérések lehetnek azokban az években, amikor az éghajlati viszonyok kedvezőbbé válnak és azokban az években, amikor kedvezőtlenebbé válnak. A kedvezőtlen viszonyok olyan mértékben romolhatnak, hogy egy-egy évben igen kis mennyiségű gazdasági termés jöhet létre, vagy esetleg terméskiesés következik be.

Ha feltételezzük, hogy az éghajlat a jövőben nem változik jelentősen, akkor a hatásvizsgálatok eredményei a jövőben is érvényesnek tekinthetők. Az éghajlati jövőkép. Az éghajlat jövőbeli alakulásának előrejelzése napjainkban még nem megoldott feladat. Tekintettel a feladat bonyolultságára, megoldása a közeli jövőben nem is várható. Napjainkban az éghajlat egy adott jelenlegi állapota – ismereteink szerint – meghatározott valószínűséggel különböző jövőbeli állapotokba mehet át. Hogy abból melyik realizálódik az a kindulási időszakban nem adható meg egyértelműen. Ezért az éghajlat várható, jövőbeli alakulását forgatókönyvek, scenáriók segítségével adják meg. A forgatókönyv az éghajlat egy lehetséges jövőbeli állapotát írja le vagy statisztikai paraméterek vagy szimulációs modellek segítségével. Az éghajlatváltozási szcenáriót úgy lehet definiálni, mint az éghajlati viszonyok változásának egy valószínű kombinációját, amelyet a lehetséges hatások tesztelésére és a rájuk történő reagálások értékelésére lehet használni. Az éghajlatváltozás szcenáriói jelentik az első lépést az éghajlatváltozás hatásának becslésében. Az éghajlatváltozási szcenáriókat fel lehet használni arra is, hogy meghatározzuk az éghajlatváltozás szempontjából mennyire sebezhető a mezőgazdaság (vagy bármely más gazdasági-társadalmi szektor), hogy felismerjük azokat a küszöbértékeket, amelyeknél a hatás negatívvá vagy nagyon súlyossá válik. Arra is felhasználhatók, hogy ugyanabban a régióban összehasonlítsák a különböző gazdasági-társadalmi szektorok sebezhetőségét vagy pedig a hasonló szektorok sebezhetőségét a különböző régiókban. Emiatt az éghajlatváltozási szcenáriókat, hogy hasznosaak legyenek, regionális skálán kell alkalmazni (Kellogg és Zhao 1988). Amíg létezik egy tudományos konszenzus abban, hogy az üvegházhatású gázok megnövekedett koncentrációja valószínűleg emelni fogja a globális hőmérsékletet (a globális csapadékmennyiség növekedésével és a tengerszint emelkedésével együtt), nincs konszenzus abban, hogy milyen gyorsan és mennyire változik meg az éghajlat, hogy a különböző régiók

21


milyen változásokat tapasztalhatnak, vagy hogy az éghajlati elemek (valamint középértékeik) ingadozásai mennyire fognak változni. Azért, hogy megbirkózzunk ezekkel a bizonytalanságokkal különböző éghajlatváltozási scenáriókat fejlesztettek ki a területi hatások elemzésére. Ezek a szcenáriók az éghajlati elemek önkényesen feltételezett változásain, a megelőző időszakokban előfordult felmelegedési analógiákon, valamint az általános cirkulációs modellek (GCM = General Circulation Model) és a regionális éghajlati modellek szimulációján alapszanak.

Egy hatástanulmány tervezése gyakran magába foglal néhány olyan scenáriót, amelyek a globális éghajlatváltozással kapcsolatos ismereteink adott időszakra vonatkozó állapotát tükrözik. Mivel az időszakra vonatkozó ismereteink közismerten nem teljesek és bizonytalanságokkal vannak tele, kívánatos, hogy a szcenáriók a lehetséges éghajlati viszonyok széles skáláját fogják át. Több szcenárió elemzésével a potenciális reagálások relatív nagyságát és irányát meg lehet becsülni. Tanulmányokat lehet készíteni egy, több vagy sok alternatív scenárió segítségével. Mindazonáltal nehéz, ha nem lehetetl

Documents

A makro– és mikroklíma hatása a növénytermelésre - szeNyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar Matematika, Fizika és Informatikai Intézet