Az éghajlatváltozás várható hatásának integrált, modell alapú becslése a Felső-Tisza vízjárására, a bizonytalanság számszerűsítésével

Anna Kis; Rita Pongrácz; Judit Bartholy; János Adolf  Szabó

doi:10.59258/hk.13172

Kis Anna ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék https://orcid.org/0000-0002-3227-1230
Pongrácz Rita ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék https://orcid.org/0000-0001-7591-7989
Bartholy Judit ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék https://orcid.org/0000-0002-3911-7981
Szabó János Adolf HYDROInform, Hidroinformatikai Kutató, Rendszerfejlesztő és Tanácsadó Bt.

Kulcsszavak: Klímaváltozás hatáselemzése, hidrológiai állapotok gyakorisági elemzése, térben osztott sztochasztikus időjárás-generátor, osztott hidrológiai modellezés, RegCM4 regionális klímamodell, hibakorrekció, Monte-Carlo szimuláció, esettanulmány,, Felső-Tisza

Absztrakt

Tanulmányunkban a Felső-Tisza vidékére a klímaváltozásból eredő felszíni lefolyás várható megváltozását célzó becsléseink eredményeit foglaljuk össze, amelyeket szekvenciálisan végrehajtott többmodelles szimulációk alkalmazásával nyertünk. Az elemzés meteorológiai adatait a historikus időszakra a CARPATCLIM adatbázis, a jövőre pedig a RegCM4 regionális klímamodell szolgáltatta. Elemzési koncepciónknak megfelelően első lépésként a tény és a szimulált meteorológiai változók belső statisztikus variabilitásának számszerűsítésére egy Monte-Carlo ciklusba ágyazott időjárás-generátort (a DIWA-SDSWG-t) alkalmaztunk, amely képes előállítani reális, azonos valószínűségű, független szintetikus meteorológiai idősorokat. Majd ezen szintetikus adatokkal – mint felső peremfeltétellel – hajtottuk meg a fizikai alapú, térben és paramétereiben is osztott DIWA hidrológiai modellt, amely ezáltal megadta az adott meteorológiai szekvenciák hidrológiai válaszait, melyekből előállíthatóvá váltak a becslési bizonytalanság statisztikai jellemzői is. Eredményeink szerint a XXI. század során a napi középvízhozamok csökkenése várható a Felső-Tisza tiszabecsi szelvényében az évi átlagokat tekintve. A nyári hónapok lefolyásának jelentős csökkenése valószínűsíthető (különösen júliusban és augusztusban), míg januárra és februárra egy kisebb mértékű növekedésre számíthatunk. A harmadfokú árvízvédelmi készültségi szintet meghaladó esetek száma várhatóan szignifikánsan kevesebb lesz a XXI. század közepére és végére, azonban ezek időnként árvíztömegükben súlyosabbak lehetnek a jelenleg megszokottaknál. A kritikusan alacsony mederteltségek gyakoriságában drasztikus növekedésre számíthatunk a július és október közötti időszakban a jövőben, amely a századvégi időszakban jelentősebb.

Szerző életrajzok

Kis Anna, ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék

KIS ANNA az ELTE Meteorológiai Tanszék tudományos munkatársa. BSc diplomáját 2011-ben szerezte meg Földtudomány szakon, 2013-ban pedig elvégezte a Meteorológus MSc-t éghajlatkutató szakiránnyal. Ezután az ELTE TTK Földtudományi Doktori Iskolájának ösztöndíjas hallgatója volt, és 2019-ben PhD fokozatot szerzett a csapadékextrémumok múltbeli tendenciái, jövőre becsült változásai és hidrológiai hatásai témakörben. 2017-ben elnyerte az ÚNKP ösztöndíjat. Kutatási területe regionális klímamodell szimulációk elemzése, a becsült éghajlatváltozás hidrológiai hatásának vizsgálata. 2013-ban elnyerte a Magyar Hidrológiai Társaság Lászlóffy Woldemár diplomamunka pályázatának dicséretét, 2018-ban pedig az MTA Földtudományok Osztálya által odaítélt Szádeczky-Kardoss Elemér díjat.

