II. rész. Az eső eredetének kiderítése: időjárás a digitális világban
A kis vízkörforgás születése
Ez a történet arról szól, hogyan épültek fel az éghajlati modelljeink - hogyan adták hozzá a víz körforgását a levegő mozgásának modelljéhez, hogyan építették be a hőmérséklet alakulását, és hogyan építették be a talaj és a növényzet jellemző tulajdonságait. (Remélhetőleg tanulságos végignézni, hogyan épül fel valami.) Ez a történet a kis vízkörforgás és a talaj és a növényzet esőt létrehozó jelenségeinek alakulásáról és felismeréséről szól, és meglepően sok kulcsszereplője van benne az üvegházhatást okozó globális felmelegedés mozgalmának. Ez a történet egy holland esőtérképhez vezet, amely forradalmasíthatja az államok és országok összefogását a vízbiztonság megteremtése és az éghajlati káosz megfékezése érdekében (lásd az utolsó részt).
A bejegyzés első része arról szól, hogy a meteorológusok eredetileg hogyan jutottak arra a következtetésre, hogy az eső csak az óceánból származik, mielőtt átálltak a jelenlegi gondolkodásmódjukra, miszerint az eső az óceánból és a szárazföldről is származik. Budkyo egyenletének kidolgozásáról szól a kis vízkörforgásról, valamint a víz és a hő áramlásáról. Azokról a különböző történetekről is szól, amelyek szerint az eső eltűnt az erdőirtás után.
A levegő mint folyadék
A levegő óceánja alá merülve élünk.
Ez volt az a kulcsfontosságú felismerés, amely Vilhelm Bjerknes és tudóstársai beszélgetéseiből kiderült, és amely arra késztette Bjerknest, hogy az időjárás algoritmusát keresse. Vilhelm Bjerknes visszafogott, mégis lelkes, éles matematikai érzékkel Norvégiában nőtt fel, és azt tanulmányozta, hogyan mozognak a folyadékok, hogyan keringenek, hogyan áramlanak tárgyak körül, hogyan nyíródnak, és hogyan lépnek egymással kölcsönhatásba az örvények, és hogyan szülnek más örvényeket. Ahogy tudóstársaival beszélgetve a folyadékok áramlásáról beszélt, rájött, hogy ez a hidrodinamikai viselkedés a légkörre is vonatkozik.
A levegő a folyadékdinamika törvényeinek engedelmeskedik. Ha ehhez hozzáadunk némi termodinamikát, akkor ennek a légköri óceánnak a viselkedését egy egyenletrendszerbe lehetett foglalni, olyan egyenletekbe, amelyeket Bjerknes 1904-ben állított fel, olyan egyenletekbe, amelyek a kezdetleges egyenletek néven váltak ismertté, olyan egyenletekbe, amelyek megalapozták a légkörrel kapcsolatos tudományokat.
Ha ezt a folyadékszerű levegőt egy óriási gömbre helyezzük, elforgatjuk a gömböt, majd az egyenlítőnél hőt adunk hozzá, furcsa, földszerű légköri viselkedések fognak kialakulni. Egy keringő levegőből álló cella keletkezik - a levegő az egyenlítő közelében felemelkedik, majd a pólus felé áramlik, a 30. szélességi fok környékén leereszkedik, majd a felszínhez közelebb, az egyenlítő felé áramlik vissza. Ez a Hadley-cella, egy nagy kiterjedésű légköri cirkuláció a Földön. Ez a primitív egyenletekből következik.
Ezeket az egyenleteket túl bonyolult volt megoldani egészen a számítógépek évtizedekkel későbbi megjelenéséig.
Az időjárás előrejelzése
Neumann Jánosnak volt egy víziója, egy olyan vízió, amely a számítógépeket érintette, egy olyan fogalmat, amelyet az 1940-es években a legtöbben nem igazán értettek. Úgy gondolta, hogy a számítógépek forradalmasítják az időjárás előrejelzését. Neumann, a kvantummechanika, a játékelmélet és a kibernetika matematikai alapjainak lefektetésében segédkező polihisztor, ennek az új területnek is meg akarta teremteni az alapjait. Az 1940-es években a projektjéhez beszervezte Jule Charney-t, azt az embert, aki később a híres "Charney-jelentés" mögött állt, amely a világ figyelmét a szén-dioxid-üvegházhatásra irányította.
