„Bolyaisok” – Haszpra Tímea környezetfizikus
Az éghajlatváltozás hatásait egy eddig még kevéssé vizsgált terület, a nagyskálájú légköri szennyeződésterjedés kapcsán tanulmányozta az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjának támogatásával Haszpra Tímea, az ELTE Elméleti Fizikai Tanszékének tudományos főmunkatársa. Kutatásai ismertetésével folytatjuk a legkiválóbb „bolyaisokat” bemutató sorozatunkat.
Haszpra TímeaA nagyobb vulkánkitörésekből származó hamufelhők és gázok, illetve az ipari balesetek során kikerülő szennyező anyagok forrásuktól gyakran messzire is elsodródhatnak, tőle távol is légszennyezettségi problémákat okozhatnak. Erre hívta fel a figyelmet például 2010-ben az Eyjafjallajökull vulkán kitörése, amelynek következtében Európa számos térségében légtérzárat rendeltek el, illetve 2011-ben a fukusimai atomerőmű katasztrófája, mely után a világ számos pontján ki lehetett mutatni a kikerült radioaktív szennyeződést.
Az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíját 2016-ban elnyerő Haszpra Tímea azt vizsgálta, hogy
az éghajlatváltozás hogyan befolyásolhatja a légköri szennyeződések globális skálájú terjedését.
„Korábbi kutatások feltárták, hogy különböző káoszmérőszámok jól alkalmazhatók a terjedés jellemzésére, a dinamikai rendszerek szemléletében való, fizikai megközelítésű vizsgálatra is. A kutatásban ezért két, a légköri terjedésben eddig még nem használt mennyiség, az ún. nyúlási ütem (amelynek a káoszelméletben a topologikus entrópia feleltethető meg) és a szökési ráta alkalmazhatóságát és változásait vizsgáltam” – mondta a kutató, aki meteorológusdiplomája megszerzése után környezetfizikából doktorált.
Az Eyjafjallajokull 2010-es kitörése Flickr/michi_sA szennyeződésfelhők a sodródás kaotikus voltából adódóan a szabad légkörben szálas, kacskaringós, fraktálszerkezetű alakban terjednek. A nyúlási ütem a szennyeződésfelhők alakjának bonyolultságát is számszerűsíti, ily módon képet ad a terjedés intenzitásáról, kaotikusságának mértékéről s ezáltal az előrejelezhetőségéről is. A szökési ráta az aeroszol részecskékből álló szennyeződésfelhők kiülepedésének gyorsaságát írja le, amely (az ún. tranziensen kaotikus rendszerekre jellemző módon) exponenciális ütemben történik.
A kutató a terjedési szimulációkat a saját fejlesztésű Real Particle Lagrangian Trajectory (RePLaT) modellel végezte, méréseken alapuló, ún. reanalízis meteorológiai mezőket [1–2], valamint különböző éghajlati modellek (Planet Simulator, Community Earth System Model) kissé különböző kezdeti feltételekből induló sokasági (ensemble) éghajlati szimulációinak adatait [3] felhasználva. Ez utóbbiak jól használhatók az éghajlatváltozás hatásának és az éghajlat belső változékonyságából adódó fluktuációknak az elkülönítésére [4].
Az eredmények azt mutatták, hogy a trópusi térségben induló felhők például 10 nap alatt 20–150-szeresükre nyúlnak, míg a közepes és magas szélességeken kibocsátottak a 300–3000-szeres hosszt is elérik. Az eltérés az utóbbi földrajzi övezetben zajló erősebb ciklontevékenység következménye. Mind az 1979 és 2015 közötti időszakot lefedő reanalízismezőkben [1], mind az 1950–2100 közötti időszakra vonatkozó éghajlati szimulációkban [3] a nyúlási ütem jelentős változásokat mutatott.
A sokasági éghajlati szimulációk felhasználásával készült eredmények elemzése felhívta a figyelmet arra is, hogy
csupán egy-egy éghajlati szimuláció félrevezető következtetésekre vezethet
a nyúlási ütem esetleges trendjeit illetően, azonban a sokaságot felhasználva egyértelműen kimutatható a nyúlási ütem 5-10%-os csökkenése a globális átlaghőmérséklet kb. 6 °C-os emelkedésének hatására. Ez azt jelenti, hogy például egy 10 napja a levegőben sodródó szennyeződésfelhő hossza átlagosan csupán 60%-a lesz a hőmérséklet-emelkedés végén lévő években. A kisebb nyúlási ütem a szétterjedés intenzitásának csökkenését vonja maga után, így bizonyos földrajzi területek nagyobb környezeti terhelésnek lehetnek kitéve az adott területre eső magasabb koncentráció miatt. A kutatásból arra is fény derült, hogy a különböző földrajzi övekben a nyúlási ütem erős korrelációban áll a relatív örvényességgel. E kapcsolat segítséget nyújthat abban, hogy éghajlati szimulációk esetén a szennyeződések terjedésében bekövetkező változások becsülhetők legyenek a külön elvégzendő, számításigényes terjedési szimulációk nélkül.