Pongrácz Rita, ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék

PONGRÁCZ RITA az ELTE Meteorológiai Tanszék oktatója, kutatója 2000 óta. Egyetemi tanulmányait meteorológus szakon, hidrológus szakirányú képzéssel kiegészítve az ELTE TTK-n végezte 1991-1996 időszakban. Ezt követően az ELTE TTK Földtudományi Doktori Iskolájának ösztöndíjas hallgatója volt, majd 2003-ban szerzett PhD fokozatot a nagytérségű cirkuláció és a légköri oszcillációk (ENSO, NAO) együttes regionális éghajlati hatása témakörben. Kutatási területe a klímaváltozáshoz, a klímamodellezéshez, az extrém éghajlati események elemzéséhez, valamint városklimatológiához és műholdas adatok meteorológiai alkalmazásához kapcsolódik. 2001-2004 időszakban az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjában részesült. 2003-ban és 2009-ben az MTA Földtudományok Osztálya Szádeczky-Kardoss Elemér díjat ítélt meg számára. 2015-től az MTA Meteorológiai Tudományos Bizottság Éghajlati Albizottságának titkári tisztségét tölti be. Szakmai tevékenységét Pro Meteorologia díjjal ismerték el 2016-ban, valamint Hegyfoky Kabos Emlékéremmel 2021-ben.

Bartholy Judit, ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék

BARTHOLY JUDIT az ELTE Meteorológiai Tanszékének professzora 2000 óta (2022-től professzor emeritus). Egyetemi tanulmányait az ELTE TTK-n végezte 1976-ban matematikai tanár, meteorológus szakon. Diplomamunkájának témája a meteorológiai mezősorok ortogonális sorfejtése volt. Ezt követően az Országos Meteorológiai Szolgálatnál dolgozott 1976 és 1992 között tudományos kutatói státuszban. 1988-ban kandidátusi címet szerzett. 1992-től az ELTE Meteorológiai Tanszékének oktatója, melynek egyben vezetője is volt 1996-2017 időszakban. Oktatási tevékenysége és kutatási szakterülete a klimatológiához kapcsolódik. Elsősorban a globális éghajlatváltozás regionális leskálázásával, modellezésével, a városok éghajlat-módosító hatásával, a megújuló energiaforrások hasznosítási lehetőségeivel, valamint a szélsőséges éghajlati eseményekkel foglalkozik. MTA doktori címét 2006-ban szerezte meg a Kárpát-medence éghajlati múltjának rekonstrukciója és a jövőben várható tendenciák becslése témakörében készített disszertációjával, 2014-től 2020-ig az MTA Meteorológiai Tudományos Bizottságának elnöki tisztét töltötte be. Tudományos tevékenysége elismeréseként 2000-ben Steiner Lajos Emlékérmet és Pro Meteorologia díjat, 2009-ben a Magyar Köztársasági Érdemrend lovagkeresztjét, 2014-ben Schenzl Guido díjat, valamint az MMT Hegyfoky Kabos díját kapta meg. 2018-ban az ELTE Pro Universitate Emlékérem arany fokozatát ítélték meg számára.

Szabó János Adolf, HYDROInform, Hidroinformatikai Kutató, Rendszerfejlesztő és Tanácsadó Bt.

SZABÓ JÁNOS ADOLF a HYDROInform Bt. hidroinformatikai kutatója, rendszer-, és algoritmus-fejlesztője. Tanulmányait az ELTE TTK-n végezte, ahol 1985-ben MSc diplomát szerzett, mint matematikus, majd vízgazdálkodási rendszerek matematikai leírására specializálódott. Szakmai tevékenységének pilléréiként említhetjük a komplex hidrológiai, hidraulikai folyamatok matematikai modellezése, az integrált vízgazdálkodási döntéstámogató, üzemirányító hidroinformatikai rendszerek fejlesztése, a klímaváltozás vízi-környezetekre gyakorolt hatásainak elemzése témaköröket. Szakmai pályafutásának kiemelt állomásai: − VITUKI (1981-1989), tudományos munkatárs; − MOL-SzKFI Kutató-Fejlesztő-Laboratórium (1989-2000), fejlesztő matematikus; − MTA Vízgazdálkodási Kutatócsoport, BME (2000-2003), tudományos munkatárs; − European Commission, Joint Research Centre (JRC), Institute of Environment and Sustainability (2003-2007), tudományos kutató, modellfejlesztő; − HYDROInform Bt. (2000-napjainkig), ügyvezető, hidroinformatikai kutató, rendszer-, és algoritmus-fejlesztő.