Jule Charney a doktori disszertációját a légköri cirkuláció kulcsfontosságú jelenségeinek matematizálásával kapcsolatban írta. Az intellektuális tisztánlátás keresésében heves ember volt, aki időnként hevesen vitatkozott a beszélgetések során, és aki egy jót tudott nevetni is. Charney, akinek egy távlati numerikus időjárás-előrejelzési projektet adtak át, olyan logisztikai kérdések megoldására vállalkozott, mint például, hogy a hő és a súrlódás milyen fontos szerepet játszik a Föld-légkör rendszerben, és hogy a szimuláció rácsának milyen finomságúnak kell lennie ahhoz, hogy előrejelzést lehessen készíteni.
Ő felügyelte 1950-ben az első sikeres numerikus időjárás-előrejelzést. Ezt egy olyan szimulált világban végezték, ahol a rácscellák egymástól 700 km távolságra voltak egymástól, és a számokat egy számítógépen keresztül futtatták, amely úgy nézett ki, mint egy szoba, tele összekapcsolt vákuumcsövekkel, amelyek elektromos jeleket küldtek egymásnak. Az időjárást 24 órával előre jelezte.
A víz hozzáadása a levegőhöz
Joseph Smagorinsky a szimulációt a néhány napos időjáráson túl az éghajlat szimulációjára is ki akarta terjeszteni. Ő volt az amerikai meteorológiai intézet Geofizikai Fluiddinamikai Laboratóriumának igazgatója, és tehetséggel vonzotta a szervezethez a kreatív tudósokat. 1958-ban egy 27 éves fizikust, Syukuro Manabét hozta Japánból, hogy dolgozzon az egyik első nagyszabású globális cirkulációs modellen. Manabe sok évtizeddel később Nobel-díjat kapott a széndioxiddal üvegházhatást okozó globális felmelegedés modelljéért.
Manabe fizikát tanult Japánban, és bár a fizikát lassabban sajátította el, mint diáktársai, nagyon jól tudta alkalmazni a meteorológiában. Sok időt töltött azzal, hogy grafikonpapírra időjárási kontúrokat rajzolt. Bár szerény és udvarias volt, üdítőnek találta, hogy az USA-ba jött, ahol az emberek nyíltan nem érthetnek egyet egymással, nem úgy, mint Japánban. Ezt a fajta viselkedést hasznosnak találta a kutatás szempontjából. Manabe végtelenül kíváncsi és álmodozó volt, és ezzel az új számítógépes eszközzel digitális szabadságot talált arra, hogy az éghajlattal és időjárással kapcsolatos számos kérdését megvizsgálja.
Az éghajlat megfelelő modellezéséhez Smagorinsky, Manabe és Schriffernek ki kellett találniuk, hogyan illesszék be szimulációikba a vízciklust. [Manabe 1965] .
A vizet trükkös volt modellezni. A száraz levegőnek gyönyörűen takaros egyenletei voltak, az úgynevezett primitív egyenletek, amelyek azt modellezték, hogyan mozog. A víz azonban fázisokat váltott, hol folyékony volt, hol gőz, hol jég, hol hó. A fázisátmenetek nem voltak olyan könnyen integrálhatók a dinamikai egyenletekkel. Nem volt világos, hogyan keveredik a víz és a levegő. A konvekciót nehéz volt modellezni. A globális klímamodell rácsméreténél jóval kisebb skálán zajlott. Nehéz volt szimulálni, hogy a konvekció hogyan juttatta felfelé a vízgőzt.
Ezért a helyzetetre kellett valami barkácsmegoldást találni.
Olyan közelítéshez folyamodtak, amely lehetővé teszi számukra, hogy a levegő felfelé irányuló mozgását hidrodinamikai helyett hidrosztatikusan modellezzék. A trükköt konvektív kiigazításnak nevezik. Miután kidolgozták a módszert, a konvektív kiigazításokat évtizedeken keresztül klímamodellről klímamodellre ismétlik.
A közelítések azonban veszélyesek lehetnek, ha nem megfelelően alkalmazzák őket. Anastasia Makarieva később megmutatja, hogy ezek a konvektív kiigazítások, ha rosszul használják őket, problémákhoz vezethetnek a globális felmelegedés számításaiban, mivel kihagyják a földhasználat változásának hatását [Makarieva 2023] [videó 1 , videó 2 ].
