Az ELKH-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport munkatársai (Herein Mátyás, Tél Tamás, Haszpra Tímea) a káoszelmélet alapján új, az eddig ismertnél szigorúbb feltételt fogalmaztak meg arra, hogy egy klímamodell mikor adhat megbízható előrejelzést. E feltétel alapján a szerzők azt találták, hogy már most is léteznek modellek, melyek az elmúlt évtizedekben egészen napjainkig megbízhatónak bizonyulnak, legalábbis a globális mennyiségek – mint például a Föld felszíni átlaghőmérséklete – szempontjából. Az erről szóló tanulmányuk a Chaos című folyóiratban jelent meg.
Az időjárás és a klíma előrejelzése manapság párhuzamos futtatásokkal, úgynevezett sokasági szimulációkkal történik. A szimulációk ugyanazon fizikai törvényeket követik, csupán kezdeti feltételeikben különböznek. Ezekből számos lehetséges, de különböző életút fejlődhet ki, amint az megszokott minden kaotikus vagy ahhoz hasonló esetben. Az egyszerű kaotikus rendszerek viselkedésére vonatkozó kutatások megmutatták, hogy a sokaság csak egy bizonyos idő eltelte, az indításra jellemző részletek elfelejtése után írja le hűen a lehetséges viselkedések tárházát. Néhány kutató ennek megfelelően már rámutatott arra, hogy a numerikus klímasokaság adatai is csak relatíve hosszú idő után tekinthetők megalapozottnak, a most publikált közlemény szerzőinek eredményei alapján akkor, amikor a sokaság már „konvergált” sokaság. A konvergálás ideje a szimulálás kezdete után több évtizedet ölel fel. A szerzők szerint emiatt csak egy konvergált klímasokaság kapcsán merülhet fel, hogy az megbízható-e, azaz a megfigyelésekkel összhangban lévő adatokat szolgáltat-e.
1. ábra. A CESM1 klímamodell Large Ensemble Project sokasági szimulációjának eredményei a Föld TS-sel jelölt felszíni globális átlaghőmérsékleteire 40 szimulációban, kelvinben [K] mérve (melyben egységnyi különbség 1 Celsius-foknak felel meg). A konvergencia elérése előtti 40 évben minden szimuláció eredménye más színnel jelenik meg. A konvergált tartományban azonban, amikor már az eredmény nem függ a sokaság kezdeti feltételeinek megválasztásától, a lehetséges értékeket szürke satírozás jelzi. Ebben a tartományban a folytonos fekete görbe a sokaság átlagértékét jelöli, a szaggatott görbék pedig az átlag körüli szórását. A kék görbe a valóságban mért értékek adatsora.
A konvergencia bekövetkezését a szerzők sajátos grafikus ábrázolás alkalmazásával fejezték ki. Ehhez az egyik legfejlettebb klímamodell sokasági szimulációinak, a CESM1-LE (Community Earth System Model – Large Ensemble Project) kutatók számára nyilvánosan elérhető adatait használták, tudományos egyeztetést folytatva a Dr. C. Deser által vezetett amerikai csoporttal. Amint az 1. ábrán látszik, a sokasági szimulálás 1920-ban kezdődik, és a globális felszíni átlaghőmérséklet (TS) változójában 40 életutat követ 2021-ig. A modell egyik fő hajtóereje az üvegházgázok megfigyelt koncentrációinak eltolódása, amely 2005-ig a méréseket követi, utána a modellbe beépített koncentrációs előrejelzést, mely nagy pontossággal megegyezett a későbbi (2005 utáni) mérésekkel. A szerzők az életutaknak megfelelő görbéket a konvergencia elérése előtt különböző színekkel jelölik, kifejezvén azt is, hogy ezek a görbék még emlékeznek a kiindulási állapotra. A konvergencia bekövetkezése után már csak szürke satírozást használnak, hiszen nincs értelme a megkülönböztetésnek: az életutak összessége, vagyis a konvergált sokaság jelenti a klíma szubjektív elemektől mentes leírását. Jól megfigyelhető, hogy a szürke sáv kb. 1970-től növekvő tendenciát mutat, az átlaghőmérséklet emelkedik, klímaváltozás történik.
Ebből még nem következik, hogy a modell megbízható, vagyis jól tükrözi a valóságban zajló klímaváltozást. Ahhoz még össze is kell vetni a kapott adatokat a felszíni átlaghőmérséklet méréseken alapuló, megfigyelt értékeivel. Ezt az 1. ábra kék görbéje teszi lehetővé, amely az egyik megbízható mérési adatsort mutatja (a többi nagyon kevéssel tér el ettől). Megnyugtatónak tűnik, hogy a kék görbe a szürke sávba esik, legalábbis a konvergencia beállása, 1960 után. Érdemes azonban megjegyezni, hogy a kék görbe nem a szürke sáv közepén halad. Az előrejelzés megbízhatóságának a káosz tulajdonságaira alapozva éppen az a feltétele, hogy a mért adatok (egyetlen) görbéje teljes szélességében járja be a konvergált sokaság szürke sávját. Egy megbízható előrejelzés esetén a mért adatsornak ugyanis úgy kell viselkednie, mint a konvergált sokaság valamelyik életútjának, de a káosz egyedi előre jelezhetetlensége miatt nem lehet előre megmondani, éppen melyiknek. A bemutatott modell tehát 2005-ig megbízhatóan követte, az azt követő másfél évtizedre pedig megbízhatóan jelezte előre a valóságot a vizsgált változóban. A szerzők hangsúlyozzák, hogy az 1. ábra, mely csupán a TS mennyiség időbeli változását illusztrálja, még csak szükséges feltétele a megbízhatóságnak. A teljes megbízhatósághoz legalább az összes lényeges globális mennyiségnek (pl. jégborítottság) is ilyen egyezést kell mutatnia.
2. ábra. A konvergált 40 elemű sokaság TS-értékeinek előfordulási gyakoriságát a szerzők szürke színezéssel adják meg minden egyes évben, a színkód mutatja az alkalmazott gyakorisági intervallumokat.
A 2. ábra annak a valószínűségével arányos, hogy az egyes lehetséges átlaghőmérséklet-értékek (melyek egy kb. 1 fokos sávba esnek) milyen eséllyel fordulnak elő (a fekete a legvalószínűbb). Tehát a klímában is, mint minden kaotikus rendszerben, az előrejelzés valószínűségi értelemben teljesen pontos, és a sokaságszimulálások éppen ezt teszik lehetővé. Az ilyen szimulálások fogalmi hátterét egy korábbi, a párhuzamos klímák elméletét bevezető csoport tagjaként elsőként vizsgálták a szerzők a káoszelmélet szellemében, most pedig hozzáteszik, hogy a 2. ábra éppen a különböző párhuzamos klímákban lehetséges hőmérsékletek megvalósulási esélyeit tükrözi.