Hivatkozások

Andó M. (2002). A Felső-Tisza vízrendszer hidrogeográfiai adottságai. Hidrológiai Közlöny, 82. évf. 3. sz. pp. 129-141.
Attarod, P., Sadeghi S.M.M, Pypker, T.G., Bagheri, H., Bagheri, M., Bayramzadeh, V. (2014). Needle-leaved trees impacts on rainfall interception and canopy storage capacity in an arid environment. In: New Forests p. 17. https://doi.org/10.1007/s11056-014-9464-2
Bardossy, A., Plate, E.J. (1992). Space-time model for daily rainfall using atmospheric circulation patterns. Water Resour. Res., Vol. 28. Issue 5. pp. 1247-1259. https://doi.org/10.1029/91WR02589
Bihari Z., Szentimrey T. (2013). CARPATCLIM Deliverable D2.10. Annex 3 – Description of MASH and MISH algorithms. p. 100.
Collins, W.J., Bellouin, N., Doutriaux-Boucher, M., Gedney, N., Halloran, P., Hinton, T., Hughes, J., Jones, C.D., Joshi, M., Liddicoat, S., Martin, G., O'Connor, F., Rae, J., Senior, C., Sitch, S., Totterdell, I., Wiltshire, A., Woodward, S. (2011). Development and evaluation of an Earth-system model – HadGEM2. Geosci Model Dev, Vol. 4. pp. 997-1062. https://doi.org/10.5194/gmd-4-1051-2011
Elguindi, N., Bi, X., Giorgi, F., Nagarajan, B., Pal, J., Solmon, F., Rauscher, S., Zakey, A., Giuliani, G. (2011). Regional climatic model RegCM-User manual. Version 4.3. ICTP, Trieste, Italy. p. 32.
Follum, M.L., Niemann, J.D., Parno, J.T., Downer, C.W. (2018). A simple temperature-based method to estimate heterogeneous frozen ground within a distributed watershed model. Hydrology and Earth System Sciences, Vol. 22 Issue5. pp. 2669-2688. https://doi.org/10.5194/hess-22-2669-2018
van Genuchten, M.Th., Leij, F.J., Wu, L. eds. (1999). Characterization and Measurement of the Hydraulic Properties of Unsaturated Porous Media. Parts 1 and 2, University of California, Riverside, CA. pp. 1-12.
Giorgi, F., Marinucci, M.R., Bates, G.T. (1993a). Development of a second generation regional climate model (RegCM2). Part I: Boundary layer and radiative transfer processes. Mon Wea Rev, Vol. 121. pp. 2794-2813. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1993)121<2794:DOASGR>2.0.CO;2
Giorgi, F., Marinucci, M.R., Bates, G.T., DeCanio, G. (1993b). Development of a second generation regional climate model (RegCM2). Part II: Convective processes and assimilation of lateral boundary conditions. Mon Wea Rev, Vol. 121. pp. 2814–2832. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1993)121<2814:DOASGR>2.0.CO;2
von Hoyningen-Huene, J. (1981). Die Interzeption des Niederschlags in landwirtschaftlichen Pflanzenbeständen. In: Arbeitsbericht Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau, DVWK, Braunschweig, p. 63.
HYDROInform Bt. (2012). "Az árvízvédelmi információs rendszer fejlesztése a Felső-Tisza vízgyűjtőjén", SH/2/1 reg. sz. projekt. "Az árvízi lefolyás elemzése" résztéma összefoglaló tanulmány. A tanulmány megrendelője: Felső-Tisza-vidéki Vízügyi Igazgatóság (FETIVIZIG), Nyíregyháza. A projekt támogatója: Swiss Hungarian Cooperation Programme. p. 36.
IPCC (2021). Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou [eds.]). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3-31. doi:10.1017/9781009157896. https://doi.org/10.1017/9781009157896
Katz, R.W., Parlange, M.B. (1998). Overdispersion phenomenon in stochastic modeling of precipitation. J. Clim.,Vol 11. Issue 4. pp. 591-601. https://doi.org/10.1175/1520-0442(1998)011<0591:OPISMO>2.0.CO;2
Kis A. (2018). Csapadékextrémumok múltbeli tendenciái, jövőre becsült változásai és hidrológiai hatásai. Doktori disszertáció. Témavezető: Dr. Pongrácz Rita, konzulensek: Szabó János Adolf, Dr. Bartholy Judit. ELTE, Budapest, p. 109.
Kis A., Bartholy J., Pongrácz R., Szabó J.A. (2016). A lefolyás extrém jellemzőinek vizsgálata hidrológiai és klimatológiai modellek összekapcsolásával. In: A Magyar Hidrológiai Társaság által rendezett XXXIV. Országos Vándorgyűlés dolgozatai. ISBN 978-963-8172-35-8. Debrecen, 2016. július 5-8.
Kis A., Pongrácz R., Bartholy J., Szabó J.A. (2017). Application of RCM results to hydrological analysis. Időjárás, Vol. 121. Issue 4. pp. 437-452.
