Frontiers in Earth Science

A légkörtudományok mint tudományterület magában foglalják a légkörben lejátszódó összes folyamatot, valamint annak más rendszerekkel – elsősorban a hidroszférával, krioszférával, litoszférával, bioszférával és a világűrrel – való kapcsolatait. Mint ilyen, ez egy kiterjedt tudományág, és a fő kihívások leírása nem könnyű feladat, és meglehetősen sok átfedést jelent a föld- és környezettudományok néhány más nagy kihívásával. Mivel az éghajlati tudományokkal különleges átfedések fordulhatnak elő, érdemes megjegyezni, hogy a légköri folyamatok az időbeli skála tekintetében különböznek az éghajlati folyamatoktól, mivel az utóbbiak hosszú, jellemzően 30 évnél hosszabb, de mindenképpen elég hosszú időszakokban játszódnak le ahhoz, hogy értelmes átlagokat kapjunk. A légköri folyamatok központi szerepet játszanak az éghajlat állapotának konfigurálásában, de számos olyan erőhatás és visszacsatolás szempontjából is, amelyek meghatározzák az éghajlatváltozás nagyságát és lehetséges hatásait. Ráadásul a légköri tudományok terén az utóbbi időben lenyűgöző előrelépés történt az egyének és szervezetek számára nyújtott előnyök tekintetében. A légköri “információk” áramlása jelentős jelentőséggel bír az egészségüggyel, a mezőgazdasággal, az energiával, az energiával és a környezettel kapcsolatos döntésekben. Ez a “Nagy kihívások” című cikk a légkörre összpontosít, bár a Föld más részeivel és környezetével való erős kölcsönhatás, valamint az ezzel járó társadalmi következmények közös témát jelentenek az összes leírt kihívásban.

A következő néhány évben a légkörtudományok fejlődése alapvető fontosságú, ha az alapvető folyamatok megértése és modellezése javulni kíván; ehhez valódi előrelépésekre lesz szükség a megfigyelési, koncepcionális és technológiai megközelítések terén. Ezért az alábbi 12 kiválasztott kihívás nem kimerítő listája tartalmazza a megfigyelésekkel és az adatasszimilációval kapcsolatos kihívásokat, a hagyományos tudományágak (légkörfizika és légkörkémia, légköri dinamika és időjárás-előrejelzés), a légkör és határai közötti kölcsönhatásokkal kapcsolatos kihívásokat, valamint az éghajlati vizsgálatok légköri komponensével kapcsolatos kihívásokat.

1. kihívás: Adatasszimiláció

A földmegfigyelés adatasszimilációjával kapcsolatos kihívások a következő években technikai és általános tematikus szempontokhoz, valamint a földmegfigyelési rendszerekben rejlő új és izgalmas lehetőségek kihasználásának képességéhez kapcsolódnak. E kihívások kezelésének előnyei valószínűleg magukban foglalják az újraelemzések javulását, az időjárás-előrejelzés javulását, egy jobb megfigyelési rendszert és egy jobb alapot, amelyre az éghajlati modellek elemeit lehet építeni. A technikai kihívások közül öt terület a legjelentősebb: (Példaként említhető a légkör és az óceán, az óceán és a krioszféra, valamint a légkör és a szárazföld összekapcsolódása; (2) az együttes adatok asszimilációja a természetes változékonyság és/vagy a földi rendszer hibáinak reprezentálása érdekében – itt a technikai erőfeszítések a reális együttesek kialakítására fognak összpontosítani; (3) az adatasszimiláció elvégzése nagyobb térbeli felbontásban, a földi rendszer finomabb (mezoszintű és finomabb) skálákon történő reprezentálása, beleértve az egyensúlyi feltételek változásainak figyelembevételét célzó elméleti fejlesztéseket; (4) az adatasszimilációban használt megfigyelések és modellek hibáinak (véletlen és torzítások) jobb megjelenítése, beleértve az előrejelzési hibák, a modellhibák és az online torzításkorrekció megjelenítését; (5) a közös állapotbecslés és az inverz modellezési megközelítés kiterjesztése és megerősítése a biogeokémiai ciklusok tanulmányozása érdekében (pl.g., a szénciklus). Az átfogó kihívás itt a meteorológiai és űrügynökségek, a kutatási és operatív tevékenységek, valamint az in situ és műholdas megfigyelési platformok közösségi adatasszimilációs erőfeszítéseinek konszolidálása és integrálása, beleértve az összes kontinentális és globális együttműködést, valamint ezen erőfeszítések hatékony alkalmazása a földmegfigyelés új küldetéseinek fejlesztése érdekében.