Miután kitalálták, hogyan illesszék be a konvekciót a modelljükbe, ki kellett találni, hogyan modellezzék a földdel kölcsönhatásba lépő esőt. Manabe a talajról és a vízről szóló könyveket lapozgatta. Végül Budkyo vödörmodelljére esett a választása. Az eső egy bizonyos szintig feltölti a talajt, majd a talaj telítettségével a maradék víz elfolyik, és visszaáramlik az óceánba. Ez megfelelő közelítés volt.
Szimulációi alapján egy esőben gazdag öv alakult ki a trópusok körül, és egy kevésbé csapadékos öv az USA nyugati részén, a szubtrópusokon. Az eredmények megfeleltek a valóságnak.
Manabe 1969-es éghajlati modellje volt vitathatatlanul az első, amelyben lehetőség volt a csapadék újrahasznosítására - lehetővé tette, hogy a víz a szárazföldről az égbe, illetve az égből a szárazföldre jusson. Hogy a csapadék újrahasznosítása valóban megtörtént-e a szimulációiban, az már más kérdés. Manabe nem kukkantott be az éghajlati modellje motorházteteje alá, hogy megkeresse a kis vízkörforgást. Legalábbis eddig még nem.
Az elsivatagosodás és az eltűnő eső
Az eső eltűnt a Föld bizonyos részein.
A föld egy hatalmas, folyadékszerű légtömeg alá merülve él. Levegő, amely néhol nedves, máshol száraz lehet. Levegő, amely képes felvenni a földről a vizet, és levegő, amely képes leengedni a vizet az égből. Felmerült a kérdés - miért szárazabb a levegő bizonyos kontinentális kiterjedésű területek felett? A sivatagok, amelyeket úgy határoznak meg, hogy az éves csapadékmennyiség 100 mm-nél kevesebb, egyre nagyobbak Kínában, Indiában, Ausztráliában, Észak-Amerikában és Dél-Amerikában, és az 1920-as évek óta 10%-kal nőttek.
A Szahara a sivatagosodás kanonikus példája volt, mivel a sivatagosodás súlyossága miatt a Szahara volt a legjelentősebb. A Száhel-övezet, az Afrika felső felét átszelő országok - Mauritánia, Mali, Niger, Nigéria, Csád, Szudán és Entrea - cakkos láncolata, a sztyeppék és szavannák, az elefántfűvel és citromfűvel borított, akáciákkal, baobabokkal és pálmákkal tarkított területek felfedezték, hogy növényzetük eltűnőben van, és betolakszik a szél által sodort sivatagi homok.
A növényzet elvesztése az eső elmaradásához vezetett?
"Az 1970-es években, amit tudtunk, elsősorban az időjárás-előrejelzéshez használt meteorológiai megfigyelések hálózatán alapult. Ezek nagyon korlátozott képet adtak a légkör általános cirkulációjáról, és nagyon kevés ismeretet kaptunk a vízkörforgás szerepéről" - mondja Julia Walker meteorológus.
Az egyik személy, akit érdekelt a Szaharában az elsivatagosodás riasztó mértékű terjedésének okának kiderítése, Jule Charney volt. Az első időjárás-előrejelző modell úttörő munkájával a háta mögött a Princetonon, Jule Charney most az MIT légköri és óceáni tanszékét vezeti. Az érdekli, hogy vajon a növényzet csökkenése okozza-e az eső csökkenését.
Charney kollégájával, Pater Stone-nal együtt egy egyszerű közelítést végez a növényzet szimulálására. A növényzettel borított szárazföldi felületek albedója alacsonyabb, a növényzet nélküli szárazföldi felületek albedója magasabb. Modelljeiket futtatva azt találják, hogy a növényzet az alacsonyabb albedó kihasználásával esőt hoz létre. Ezt a növényzetet az állatok elfogyasztották, ami Charney-t arra engedte gondolni, hogy az állatok túllegeltetése okozhatja a szárazságot a Száhel-övezetben. [Charney 1975] [Charney 1977] [Charney 1977]
Később kifinomultabb megfigyelési tanulmányok vizsgálták a Száhel-övezet csapadékstatisztikáját. Yan Yu és kollégája kutatásai szerint Charney tévedett az albedó mechanizmusával kapcsolatban, de az alapvető ok-okozati lánc, miszerint a növényzet okozza az esőt, helyes. A csapadék újrahasznosítása valóban megtörténik, megfigyelési statisztikáik azt mutatják, az eső körülbelül egyötöde a helyi párolgásból származik. Érdekes módon a növényzet gyakoribb esőket okoz, de nem nagyobb esőket. [Yan Yu 2017]. [D'Odorico 2103] Axel Kleidon és Klaus Fraedrich később olyan modelleket futtatott, ahol az egész világ vegetált, vagy az egész világ világ volt. Az egész világ növényzettel 50%-kal több eső esett, és sok helyen több fokkal kevesebb volt a felszíni párolgási lehűlés [Fraedrich 1999]. Mások is hasonló eredményekre jutottak [Medeiros et al., 2008] [Neale & Hoskins, 2000] {Williamson & Olson, 2003].
