Egy kitűnő könyv apropójából. Hatodik rész: A Globális Légkörkutatási Program

                                                Koppány György meteorológus, nyugalmazott egyetemi tanár (1932-2016)

"A GARP az 1970-es években több alprogram végrehajtását kezdte meg: a Numerikus Kísérletek, a GARP Atlanti Trópusi Kísérlet (GATE), az Első Globális GARP Kísérlet (FGGE), a Légtömegtranszformálódási Kísérlet (AMTEX), GARP kísérlet az Alpok térségében (ALPEX). A GARP működésének megértése céljából nézzünk meg néhány alprogramot közelebbről is.

Numerikus Kísérletek. Az elméleti kutatók, főleg a számítógépek elterjedése óta, olyan számszerű (numerikus) modellek megalkotásán fáradoznak, amelyek egzakt pontossággal leírják a légköri mozgások legjellemzőbb vonásait. Ezek a modellek alkalmasak lennének az általános földi légkörzés tanulmányozására és az időjárás számszerű előrejelzésére egy naptól több hétig. A GARP formális megalakulása (1967) óta a numerikus kísérletek rohamos fejlődésnek indultak, a kísérletekkel foglalkozó csoportok száma 1967 és 1974 között megháromszorozódott. A numerikus modellalkotás legtöbb tudományos kérdése a következőkben foglalható össze: mire van szükségünk ahhoz, hogy a numerikus modelleket minél hasonlóbbakká tegyük a valóságos földi légkörhöz? A légkörben igen különböző méretű fizikai folyamatok játszódnak le, melyek viszonylag önálló mozgásrendszereket alkotnak, ugyanakkor kölcsönösen függenek egymástól. Ez a kölcsönhatás lehet elhanyagolhatóan kicsiny, de lehet a hosszútávú előrejelzések szempontjából igen fontos is. Ismernünk kell tehát a nagy- és kisméretű légköri mozgások kölcsönhatásait. De ismernünk kell azt is, hogy milyen mérésadatok szükségesek az általános földi légkörzés szerkezetének, változásainak  és energetikájának meghatározásához. Tehát azt, hogy miként kell optimális megfigyelőrendszert kialakítani az egész Földön. Az eddigi kísérletek hasznosnak bizonyultak arra, hogy bepillantást nyerjünk a globális megfigyelőrendszer tervébe. A numerikus modellekkel folytatott kísérletek vezettek annak felismeréséhez, hogy a trópusokon végzett szélmérések igen fontosak a számszerű előrejelzés sikerességéhez."

A fenti szemelvényben szinte minden benne van, ami lényeges és gondolatébresztő a numerikus modellek terén. Megtudjuk például -amire ritkán gondol az előrejelzési térképeket napi rendszerességgel figyelő amatőr- hogy hosszú éveken át kisebb hadseregnyi szakember fáradozott a numerikus előrejelzési módszer kidolgozásán, tökéletesítésén. Továbbá, hogy itt modellről van szó, ami nagymértékben úgy viselkedik, mint a valós légkör, de természetesen attól különböző, "önálló" életet él. Emiatt bizonyos idő elteltével az általa ábrázolt folyamat eltér majd a valóstól. Feltétlenül tudnunk kell, mi az az időtáv, amin belül a modell a gyakorlat számára megfelelő hűséggel leköveti a tényleges történéseket. Szóval, abszolút fontossággal bír ismerni a modell érvényességi időtartamát. Ugyanekkora jelentőségű az a kérdés, hogy a mérések szolgáltatta irdatlan adathalmazból melyek lényegesek a modellek valósághűsége szempontjából, illetve melyek a kevésbé fontosak, esetleg elhanyagolhatók. Modellünk akkor fog legjobban hasonlítani a valósághoz, ha annak minél több elemét beépítjük a konstrukcióba. De természetesen az adatok szaporításának vannak határai, ezért szelektálni kell közöttük. Azt sem szabad elfelejteni, hogy még a legtökéletesebb modell is szükségszerűen absztrakció, a dolgok bizonyos fokú leegyszerűsítése. Ráadásul tökéletesen pontos mérés nem létezik. A mért, "input" adatok elkerülhetetlen pontatlanságának, szórásának hatása a modell viselkedésére hamar nyilvánvalóvá lett, ez vezetett a valószínűségi szemlélet megjelenésére a modellalkotás és használat során. Az is kiderült, hogy az egyenlítő környezetének légköri folyamatai különösen nagy hatással vannak a mérsékelt szélességek időjárására.