Kihívás 2: Kisléptékű folyamatok a légkörben

A kisléptékű folyamatok alapvető megértése és a kapcsolódó alkalmazások tekintetében számos kihívás mutatkozik, amelyek közül sok jelenleg is aktívan vitatott és tanulmányozott. Először is, a megnövekedett számítási teljesítmény lehetővé teszi az áramlástani problémák részletesebb szimulációját, így ma már stabilan rétegzett áramlásokat is modelleznek közvetlen numerikus szimulációval. Ugyanakkor ezek a fejlett számítási technikák a numerikus időjárás-előrejelzés (NWP) és az éghajlati modellezés paraméterezési sémáinak új generációját is igénylik. Nagy felbontásoknál például nem lehet elhanyagolni a városi területeken előforduló összetett dinamikát, és ezek reprezentálására speciális NWP-sémákra van szükség. Kisebb rácsméreteknél az NWP-ben megközelítik a turbulencia úgynevezett szürke zónáját, és ennek hatását meg kell érteni és számszerűsíteni kell. A felhők és a mély konvekció napi ciklusának ábrázolása tekintetében van még mit javítani, és ugyanez vonatkozik a stabil határrétegeket és a napi ciklust irányító fizikai folyamatokra, valamint a turbulencia időszakos jellegére is, különösen szélcsendes körülmények között. Ezenkívül a nagyobb felbontás fejlettebb technikákat is igényel, amelyek lehetővé teszik az elvégzett megfigyelések értelmezését. A határrétegmeteorológiában a felszíni energiamérleg és a hőháztartás lezárása a helyszíni megfigyelésekben további figyelmet igényel. Végül, a meteorológia előtt álló adatkihívások is növekedni fognak, különösen a professzionális és a tömeges megfigyelések nagyobb mértékű elérhetősége miatt (Muller et al., 2013).

Kihívás 3: A légszennyezés kémiája

A légszennyezés kémiájának kutatói számára legfontosabb kihívások megoldására irányuló program fő összetevői a következő három címszó alatt írhatók le: (1) Beltéri szennyezés és egészség: mivel az emberek munkájuk, iskolai tanulmányaik és szabadidejük során nagyrészt zárt térben tartózkodnak, fontos tanulmányozni a beltéri szennyezésnek az emberi egészségre gyakorolt hatását a beltéri kibocsátások és/vagy a külső környezeti levegő beszivárgása következtében. Az elmúlt években a beltéri levegő minőségét szabályozó folyamatok jelentősen megváltoztak az építési előírásoknak a jobb energiahatékonyságot célzó módosításai következtében. A beltéri levegő minőségét és az emberi jólétre gyakorolt hatását befolyásoló források, vegyületek és folyamatok tekintetében még mindig jelentős ismeretlenek. (2) Por és levegőminőség: a gépjárművek kibocsátási jellemzőinek folyamatos javulásával a városi területeken az aeroszolszennyezés hatásai ma már egyre inkább más kibocsátási forrásokra vezethetők vissza, mint például a természetes por szállítása és a közúti por újraszuszpendálása, főként a szárazabb éghajlatú dél-európai területeken az észak-afrikai sivatagokból származó por szállítása által érintett területeken. Ezeknek a hatásoknak a megértése és az enyhítő intézkedések alkalmazása (a közúti por újraszuszpendálására) egyaránt a jövőbeni kutatások tárgyát képezi. (3) Biomassza elégetése: az éghajlatváltozás és a fosszilis tüzelőanyagok hatásával és költségeivel kapcsolatos aggodalmak miatt a biomassza elégetése ma már általánosan elterjedt a háztartások fűtésére Európában. Számos városi területen, főként télen, a háztartási biomassza a részecskék által okozott légszennyezés fontos forrásának bizonyult. Jelenleg bizonyos hangsúlyt fektetnek a biomassza elégetése hatásának értékelésére a városi levegőminőség szempontjából, valamint a biomassza égető berendezések és létesítmények kibocsátási jellemzőinek tanulmányozására, valamint a biomassza égetéséből származó részecskék összetételének az emberi egészségre gyakorolt hatására.