Nagyon érdekesnek találom, hogy Jule Charney 1977-es tanulmányában azt javasolta, hogy a földhasználat változása okozza az éghajlatváltozást. És hogy két évvel később ő vezeti a Charney-jelentés megírását, egy olyan jelentését, amely hivatkozik Manabe és Wetherald globális felmelegedési modelljére, és amely a világ figyelmét a szén-dioxid üvegházhatására irányítja.
Jule Charney annak a híve, amit Millan Millan az éghajlatváltozás két lábának nevez. Úgy véli, hogy mind a földhasználat változása (a vízkörforgáson keresztül), mind a szén-dioxid-kibocsátás okozza az éghajlatváltozást. Az, hogy a szén-dioxid-kibocsátás része jobban fel lett fújva, valószínűleg részben annak köszönhető, hogy a szén-dioxid-kibocsátás számszerűsíthetőbb mértékben járul hozzá az éghajlatváltozáshoz, amit az akkori modellek meg tudtak állapítani.
Julia Walker a szaharai elsivatagosodás problémáját is megvizsgálta. Ő egy fiatal brit meteorológus, aki szerette az alkalmazott fizikát - "A meteorológia egyszerűen a cselekvő fizika megtestesítőjének tűnt számomra. Kinézhettél az ablakon, és láthattál egy szivárványt, vagy láthattad, ahogy felhők képződnek, és pontosan tudtad, hogy mi történik, hogy létrejöjjön, amit látsz"." Később életében (házassága után Julia Slingo néven) a MET, a brit nemzeti meteorológiai szolgálat vezető tudósa lesz, ahol az éghajlati háborúk kellős közepén találja magát.
Az ő megközelítése, hogy kiderítse, mi történik a sivatagban, az, hogy kísérletet végez, és megnézi, mi történik, ha plusz vizet juttatunk a talajba. Kollégájával, P.R. Rowntree-vel együtt azt találja, hogy a plusz víz elpárolgásakor lehűti a környezetet. Ezáltal csökken a hőmérsékleti gradiens, a zöldülőbb földek dél felé haladnak, ami aztán csökkenti a szeleket.
A modellben a vízgőz felemelkedik, majd eső formájában visszatér. Többször is. A kezdeti nedvesség anomália több hétig nyomot hagy, mielőtt szétoszlik a szomszédos földekre és óceánokra.
Ez a kis vízkörforgás! Átnéztem egy csomó akkori klímamodell-publikációt, és vannak olyan konferencia-kiadványok, amelyekhez nem tudtam hozzáférni, és talán vannak olyanok, amelyeket nem találtam meg, de amennyire én tudom, Walker és Rowntree az első modellezők, akik kifejezetten bizonyítékot találtak a kis vízciklusra.
Statisztikai elemzést végeznek a Száhel-övezetben megfigyelt csapadékadatokról, és korrelációt találnak a különböző csapadékesemények között, ami arra utal, hogy a víz újrahasznosítása a különböző felhőszakadások között történik.
Azt sugallják, hogy a mélyebben gyökerező növényzet több vízhez juthat hozzá, és így növelheti a párolgást, és hozzájárulhat a kis vízkörforgáshoz. A mélyebben gyökerező növényzet jobban növeli a csapadékot, mint a sekélyen gyökerező növényzet. Walker és Rowntree írják tanulmányukban, hogy "a talajnedvesség, amely pozitív visszacsatolást biztosít minden szárazságra való hajlamra, fontos lehet az éghajlati stabilitás szempontjából, mind a helyi csapadék, mind - az albedó hatása miatt - a globális hőmérleg szempontjából" [Walker Rowntree 1977].