Kis A., Szabó J.A., Bartholy J., Pongrácz R. (2018). A XXI. századra becsült klimatikus tendenciák várható hatása a lefolyás szélsőségeire a Felső-Tisza vízgyűjtőjén. In: A Magyar Hidrológiai Társaság által rendezett XXXVI. Országos Vándorgyűlés dolgozatai. ISBN 978-963-8172-39-6. Gyula, 2018. július 4-6.
Kis A., Pongrácz R., Bartholy J., Szabó J.A. (2020). Projection of runoff characteristics as a response to regional climate change in a Central/Eastern European catchment. Hydrological Sciences Journal, Vol. 65. pp. 2256-2273. https://doi.org/10.1080/02626667.2020.1798008
Laczi Z. (2021). Tizenöt éve történt: vízállásrekordok a Tiszán és a Hármas-Körösön. OVF. http://www.ovf.hu/hu/korabbi-erdekessegek-1/15-eve-tortent
Link, T. E., Unsworth, M., Marks, D. (2004). The dynamics of rainfall interception by a seasonal temperate rainforest. Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 124. pp. 171-191. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2004.01.010
Martinec, J. (1960). The degree-day factor for snowmelt runoff forecasting. In: IUGG General Assembly of Helsinki, IAHS Commission of Surface Waters, IAHS Publ. No. 51, pp. 468–477.
Martinec, J., Rango, A. (1986). Parameter values for snowmelt runoff modelling. Journal of Hydrology, Vol. 84. pp. 197-219. https://doi.org/10.1016/0022-1694(86)90123-X
Matyasovszky I. (2002). Statisztikus klimatológia. ELTE Eötvös Kiadó, Budapest. p. 317. ISBN 963 463 543 1
Molnau, M., Bissell, V.C. (1983). A continuous frozen ground index for flood forecasting. Proceedings 51st Annual Meeting Western Snow Conference, Canadian Water Resources Association, Cambridge, Ontario, pp. 109-119.
Parlange, M.B., Katz, R.W. (2000). An Extended Version of the Richardson Model for Simulating Daily Weather Variables. Journal of Applied Meteorology, Vol. 39. Issue 5. pp. 610-622. https://doi.org/10.1175/1520-0450-39.5.610
Pieczka I., Pongrácz R., Szabóné André K., Kelemen F.D., Bartholy J. (2017). Sensitivity analysis of different parameterization schemes using RegCM4.3 for the Carpathian Region. Theoretical and Applied Climatology, Vol. 130. pp. 1175-1188. https://doi.org/10.1007/s00704-016-1941-4
Pieczka I., Pongrácz R., Bartholy J., Szabóné André K. (2018). Future temperature projections for Hungary based on RegCM4.3 simulations using new representative concentration pathways scenarios. International Journal of Global Warming, Vol. 15. pp. 277-292. https://doi.org/10.1504/IJGW.2018.093121
Pongrácz R., Bartholy J., Szabó J.A. (2013). Distributed hydrological modelling- and stochastic weather generator-based combined estimation technique for future flood frequency using regional climate model simulation. In: 93rd Annual Meeting of the American Meteorological Society. Austin, TX. Paper J6.1, p. 9. Available online at https://ams.confex.com/ams/93Annual/webprogram/Manuscript/Paper218149/PR-BJSZJA-AMS-2013-paper-final.pdf
Spinoni, J. és a CARPATCLIM projekt csapata (39 szerző) (2015). Climate of the Carpathian Region in 1961–2010: Climatologies and Trends of Ten Variables. Int J Climatol, Vol. 35. pp. 1322-1341. https://doi.org/10.1002/joc.4059
Stefanovits P. (1992). Talajtan. Mezőgazda Kiadó.p. 379.
Szabó J.A. (2007). Decision Supporting Hydrological Model for River Basin Flood Control. In: Digital Terrain Modelling: Development and Applications in a Policy Support Environment, eds.: Peckham, R.J. and Jordan, Gy., Springer-Verlag, Germany, pp. 145-182. https://doi.org/10.1007/978-3-540-36731-4_7
Varga-Haszonits Z. (1969). Determination of the water content and of the evaporation of bare soil. Időjárás, 73. évf. 6. sz. pp. 328-334.
van Vuuren, D.P., Edmonds, J.A., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A.M., Hibbard, K., Hurtt, G.C., Kram, T., Krey, V., Lamarque, J.-F., Masui, T., Meinshausen, M., Nakicenovic, N., Smith, S.J., Rose, S. (2011). The representative concentration pathways: an overview. Climatic Change, Vol. 109 pp. 5-31. https://doi.org/10.1007/s10584-011-0148-z
Walter, H., Lieth, H. (1960). Klimadiagramm-Weltatlas. Fischer, Jena. p. 130.