Kihívás 4: Aeroszol-felhő kölcsönhatások

Kétségtelen, hogy az aeroszol részecskék a felhők kondenzációs magjainak (CCN) és jégmagjainak (IN) kínálatán keresztül aktívan részt vesznek a felhőképződésben. Felmerült, hogy az aeroszolkoncentrációk változásai megváltoztatják a felhők élettartamát és a csapadékképződés hatékonyságát, és ezáltal befolyásolják a földi rendszer sugárzási kényszerét. Nagy erőfeszítéseket fordítottak erre a témára, ami gyors fejlődést eredményezett az ismeretek, a módszertanok és a technikák terén (pl. Wang, 2013). E fejlődés ellenére még mindig nehéz érdemi következtetéseket levonni az aeroszolok regionális és globális léptékű klimatológiai hatásairól. Ezzel szemben az aeroszol-felhő kölcsönhatások molekuláris és mikrofizikai léptékben egyre kiszámíthatóbbá, a modellezése pedig egyre determinisztikusabbá vált. Úgy tűnik, hogy a kisléptékű (molekuláris és mikrofizikai) folyamatok és a nagyléptékű (regionális/globális) események között jelentős szakadék tátong ismereteinkben ezen a területen. Azt javasoljuk, hogy továbbra is szükség van a több léptékű eredmények szintézisére az érintett problémák egyértelmű azonosítása és a szakadék megszüntetéséhez szükséges jelenlegi eszközkészlet és módszertanok javítása érdekében.”

Kihívás 5: Időjárás-előrejelzés

A folyadékok által leírt jelenségek összetettek, azonban a folyadékok mozgásának törvényszerűségeinek megjelenése csalóka egyszerű, az e törvényeket irányító egyenletek nem lineárisak, ami többféle (és nehezen érthető) visszacsatolási hatást feltételez. A légkör és állapotának időbeli alakulása sem mentesül ettől a problémától. Mindenesetre az elmúlt évtizedek légkörtudományi kutatásainak egyik zászlóshajója a 2-7 napos tartományban történő megbízható előrejelzés megteremtése volt, tekintettel a hatalmas potenciális gazdasági előnyökre; az ilyen technikák azonban még mindig szenvednek a többnyire az óceánok felett gyűjtött adatok gyűjtéséből és felhasználásából származó problémáktól. A műholdakból és a földi távérzékelésből származó új adatok felhasználása segíthetne ebben a tekintetben, csakúgy, mint a hagyományos adatkészletek, például a mára már kissé elavult globális rawinsonde-hálózat megfelelő karbantartása. A vízgőz és a földfelszín tulajdonságainak mérése szintén prioritást élvez. A fizikai kihívások továbbra is ugyanazok, mint több mint egy évtizeddel ezelőtt (National Research Council, 1998), nevezetesen: a légköri és a szárazföldi felszíni folyamatok közötti kölcsönhatás természetének jobb megértése, a hidrológiai ciklus, a mély konvekció dinamikája, a tropopauza szerepe a légköri dinamikában, új lendület a mezoszintű modellek fejlesztésében, valamint az időjárás és az éghajlat hullámalapú modelljeiben használt paraméterezések javítása. E fejlesztések fontosságára példa az orografikus gravitációs hullámellenállás, amelynek paraméterezését az időjárás- és éghajlat-előrejelző modellekben aktualizálni kell, tekintettel néhány, a legújabb kutatások során fontosnak bizonyult hatás fontosságára. Ezek közé tartozik a szélnyírás hatása mind a felszíni ellenállásra, mind a hullámimpulzusáramra (és annak disszipációjára), valamint a csapdába esett szélárnyékhullámok által keltett ellenállás, amelyek energiája nem felfelé, hanem a forrásuktól lefelé terjed és disszipálódik. Ezeknek az orográfiai gravitációs hullámoknak a tiszta levegő-turbulenciára (CAT) gyakorolt hatását, amely nagyon komoly repülési veszélyt jelent, nem sikerült kielégítően számszerűsíteni. A legtöbb CAT-előrejelzési módszer olyan empirikus előrejelzőket használ, amelyek nem kapcsolódnak kifejezetten a gravitációs hullámokhoz, de jól ismert, hogy az irányított nyírás (amely a természetben mindenütt jelen van) gravitációs hullámtöréshez vezet, amely a CAT fontos forrása lehet. A gravitációs hullámok csapdába esése a hegyek vagy dombok szélén instabil, turbulens, zárt keringés kialakulásához vezet, amelyet rotornak neveznek, és amely szintén komoly repülési veszélyt jelent. Az ilyen áramlási struktúrák kialakulásához szükséges feltételek megértése hiányos, és kétségtelenül hasznára válik a hegyi hullámok elméletében elért legújabb eredményeknek.