A csapadék újrahasznosításának időskálája
Emergencia az, amikor egy rendszer olyan módon viselkedik, amelyet nem programoztak bele a kezdetektől fogva. Egy hópehelynek bonyolult alakzatai vannak, amelyeket nem programoztak be. A vízmolekulák egymás közötti kölcsönhatásából és a levegő változó hőmérsékletéből adódik. Egy halraj bonyolult mintázatokban mozoghat úgy, hogy egyetlen hal sem vezeti a csoportot, és nincs fő tervük, hanem minden egyes hal követ néhány egyszerű szabályt: távolságot tartanak a többi halaktól, nem túl messze és nem túl közel.
Az, hogy egy esőesemény vagy talajnedvesség-anomália több hetes és hónapos, sőt néha több mint egy éves időskálán át hullámzó hatást gyakorolhat a helyi esőzésekre, egy kialakulóban lévő viselkedés. Ez nem a priori van beprogramozva a meteorológiai modellünkbe.
Ez a jelenség több okból is érdekes. Először is, ha ezt a jelenséget látjuk, az azt jelenti, hogy az eső a szárazföldről is eredhet. Másodszor, ez a jelenség segíthet az előrejelzésekben. Például, ha a műholdfelvételek nagy területen talajnedvességet mutatnak, akkor az előrejelzéseket három hónapra visszamenőleg ennek megfelelően ki lehet igazítani. Harmadszor, ez azt jelenti, hogy az aszály és a hőhullámok ebben az időskálában is megmaradhatnak, és egyik helyről a másikra ugorhatnak.
Jerome Namias [1959] meteorológus úgy vélte, hogy a kora tavaszi esők Texasban ezen csapadék úlrahosznosítási jelenség révén késő tavaszi esőkhöz vezetnek. Most ez a jelenség megjelent Walker és Rowntree digitális világában.
Mások is követték ezt a példát, és hasonló dolgokat fedeztek fel a modelljeikben.
1984-ben Manabe, Yeh és Wetherald azt találta, hogy az anomális mennyiségű nedvesség két-három hónapig is eltarthat. A középső és magas szélességi fokokon néha egy évnél is tovább tarthatott. Dolgozatukban közvetlenül foglalkoznak a kis vízkörforgás létezésével és az ebben játszott szerepével -
"a talajból történő párolgás nagymértékű növekedése a légkör vízgőztartalmának növekedését eredményezte, ami viszont a csapadék mennyiségének növekedését okozta".
Ha a talaj több vizet képes megtartani, akkor több csapadékot tud létrehozni. Most már ők is felfedezték a kis vízkörforgást! Ahogy a víz elpárolog, lehűti a Föld felszínét, a Föld számos részén 5-6 fokkal, és felmelegíti a felső légkört. [Yeh, Manabe, Wetherald 1984].
Ahogy Charney esetében is, úgy itt is elég érdekesnek találom, hogy a szén-dioxid-üvegházak mozgalmának központi alakjai, Manabe és Wetherald, szintén eléggé részt vettek a vízzel kapcsolatos, általam alternatívabbnak vélt világkép kutatásában. Ők azt javasolják, hogy az eső a szárazföldről is származik, nem csak az óceánból. Azt mondják, hogy a talaj vízmegtartó képessége befolyásolhatja az esőt! A kis vízkörforgást a világ globális vízkörforgásának jelentős részévé teszik. És azt mondják, hogy a Föld felszínének egyes részei a víz párolgása miatt hűlnek, még ha nem is vonták le azt a következtetést, hogy a víz párolgása globálisan hűtheti a Földet. Talán a vízzel kapcsolatos alternatív világkép, bár még mindig alternatív abban a tekintetben, hogy mennyire terjedt el a mainstream kultúrában, nem is annyira alternatív a tekintetben, hogy ki javasolja.
Más kutatók tovább vizsgálják azt a témát, hogy meddig tartanak fenn ezek a csapadékciklusok. Matei Georgescu, Roni Avissar és munkatársai a Mississippinél három hónapig tartó csapadék-anomáliák fennmaradását fedezték fel. [Georgescu 2003] . Ez az eredmény ellentétben áll azzal, amit a két Johns Hopkins professzor, Benton és Estoque még az 1950-es években jósolt arról, hogy a Mississippi térségében nagyon kevés csapadék újrahasznosítása lesz (amint azt "Az eső eredetének kiderítése" című könyv I. részében leírtuk).