"GARP Atlanti Trópusi Kísérlet (GATE). Ennek az alprogramnak első kísérletét 1974 nyarán hajtották végre. A száznapos program lebonyolításában 70 ország mintegy 4000 tudományos és technikai munkatársa vett részt. A különleges célú megfigyelőrendszert kb. 40 oceanográfiai és meteorológiai hajó, 40 úszó bójára szerelt automatikus megfigyelőállomás, 13 különlegesen fölszerelt repülőgép alkotta. Ehhez kapcsolódott még néhány kvázipoláris pályán keringő műhold, továbbá egy geoszinkron műhold is. A GATE célja az volt, hogy minél részletesebb képet nyújtson arról az elsődleges energiaforrásról, amely a légkört mozgásban tartja az egész Földön, továbbá értékes új információkat szolgáltasson a trópusok meteorológiájáról. A légkörbe érkező napsugárzásnak legnagyobb részét ui. a trópusok kapják, ez a sugárzási energia részben a víz elpárologtatására, részben melegítésre,  részben pedig közvetve a levegő mozgatására, a szélrendszerek kialakítására szolgál. Az 1974 június 15. és szeptember 23. között végrehajtott GATE alprogram kiváló eredménnyel zárult, és jelentős hasznot hozott az Első Globális GARP Kísérlet (FGGE) megtervezésében.

Első Globális GARP Kísérlet (FGGE). Tízévi gondos előkészítő munka után 1978-79-ben megvalósult az Első Globális GARP Kísérlet, vagy kevésbé hivatalos nevén a Globális Időjárási Kísérlet (GWE). Több lépcsős intenzitással  egy éven át (1978. december-1979. november), azon belül két speciális megfigyelési periódusban ( január 5. és március 5., továbbá május 1. és június 30. között) illetve a csak rövid ideig működtethető rendszereket a két intenzív megfigyelési időszakra (január 15.-február 20. és május 10.-június 8.) koncentrálva a meteorológusok és oceanográfusok közössége megkísérelt a légkör állapotáról olyan részletességű adategyüttest összehozni, ami a mai technikai és anyagi lehetőségek keretein belül egyáltalán elképzelhető. A Globális Kísérlet Földünk egész területére kiterjedt, megkülönböztetett figyelmet szentelve az általános légkörzés olyan kitüntetett összetevőinek, mint az északi és  déli hemiszférák közötti levegőcsere, a monszuncirkulációk,  a poláris hőnyelők és az óceánok szabályozó szerepe. A Globális Időjárási Kísérlet egész tartama alatt az alap megfigyelőrendszert a WWW Globális Megfigyelő Rendszere alkotta. Ehhez tartozott: több mint 9200 felszíni megfigyelést végző szárazföldi állomás, csaknem 1000 magaslégköri mérést végző állomás, 9 állandó pozíciójú speciális meteorológiai hajó, kb. 7400 felszíni megfigyelést végző kereskedelmi hajó, számos kereskedelmi repülőgép és néhány speciális meteorológiai felderítést végző repülőgép. Ehhez a földbázisú rendszerhez kapcsolódik az űrbázisú rendszer, amely öt geostacionárius műholdból és számos poláris pályán keringő műholdból áll. A geostacionárius műholdakat az egyenlítő egy-egy fix pontja fölött, egymástól mintegy 70 hosszúsági fok távolságban állították pályájukra. Az öt műhold látómezeje így lefedi a trópusi zóna teljes hosszát, továbbá a mérsékelt szélességek egy részét is. Ez az alap megfigyelőrendszer, bár rengeteg információt szolgáltat, mégsem nyújt elegendő adatot a Föld-légkör rendszer pillanatnyi fizikai állapotáról, ezért különféle speciális, járulékos megfigyelőrendszereket is alkalmaztak a FGGE során. Ezeket a rendszereket azonban nem egész évben, hanem csak a kijelölt időszakokban működtették. Külön tanulmányt tenne ki a Globális Időjárási Kísérlet teljes működésének leírása, valamint azoknak a feladatoknak a felsorolása, amelyekre a kísérlet vállalkozott. Ehelyett talán érdemes megemlíteni, hogy a globális kísérlet végrehajtásában több magyar szakember is részt vett."

Úgy gondolom, hogy a leírtak jól szemléltetik annak a technikai apparátusnak és nemzetközi együttműködésnek  a méreteit, amely nélkül a légkör működésének jobb megismerése, valamint használható előrejelzési modellek készítése és kipróbálása még csak szóba se kerülhetett volna.