6. kihívás: Távérzékelés a meteorológiához és az éghajlathoz

A földi és műholdas távérzékelés jelentős előrelépést hozott mind az időjárási, mind az éghajlati rendszerek, valamint az ezekben bekövetkező változások megértésében (Yang et al., 2013), mivel lehetővé tette a légkör, a szárazföld és az óceánok folyamatainak és tér-időbeli állapotainak számszerűsítését. A műholdképek intenzív használata a meteorológiában és a tengerszint-emelkedés térbeli mintázatai jó példát szolgáltatnak erre. Az érintett idősorok időtartama általában túl rövid ahhoz, hogy számos éghajlati változó hosszú távú trendjeinek megragadására használhatók legyenek, ezért az egyik legnagyobb kihívás ezen idősorok időtartamának meghosszabbítása. A felhők és a csapadék regionális és globális ciklusainak távérzékelése szintén szükséges az éghajlat megfigyeléséhez és a modellek eredményeinek ellenőrzéséhez. A légkörfizika területén két jelentős kihívás van; az első a felhők mikrofizikájára és a villámkisülés fizikájával való kapcsolatra összpontosító innovatív vizsgálatok tervezése, a légköri elektromosság megfigyelésével és mérésével kapcsolatos valamennyi szemponttal együtt, a második pedig új passzív radiométeres és radaros vizsgálatok kidolgozása, amelyek segítenek megérteni a felhők és a csapadék szerkezetét, különös tekintettel a trópusi meleg esők folyamataira, a közepes szélességi körökön előforduló könnyű csapadékra, a hóesésre, a felhők folyadék- és jégvíztartalmára, a csapadékvíz- és vízgőzprofilokra. Az egyik hidrometeorológiai kihívás a vízkörforgás légköri és kontinentális részeire vonatkozó megfigyeléseink és modellezésünk kiterjesztése és javítása annak érdekében, hogy lehetővé váljon annak lezárása (pl. hegyvidéki területek, sarkvidékek).

7. kihívás: A hidrológiai ciklus légköri ága

A hidrológiai körforgással kapcsolatos számos kihívás közül a nedvesség légköri szállításával kapcsolatos kihívások külön említést érdemelnek, mivel teljes egészében a légköri tudományok területén léteznek. A következőkben a Gimeno et al. (2012) közelmúltbeli áttekintésében leírt kihívások közül a legégetőbbeket vesszük sorra. A nedvességforrások diagnosztizálása a szélsőséges események (pl. árvizek, aszályok) elemzésének fontos kutatási eszközévé vált, és a regionális és globális éghajlati értékelések alapvető eszközének tekinthető; ezért szükséges a légköri vízgőz forrás-nyelő kapcsolatainak megállapítására használt különböző megközelítések összhangjának ellenőrzése. Kulcsfontosságú annak jobb megértése, hogy a nedvességforrások hogyan befolyásolják a csapadék izotópjait; ez önmagában is fontos, de a legjelentősebb paleoklimatikus archívumok, köztük a jégmagok és a barlangi üledékek helyes értelmezéséhez is elengedhetetlen. További kihívást jelent a nedvesség szállítása mint a meteorológiai szélsőségekért felelős fő tényező szerepének jobb megértése (heves esőzések az olyan struktúrákon keresztül, mint az alacsony szintű sugárnyalábok és a légköri folyók, vagy a szárazság a nedvességforrás régiókból származó vízgőz tartósan csökkent kínálatán keresztül). Annak értékeléséhez, hogy a nedvességforrás-régiók az elmúlt években stacionáriusak maradtak-e, meg kell érteni az éghajlati változékonyság fő módjainak hatását a nedvességforrás-régiók változékonyságára, és azt, hogy a nedvesség szállítása hogyan történik a változó éghajlatban. Ezek a megoldatlan kérdések jelentős kihívást jelentenek az éghajlatkutatók számára.