Paul Dirmeyer és Randall Koster [Koster 2006] egy részletes globális talajnedvesség-térkép segítségével pontosan meghatározta a talajnedvesség anomáliáit, és nyomon követte azokat, amint egy évszakon keresztül fennmaradtak, és ezt az információt felhasználva észrevehetően javította a napi időjárás-előrejelzéseket. Julio Herrera-Estrada, Francina Dominguez és munkatársai egy aszályt követtek nyomon, amint az több hónapon keresztül Kaliforniából a Középnyugat felé haladt, az Egyesült Államokban 2012-ben történt események szimulációjában. [Herrara 2019]
Az eső Spanyolországban
A spanyolok aggódtak. Spanyolország elvesztette az esőt. Az Európai Bizottság egyik tagja felkérte Millan Millan meteorológust, aki már korábban is rengeteg meteorológiai adatot gyűjtött a térségről, hogy vizsgálja ki.
Megállapította, hogy az erdőirtás, a degradáció és a földek leaszfaltozása volt a bűnös. A legelőknek kisebb a párolgásuk, mint az erdőknek. A betonozott földeknek kevesebb a párolgásuk, mint a füves területeknek. A párolgás már nem volt elegendő ahhoz, hogy az óceán felől beáramló nedvességhez hozzáadódjon, és a páratartalom a telítettségi pont fölé emelkedjen. Az eső kialakulásához a levegőnek az óceán és a szárazföld vízhozzájárulására egyaránt szüksége volt, de a szárazföld hozzájárulása évtizedek óta csökkent.
Az amerikai erdészeti szolgálat egyik munkatársa, aki meghallgatta Millan előadását, amikor San Diegóban járt, azt mondta, hogy Millan eredményei azt sugallják, hogy Kaliforniában, amelynek éghajlata hasonlóan mediterrán, mint Spanyolországé, hasonló gondok fognak jelentkezni. Az illető úgy vélte, hogy 20 év múlva Kalifornia kiszárad, és tüzek fognak pusztítani. Egy jóslat, amely évekkel később sajnos valóra vált.
Millan Millan azt is megállapította, hogy az eső hiánya Spanyolországban, áradásokhoz vezethet Európa többi részén. Az összegyűjtött időjárási adatok azt mutatták, hogy amikor a nedvesség nem tudott lezúdulni, a szennyező anyagokkal együtt visszahullott, és légköri rétegeket alkotott, amelyekben nagy mennyiségű víz halmozódott fel, a partvidék fölött lógva. Ezt a nedvességet aztán mind átfújná Európa fölött, és hatalmas özönvízszerű esőzésekhez vezethet [Millan 2005]. A talajromlás tehát a kisebb esőzések elmaradásához vezethet, miközben nagyobb esőzéseket is létrehozhat. Ez az eredmény a talaj helyreállítása felé mutat, mint az éghajlati szélsőségek elleni puffer kiépítésének egyik módja felé.
"A víz vizet szül, a talaj a méh, a növényzet a bába" - vallja Millan ékesszólóan. A talajban tárolt vízre, amelyet a növényzet szabadít fel, szükség van az eső vizének létrehozásához. A klímaváltozás két okát az "éghajlatváltozás két lábának" nevezte el: az üvegházhatású gázok kibocsátását és a földhasználat változását. Millan továbbra is azon dolgozik, hogy a kormányok és a közvélemény figyelmét a földhasználat változásának lábára irányítsa.
A kis vízkörforgás térképe
Hubert Savenije holland hidrológus szintén a csapadék újrahasznosítását kutatta a Száhel-övezetben, Charney, Walker és Rowntree munkájára építve. Azt írta: "Az elsivatagosodás, a talajromlás és az aszályok előfordulása globális méretű probléma, amely elsősorban antropogén jellegű... A kutatások azt mutatják, hogy a regionális éghajlatváltozás, az aszályok előfordulása és az elsivatagosodás magyarázatában a földhasználat változásából eredő hatások fontosabbak, mint az üvegházhatás. A legfontosabb mechanizmus ebben a tekintetben a nedvességnek a légkörbe történő visszacsatolása a növényzet párolgásán keresztül, amely a kontinentális csapadék fenntartásához szükséges... Különösen a félsivatagi kontinentális régiókban dominál ez a probléma... Ennek fényében figyelemre méltó, hogy a nemzetközi kutatási környezetben ilyen kevés figyelmet fordítanak a nedvesség visszacsatolási folyamatok elemzésére és számszerűsítésére, miközben hatalmas kutatási erőfeszítéseket fordítanak a globális felmelegedésre és a globális klímamodellek előrejelzéseire, amelyek nem eredményeznek semmilyen kézzelfogható, helyben megvalósítható intézkedést.". [Savenije 1995].