"GARP Kísérlet az Alpok térségében (ALPEX). Az ALPEX kísérlet során tanulmányozni kívánják azt a kérdést, hogy miként módosul az áramlási mező, a nyomás és a légnedvesség eloszlása az Alpok vonulata fölött és a hegység körül különböző időjárási helyzetekben. A másik fontos célkitűzés azoknak a fizikai folyamatoknak a behatóbb megismerése, amelyek az Alpok szélárnyékolt, "lee-oldalán" ciklonok kialakulásához vezetnek. Vizsgálni fogják, hogy milyen mechanizmusok befolyásolják ezeknek a mediterrán ciklonoknak a további fejlődését. A fő feladatok végrehajtásán kívül választ várnak arra a kérdésre, hogy miként alakulnak ki az Alpok jellegzetes szélrendszerei, mint a főn, a bóra, a misztrál és más hegy-völgyi szelek, továbbá, hogy milyen szerepet kap a Földközi-tenger mint az érzékelhető és a latens hő forrása a mediterrán ciklonok képződésében és fejlődésében. Az ALPEX operatív szakasza 1981. szeptember 1-én kezdődött, és 13 hónapig tart, amelyből 1 hónap a felkészülési idő. Ezen időszak alatt bővítik a légköri megfigyelési rendszert az Alpok környezetében, így hazánkban is. Az ALPEX program tervezésében és kidolgozásában magyar szakember is részt vesz. Az ALPEX az utolsó lesz a Globális Légkörkutatási Program keretében rendezett speciális megfigyelési kísérletek sorában. Sikeres lebonyolításától sok új ismeret megszerzését várják a kutatók, köztük azok a hazai szakemberek, akiknek napi prognosztikai munkájában gyakran éppen az Alpok áramlásmódosító hatása okoz különleges gondot."

Az ALPEX kutatási eredményei különösen is érintenek minket, ahogy a szerző utal rá. Az Alpok hegyláncának örvénykeltő hatása, a hegység déli, északias áramlás esetén szélvédett oldalán létrejövő másodlagos örvények, peremciklonok alapvető hatást gyakorolnak országunk időjárására. A hidegfrontok hullámvetése, csapadékzónáik szétszakadása, majd délnyugatról a kialakuló mediterrán ciklon csapadékos területének fölénk terjeszkedése mindannyiunk által jól ismert, mindennapos jelenségek. Ezek pontos előrejelzése mind a mai napig problematikus lehet, dacára a pontosabbá tételre tett erőfeszítéseknek.

"Mit remélhet a tudomány, a WMO tagállamainak meteorológiai szolgálata és az egyes részt vevő országok a GARP kísérletektől? Ma még kockázatos lenne egy olyan hatalmas tudományos vállalkozás részletes eredményeit fölbecsülni, mint a Globális Időjárási Kísérlet. Elképzelhető, hogy az 1980-as évek közepére az eredmények birtokában lehetővé válik a prognózisok hasznos érvényességi tartamát tíz napra vagy azon túl kiterjeszteni. De ebben pillanatnyilag még nem lehetünk biztosak. Abban a kérdésben azonban optimisták lehetünk, hogy a tudósok és technológusok ezreinek részéről megnyilvánuló erőfeszítés, valamint a világ országai többségének a kormányzatai által vállalt költségviselés a légkör mozgásának jobb megértéséhez vezet, s a meteorológusok ennek alapján az előrejelzések tökéletesebb modelljeit fogják megalkotni. Ugyanilyen optimisták lehetünk abban a vonatkozásban is, hogy a Kísérlet jelentősen erősíteni fogja a jelenlegi WWW működését és hatékonyságát. Ennek gazdasági előnyei pedig messze felülmúlhatják a globális kísérlet költségeit. Végül a szerzett megfigyelési adatgyűjtemény elemzése lehetővé teszi majd az éghajlat ingadozásait előidéző folyamatok világosabb megértését, tehát egy olyan kérdés tisztázását, amelynek fontossága az egész emberiség jövője szempontjából egyre növekszik."

 A szerzőnek a jövőt illető optimizmusa -mint az azóta eltelt évek megmutatták- részben indokolt volt, részben pedig nem. Tény, hogy a numerikus modellek napjainkban már a mindennapok részét képezik, például online is hozzáférhetők. Eredményeiket kis tanulás és gyakorlás után laikusok is felhasználhatják. Nem utolsósorban a előrejelzési térképek pontossága  nyilván sokat fejlődött az évtizedek alatt. Másrészt viszont az említett "bűvös" határt, a 10 nap körüli időtávot azóta sem sikerült átlépni abban az értelemben, hogy napokra lebontott, részletes időjárás-jelentés ezen az időtartamon túl most sem adható. Kérdés, hogy az adatok és a számítások mennyiségének nagymértékű növelésével, a programok finomításával mennyire tolható ki ez az időtartam, az eredmények arányban állnak-e a ráfordítással? A meteorológiai ismeretek gazdasági hasznosságáról mostanában kevés szó esik (ez valószínűleg nehezen is mérhető fel), a meteorológiát -legalábbis a közérthetőbb írások, cikkek terén- az éghajlatváltozás témája uralja. Tagadhatatlan, hogy minden tudományágban léteznek "érák", mikor egy bizonyos kutatási irány, vagy módszer többé-kevésbé túlteng mások rovására. Talán ez az oka, hogy a spontán éghajlatingadozásokról jelenleg kevés szó esik.

A következő írásomban a légáramlások modellezése kerül majd "terítékre".