Kihívás 8: A skálák kölcsönhatása az éghajlati szimulációban

A különböző térbeli és időbeli skálák közötti kölcsönhatás eredményezi azt, amit éghajlatnak nevezünk. (Lorenz 1967) az elsők között hangsúlyozta a skálák kölcsönhatásának fontosságát a különböző régiókban megfigyelt éghajlat néhány kulcsfontosságú jellemzőjének magyarázatában. A legtöbb ilyen léptékű kölcsönhatás nemlineáris jellege miatt nehezen modellezhető, és ennek következtében ez még mindig bizonytalansági forrást jelent az éghajlati szimulációkban. Néhány empirikus módszert javasoltak az éghajlati modellek kimenetének lekicsinyítésére, de ezek még mindig némileg ellentmondásosak (Pielke és Wilby, 2011), különösen akkor, ha regionális léptékű hosszú távú éghajlati előrejelzések értelmezésére használják őket. Az olyan globális modellből származó peremfeltételek használata, amelyben az éghajlati rendszer valamennyi fő alrendszere (légkör, óceán, bioszféra és krioszféra) közötti kapcsolt kölcsönhatások előrejelzése történik, számos problémát vet fel, mint a nagyléptékű éghajlati hibák megtartása a globális modellekben, a laterális peremfeltételektől való nagyfokú függés vagy a regionális és globális modellek közötti kétirányú kölcsönhatás hiánya. A kisléptékű légköri folyamatok szerepe – általában rövid ideig tartó jelenségekben – különösen a trópusi régiókban bizonyul rendkívül fontosnak, ahol a mezoszintű konvektív rendszerek kölcsönhatásba lépnek a nagyléptékű keringéssel, és döntő jelentőségűek a hidrológiai ciklusban. Például a trópusi ciklonok aktivitásuktól és pályájuktól függően egyes régiókban nagyon csapadékos vagy száraz éveket eredményezhetnek. Ezt az elemet meglehetősen nehéz szimulálni az éghajlati modellekben, de a regionális éghajlathoz való hozzájárulása kétségtelen, és jobban meg kell érteni, hogy beépíthessük az éghajlati modellező rendszerekbe.

Kihívás 9: Az elmúlt években a különböző meteorológiai és éghajlati jelenségek hatásai egyre nagyobb jelentőséget kaptak a média és a lakosság egésze szemében, részben olyan szélsőséges események következtében, mint az európai (2003), oroszországi (2010) vagy amerikai (2011) hőhullámok, vagy a halálos és rendkívül költséges hurrikánok, amelyek az elmúlt években sűrűn lakott területeket, köztük New Orleanst (Katrina, 2005) és a New York-i metropoliszt (Sandy, 2012) sújtották. Hasonlóképpen, a hosszan tartó aszályos időszakok súlyos problémákat okoztak a gabonatermelőknek, többek között Dél-Ausztráliában (2002-2010) vagy az USA délnyugati részén, illetve az erdőtüzek megnövekedett valószínűsége miatt (Amazónia, 2005 és 2010). E szélsőséges események némelyike szorosan összefügg az olyan erőteljes cirkulációs mintázatokkal, mint az észak-atlanti oszcilláció (NAO), vagy a viharpályák és a sugáráramlat blokkolásával és elmozdulásával. A szélsőségek definíció szerint ritkák az idősorokban, ezért a szélsőséges események elemzéséhez kapcsolódóan égető szükség van az éghajlati sorozatok minél szélesebb körű kiterjesztésére, és ezért a múltbeli éghajlat műszeres, történelmi és proxy adatokon alapuló rekonstrukciói továbbra is nélkülözhetetlenek. Az IPCC legutóbbi jelentése (IPCC, 2013) rámutat, hogy az éghajlati szélsőséges események iránti növekvő érdeklődést az éghajlatváltozás tágabb összefüggésében kell kezelni, mivel a globális, regionális, sőt a helyi éghajlat várható változásai leginkább a szélsőséges események nagyságának és gyakoriságának változásain keresztül lesznek érzékelhetőek.