Savenije-t mesterszakos hallgatója, Ruud van der Ent kereste meg, hogy készítsen egy térképet a kis vízkörforgásról. A klímamodellek 2010-ben sokkal kifinomultabbak lettek, különböző növényzethez különböző párolgási sebességeket, különböző talajtípusokhoz különböző nedvességmegtartó képességeket, különböző erdőkhöz különböző súrlódási képességeket a szelek lassítására. A műholdak és más meteorológiai eszközök részletesebb időjárási adatokkal rendelkeznek. A rendelkezésükre álló technológia segítségével Savenije és Van der Ent elkészíti a párolgás újrahasznosításának térképét, és ennek fordítottját, a csapadék újrahasznosításának térképét. [van der Ent 2010]
Az alábbi térkép a párolgás újrahasznosításáról szól, amely megmutatja, hogy egy terület párolgása mennyi párolgásból jut vissza ugyanarra a kontinensre. Az USA nyugati partvidékén a párolgás mintegy 50-60%-a az USA-ban és Kanadában tér vissza. Nyugat-Európa esővel látja el Kínát; a nyugat-európai párolgás 50-70%-a visszaáramlik Európa és Kína fölé. Az Amazonas Dél-Amerika többi részét látja el esővel, az Amazonas párolgásának mintegy 80%-a a kontinensre érkezik vissza. Kelet-Afrika egy része a Kongót látja el esővel, a kongói esőerdő pedig Afrika többi részét. A kongói esőerdő párolgásának 80-90%-a Afrikába jut vissza. (Savenije egy szép előadást tart erről a témáról itt.)
Az alábbi térkép a csapadék újrahasznosítását mutatja, amely megmutatja, hogy egy adott terület csapadékának mekkora része származik ugyanazon a kontinensen a párolgásból és a légköri elszívásból. A nyugati partvidék egyes részeinek kivételével Észak-Amerika csapadékának mintegy 40%-a a szárazföldről származik. A Colorado folyó csapadékának mintegy 40%-a a szárazföldi párolgásból származik, ami arra utal, hogy az USA nyugati partvidékének ökológiai helyreállítása segíthetne növelni a Colorado folyó feletti csapadékmennyiséget és növelni annak fogyatkozó vizét, segítve ezzel a vízhiány problémáit. Kína északi fele az eső jelentős százalékát Nyugat-Európából kapja. Ez az eső segít a kínaiaknak elegendő élelmiszert termeszteni a szárazabb területeken. Ez azt sugallja, hogy a kínaiak talán arra akarják ösztönözni Európát, hogy több földjét ökológiai helyreállításra bátorítsa, hogy Észak-Kína több esőhöz jusson. Dél-Amerika középső része az eső nagy részét az Amazonasból kapja. Ez arra utal, hogy az ottani országok nyomást gyakorolnak az amazóniai erdőirtás megállítására. A Száhel-övezet a Kongó-medencéből kapja esőjének egy tisztességes részét. Ha ezt jobban felismernék, akkor a Száhel-övezet sivatagosodás elleni erőfeszítései a Kongóra is összpontosíthatnának - megállítva az ottani fakitermelést, megállítva az erdők mezőgazdasági üzemekké való átalakítását, és segítve az ottani helyieket abban, hogy alternatívákat találjanak a fák kivágására a megélhetés érdekében.
Benjamin Holzman 1937-ben azt feltételezte, hogy az Egyesült Államokban elpárolgó vizet a száraz légtömegek beszippantják az Északi-sarkvidékről, Kanadából és Délnyugatról, és kifújják a tenger fölé, mielőtt leeshetne. (lásd "Az eső eredetének megfejtése" című könyv I. részét). Most, hogy kifinomult éghajlati modellekkel lehet ezeket a légtömegeket szimulálni, bebizonyosodott, hogy az ő elemzése, bár korához képest fejlett volt, téves volt. Az Egyesült Államokban a párolgás legalább fele Észak-Amerikában jön vissza. Holzman kijelentései hozzájárultak ahhoz, hogy a közvélemény tévesen azt higgye, hogy az eső eredete kizárólag az óceánból származik. Talán az ehhez hasonló esőtérképek, a modern klímatudományi felfogást tükröző térképek, ha nagyobb figyelmet kapnának, ha blogokban, youtube-videókban és podcastokban sugároznák, ha a permakultúra-órák, környezetvédelmi szervezetek és klímavédelmi csoportok terjesztenék, megváltoztathatnák a közvéleményt, hogy megértse, az eső valódi eredete az óceánból és a szárazföldről is származik, nem csak az óceánból.