10. kihívás: A Nap hatása az éghajlatra

A becslések szerint a közelmúltbeli globális éghajlatváltozás mintegy 8%-a a naptevékenységnek tulajdonítható, de ezt a számot óvatosan kell kezelni, mivel a napenergia hatásának számos aspektusa és a naptevékenységet a földi éghajlati rendszerrel összekapcsoló mechanizmusok továbbra is kevéssé ismertek (Gray et al., 2010). A légköri és éghajlati modellek egyre összetettebbé és kifinomultabbá válásával, valamint az előrejelzések pontosságának növelésével fontos, hogy ezekbe a modellekbe teljesebb képet tudjunk adni a napfényhatásról. A napfényhatás forrásait sugárzási és részecske által vezérelt összetevőkre lehet osztani. A sugárzás által kiváltott erőhatás tudományos fókusza jelenleg a globálisról a regionális válaszokra helyeződik át, amelyeket a napsugárzás spektrális besugárzásának (SSI) változásai váltanak ki. Számos kérdés maradt fenn az SSI változásainak természetéről, arról, hogy hogyan kell ezeket a modellekben megvalósítani, és hogyan fognak változni a jövőbeni napciklusokban, ha a Nap eltávolodik a naptevékenység jelenlegi nagy maximumától egy új földi minimum felé. A részecske által vezérelt komponens tovább oszlik energetikai részecske-csapadék (EPP) és kozmikus sugárzás (CR) hatásaira. Az EPP-hatás kezdetben a felső sztratoszférát és az alsó termoszférát befolyásolja. Míg az EPP légkörre gyakorolt kémiai hatásai ma már jól ismertek, sürgősen meg kell érteni a további dinamikai hatásokat, valamint a lehetséges mechanizmusokat és nagyságrendeket a földi éghajlat szempontjából. Az EPP-nek az éghajlatra gyakorolt potenciális hatása egy feltörekvő kutatási terület, amely egyre nagyobb jelentőségre tesz szert most, hogy az éghajlati modellek egyre nagyobb magasságokra terjednek ki, amelyekre az EPP közvetlenebb hatással van. Az EPP biztosítja az egyik legfontosabb transzportutat az alsó termoszférából lefelé a sztratoszférába és azon túl a troposzférába a sztratoszféra-troposzféra kapcsolaton keresztül a sarkvidékeken. Az EPP hatása a közeljövőben még kifejezettebbé válhat, ahogy a sugárzási kényszerre egyre nagyobb hatással lesz a naptevékenységnek a szürkülő minimumok felé való elmozdulása. A CR által vezérelt komponenst jelenleg a legkevésbé jól ismertnek tartják a napfényhatás forrásai közül, bár jelenleg is folynak elkötelezett nemzetközi kutatási erőfeszítések ennek a kérdésnek a megválaszolására. A legújabb eredmények azt sugallják, hogy bár a CR-ek serkenthetik az aeroszolmagképződést, globálisan nézve ezek a hatások nem nagyok, és továbbra is kérdéses, hogy milyen fizikai mechanizmusok kapcsolják össze a CR-eket és az aeroszolmagképződést.

Kihívás 11: Városi időjárás és éghajlat

A városi hősziget (UHI) talán a legismertebb hatása a városok jelenlétének a helyi mikroklímára; a levegő hőmérséklete egy városban éjszaka sokkal magasabb lehet (akár 10°C-kal vagy annál is magasabb), mint a környező területeken. A városi klíma, amely 20 évvel ezelőtt a meteorológia új keletű ága volt, ma már kiforrott kutatási területnek számít. Az alapvető elméleti tanulmányoktól az alkalmazott kutatásokig számos témát felölel, és fő célja az éghajlati ismeretek alkalmazása a világ városainak jobb tervezése érdekében. A mikrometeorológia az érintett léptékek miatt mindig is a városkutatás egyik központi érdeklődési területe volt. A városi klimatológia műszeresei az 1970-es évek óta úttörő szerepet játszanak a műszerek és a folyamatelemzés folyamatos fejlesztésében. Az UHI kialakulásához vezető folyamatok (amelyek többnyire fizikai természetűek a 3D-s forma és a városi szövetet alkotó anyagok miatt) ezekből a korai vizsgálatokból alakultak ki. Ma még számos kihívás áll fenn ennek a meglehetősen összetett városi határrétegnek a mérésével kapcsolatban. Új, kis hatótávolságú távérzékelő műszereket használnak, hogy speciális képet kapjanak az érintett fizikai folyamatokról. Az ilyen műszeres fejlesztések elkerülhetetlenül folytatódni fognak. A városi éghajlattal a légköri modellezők csak akkor kezdtek foglalkozni, amikor a légköri modellek elég nagy felbontást (néhány km) értek el ahhoz, hogy a városokat explicit módon ábrázolni tudják. Az első modellek, amelyek a városi felszínek és a légkör közötti energia- és vízcserét ábrázolják, a 2000-es évek elején jelentek meg (lásd a Masson, 2006 és Martilli, 2007 áttekintéseket), és mostanában egyre gyakrabban használják őket a numerikus időjárás-előrejelző modellekben. A városi modellek első nemzetközi összehasonlításai (Grimmond et al., 2010, 2011) megvitattak néhány nyilvánvaló fejlesztési lehetőséget, például a városi növényzet ábrázolása terén. Emellett a regionális éghajlati modellek – a légköri modellekhez képest mintegy 15 évvel később – már a városi léptékekkel kompatibilis térbeli felbontással rendelkeznek. Ez természetesen új kihívást jelent a városok megfelelő ábrázolásában az éghajlati modellekben. Hasonlóképpen, a városi meteorológiai vizsgálatok nem korlátozódhatnak a fizikára vagy a kémiára, hanem figyelembe kell venniük a lakosok viselkedését is. Bár biometeorológiai tanulmányok már léteznek, különösen az emberi komfortérzet szintjei tekintetében, a meteorológiai és a társadalmi világ közötti kölcsönhatások, mind az emberi komfortérzet, mind pedig például a meteorológiától függő energiafelhasználás tekintetében még mindig a városi meteorológusok egyik fő kihívását jelentik.

Kihívás 12: Ózoncsökkenés és helyreállítás

Bár a sztratoszférikus ózonkoncentráció sok régióban még mindig minimális, a helyreállítás jelei kezdenek érzékelhetővé válni. Az antarktiszi sztratoszférában a halogénszénhidrogének koncentrációja 2000 körül tetőzött, majd csökkenni kezdett. A jelenlegi előrejelzések szerint a teljes helyreállás 2050 körül következhet be. Ez azt jelenti, hogy az egyik legnagyobb kihívás az ózon és az ózonlebontó gázok folyamatos megfigyelésének biztosítása a helyreállás garantálása érdekében. A folyamatok alapvető megértésének és szimulációinak javítása különösen fontos a változó éghajlat összefüggésében. Mindkét irányt szimulálni kell, azaz azt, hogy a változó éghajlat hogyan hat az ózonrétegre, és hogy az ózon helyreállása hogyan befolyásolja az időjárást és az éghajlatot. Az úgynevezett klímakémiai modellek (CCM, Lamarque et al., 2013) ebben az esetben kulcsfontosságúnak tűnnek.”