Ha a kormányok megértik, hogy országuk eső- és vízbiztonsága a széllel szemben lévő országoktól függ, akkor a kormányok elkezdenek majd tárgyalóasztalhoz ülni, hogy megvitassák, miért van szükségük a szomszédos országaikra, hogy helyreállítsák a földjeiket. Jessica Keune és Diego Miralles, a belgiumi Genti Egyetem munkatársai azt javasolják, hogy az európai országok fogjanak össze, és hozzanak létre egy vízgyűjtő csapadék újrahasznosító hálózatot [Keune 2019]. A kormányok már most is tárgyalóasztalhoz ülnek, hogy megállapodásokat kössenek a folyók felhasználásáról a folyók fel- és lefolyójukon. A következő lépés az, hogy olyan megállapodások megvitatására gyűljenek össze, amelyek tükrözik az eső eredetének új felfogását, amelyek tükrözik a talaj helyreállításának hatását a csapadékra lefelé, olyan megállapodások, amelyek segíthetnek a vízbiztonság új korszakának megszületésében.
A kutatás fejlődése nem lineáris, hanem többdimenziós, sokféle irányba halad. Ez határozottan igaz az éghajlati tudományra. Az éghajlatmodellezésről szóló tanulmányok átnézése során rengeteg témát és témakört lehetett felfedezni, amelyek körül összefolytak a gondolatok. Válogatnom kellett, néha leírtam egyet, majd elvetettem, hogy koherens elbeszéléssé állítsam össze őket.
Ez egy olvasók által támogatott kiadvány, ha anyagilag szeretnének hozzájárulni, nagyon köszönöm.
Köszönöm mindenkinek, aki különböző módon támogatott engem.
A sorozat harmadik része itt található.
Referenciák
Doherty, Ruth, J. Kutzbach, J. Foley, and D. Pollard. "Fully coupled climate/dynamical vegetation model simulations over Northern Africa during the mid-Holocene." Climate Dynamics 16 (2000)
D’Odorico, Paolo, Abinash Bhattachan, Kyle F. Davis, Sujith Ravi, and Christiane W. Runyan. "Global desertification: Drivers and feedbacks." Advances in water resources 51 (2013)
Fraedrich K, Kleidon A, Lunkeit F. A green planet versus a desert world: estimating the effect of vegetation extremes on the atmosphere. J Clim (1999)
Keune, Jessica, and D. G. Miralles. "A precipitation recycling network to assess freshwater vulnerability: Challenging the watershed convention." Water Resources Research 55, no. 11 (2019)
Makarieva Anastassia M., Nefiodov Andrei V., Rammig Anja, Nobre Antonio Donato Front. For. Glob. Change, 20 July 2023 Sec. Forest Management
Volume 6 - 2023 | https://doi.org/10.3389/ffgc.2023.1150191
Manabe, Syukuro, Joseph Smagorinsky, and Robert F. Strickler. "Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle." Monthly Weather Review 93, no. 12 (1965)
Manabe, S., and R. T. Wetherald, 1967: Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity. J. Atmos. Sci., 24, 241–259, https://doi.org/10.1175/1520-0469(1967)024<0241:TEOTAW>2.0.CO;2
Millán, M. M., and Coauthors, 2005: Climatic Feedbacks and Desertification: The Mediterranean Model. J. Climate, 18, 684–701, https://doi.org/10.1175/JCLI-3283.1
Milly, P. C. D., and K. A. Dunne, 1994: Sensitivity of the Global Water Cycle to the Water-Holding Capacity of Land. J. Climate, 7, 506–526
Van der Ent, Rudi J., Hubert HG Savenije, Bettina Schaefli, and Susan C. Steele‐Dunne. "Origin and fate of atmospheric moisture over continents." Water Resources Research 46, no. 9 (2010)
Wang G, Eltahir EAB. Ecosystem dynamics and the Sahel drought. Geophys Res Lett 2000
Yu, Y., Notaro, M., Wang, F. et al. Observed positive vegetation-rainfall feedbacks in the Sahel dominated by a moisture recycling mechanism. Nat Commun 8, 1873 (2017). https://doi.org/10.1038/s41467-017-02021-1
Forrás: Climate Water Project