A légkörkutatás következő néhány évének kihívásainak fenti listája csak a legsürgetőbb megoldatlan kérdések közül néhányra vonatkozik, és természetesen hiányos marad. Az itt leírt kihívások nem tekinthetők a Frontiers in Atmospheric Science várható fő kutatási témáinak; minden érdekes, a légkörtudományok ernyőjéhez kapcsolódó munkának helyet kell találnia a folyóiratban.

Acknowledgments

Támogatta részben a MINECO (Spanyolország), a TRAMO projekt és a FEDER. A Frontiers in Atmospheric Science társult szerkesztői csapata hasznos észrevételeket tesz.

Gimeno, L., Stohl, A., Trigo, R. M., Dominguez, F., Yoshimura, K., Yu, L., et al. (2012). A kontinentális csapadék óceáni és szárazföldi forrásai. Rev. Geophys. 50:RG4003. doi: 10.1029/2012RG000389

CrossRef Full Text

Gray, L. J., Beer, J., Geller, M., Haigh, J. D., Lockwood, M., Matthes, K., et al. (2010). A Nap éghajlati hatásai. Rev. Geophys. 48:RG4001. doi: 10.1029/2009RG000282

CrossRef Full Text

Grimmond, C. S. B., Blackett, M., Best, M. J., Barlow, J., Baik, J-J., Belcher, S. E., et al. (2010). A nemzetközi városi energiamérlegmodellek összehasonlító projekt: az 1. fázis első eredményei. J. Appl. Meteorol. Climatol. 49, 1268-1292. doi: 10.1175/2010JAMC2354.1

CrossRef Full Text

Grimmond, C. S. B., Blackett, M., Best, M. J., Barlow, J., Baik, J-J., Belcher, S. E., et al. (2011). A nemzetközi városi energiamérlegmodellek összehasonlításának 2. fázisának kezdeti eredményei. Int. J. Climatol. 31, 244-272. doi: 10.1002/joc.2227

CrossRef Full Text

IPCC. (2013). Éghajlatváltozás: Az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület értékelő jelentése. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Lamarque, J.-F., Shindell, D. T., Josse, B., Young, P. J., Cionni, I., Eyring, V., et al. (2013). The atmospheric chemistry and climate model intercomparison project (ACCMIP): Overview and description of models, simulations and climate diagnostics. Geosci. Model. Dev. 6, 179-206. doi: 10.5194/gmd-6-179-2013

CrossRef Full Text

Lorenz, E. N. (1967). A légkör természete és elmélete. Genf: WMO, 161.

Martilli, A. (2007). A városi mezoszintű modellezés jelenlegi kutatásai és jövőbeli kihívásai. Int. J. Climatol. 27, 1909-1918. doi: 10.1002/joc.1620

CrossRef Full Text

Masson, V. (2006). Városi felszínmodellezés és a városok mezo-skálájú hatása. Theor. Appl. Climatol. 84, 35-45. doi: 10.1007/s00704-005-0142-3

CrossRef Full Text

Muller, C. L., Chapman, L., Grimmond, C. S. B., Young, D. T., and Cai, X. (2013). Érzékelők és a város: a városi meteorológiai hálózatok áttekintése. Int. J. Climatol. 33, 1585-1600. doi: 10.1002/joc.3678

CrossRef Full Text

National Research Council. (1998). A légköri tudományok: Entering the Twenty-First Century. Washington, DC: The National Academies Press.

Pielke, R. A. Sr., and Wilby, R. L. (2011). Regionális éghajlati downscaling – mi értelme? EOS 93, 52-53. doi: 10.1029/2012EO050008

CrossRef Full Text

Wang, C. (2013). Az antropogén elnyelő aeroszolok hatása a felhőkre és a csapadékra: a legújabb eredmények áttekintése. Atmos. Res. 122, 237-249. doi: 10.1016/j.atmosres.2012.11.005

CrossRef Full Text

Yang, J., Gong, P., Fu, R., Zhang, M., Chen, J., Liang, S., et al. (2013). A műholdas távérzékelés szerepe az éghajlatváltozás vizsgálatában. Nat. Clim. Change 3, 875-883. doi: 10.1038/nclimate1908

CrossRef Full Text

.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.