Egy kezdetben 330 km hosszú szennyeződésfelhő sodródási képe a szimulációkban 10 nappal a kibocsátás után (Kibocsátás: 2015. december 1. 00 UTC, 90◦ E, 40◦ N, 500 hPa, világoskék vonal a fekete szélű négyzetben). A színskála a szennyeződésfelhő részecskéinek nyomási koordinátáját jelzi hPa-ban. Haszpra Tímea a kutatás másik részében az aeroszol részecskék ülepedésében és élettartamában tapasztalható kaotikus vonásokat vizsgálta [2]. Adott magasságban a globálisan egyenletesen elosztott részecskék egyedi élettartama igen széles skálát fed le (pl. 5 µm-es részecskék esetén néhánytól 150 nap időtartamig), és az élettartamok földrajzi eloszlása szálas fraktálszerkezetű, ahol az egymás melletti szálakhoz tartozó élettartamokban akár 10-szeres eltérés is lehet. Ezek a térképek vulkáni hamufelhők vagy geoengineering céljából kibocsátott részecskék sorsát leíró atlaszoknak is tekinthetők. A cikk által feldolgozott kutatásból interjú is készült az American Institute of Physics számára.
A kutatás során használt RePLaT modellnek elkészült az oktatási célokra is alkalmas RePLaT-Chaos [5], illetve a kifejezetten középiskolás diákoknak szánt RePLaT-Chaos-edu [6] változata is, melyekkel a légköri terjedés és annak fent említett kaotikus vonásai is egyszerűen tanulmányozhatók a diákok által tetszőlegesen választott kitörési helyszínek és paraméterek (pl. a hamurészecskék mérete, sűrűsége) mellett elvégzett szimulációk segítségével.
Mint Haszpra Tímea elmondta, az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja segítséget nyújtott neki abban, hogy az éghajlatváltozás hatásait egy eddig még kevéssé vizsgált terület, a nagyskálájú légköri szennyeződésterjedés kapcsán tanulmányozza, és a változásokat újdonságként a kaotikus rendszereket jellemző mennyiségek segítségével számszerűsítse.
A Bolyai-ösztöndíjhoz elszámolt publikációk:
[1] Haszpra, T. (2017): Intensification of Large-Scale Stretching of Atmospheric Pollutant Clouds due to Climate Change. Journal of the Atmospheric Sciences, 74, 4229–4240 (doi:10.1175/JAS-D-17-0133.1) (http://real.mtak.hu/84985/).
[2] Haszpra, T. (2019): Intricate features in the lifetime and deposition of atmospheric aerosol particles. Chaos, 29(7), 071103 (doi:10.1063/1.5110385).
[3] Haszpra, T., Herein, M. (2019): Ensemble-based analysis of the pollutant spreading intensity induced by climate change. Scientific Reports, 9, 3896 (doi:10.1038/s41598-019-40451-7) (http://real.mtak.hu/99085/).
[4] Tél, T., Bódai, T., Drótos, G., Haszpra, T., Herein, M., Kaszás, B., Vincze, M. (2019): The theory of parallel climate realizations: A new framework of ensemble methods in a changing climate – an overview. Journal of Statistical Physics, 179, 1496–1530 (doi:10.1007/s10955-019-02445-7).
Az ösztöndíj lejárta után megjelent/elkészült, de ahhoz kapcsolódó publikációk:
[5] Haszpra, T. (2020): RePLaT-Chaos: A Simple Educational Application to Discover the Chaotic Nature of Atmospheric Advection. Atmosphere, 11(1), 29 (doi:10.3390/atmos11010029).
[6] Haszpra, T., Kiss, M., Izsa, É. (2020): RePLaT-Chaos-edu: an interactive educational tool for secondary school students for the illustration of the spreading of volcanic ash clouds. J. Phys. Conf. Series (elfogadva).
A témához kapcsolódó cikkeink
„Bolyaisok” – Fodor László jogtudós
A Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíja magas presztízsű, teljesítmény-központú, országos ösztöndíj. Az mta.hu új sorozatában olyan kutatókat mutatunk be, akik e támogatásnak is köszönhetően folytatták tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan. Fodor László jogász, a Debreceni Egyetem Állam- és Jogtudományi Karának professzora a környezetvédelem alkotmányjogi alapjait és a fenntartható energiarendszerek jogi szabályozási kérdéseit vizsgálta Bolyai-ösztöndíjasként.
„Bolyaisok” – Vaderna Gábor irodalomtörténész
Lehet-e újat mondani Berzsenyi költészetéről? Milyen kontextusban mit jelentettek Berzsenyi versei a kortársak számára? Vaderna Gábor Bolyai-ösztöndíjas irodalomtörténész eddig ismeretlen kéziratok feldolgozásával igyekszik tisztázni a költő verseinek keletkezéstörténetét.
„Bolyaisok” – Serfőző Szabolcs művészettörténész
Az elmúlt évtizedek hazai történeti és művészettörténeti kutatásai kevés figyelmet fordítottak a kora újkori Habsburg-reprezentáció emlékeire. E hiány pótlásához szeretne a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásával hozzájárulni Serfőző Szabolcs, a Magyar Nemzeti Múzeum - Történelmi Képcsarnok munkatársa. Egy olyan tanulmánykötet kéziratán dolgozik, amely áttekintést nyújt a Habsburg-dinasztia 1526 és 1780 közötti magyarországi reprezentációjáról.
„Bolyaisok” – Oláh Judit agrárközgazdász
Miképp befolyásolja a felhasznált természeti erőforrások piaci ára az előállított termékek költségszerkezetét? Milyen tényezők állnak a kőolaj- és fémárak alakulása mögött, és az milyen hatással van a fogyasztói árindexre? Milyen valós kockázatot hordoznak magukban a kimerülő természeti erőforrások? Oláh Judit agrárközgazdász, a Debreceni Egyetem Gazdaságtudományi Karának egyetemi docense a fenti kérdésekkel kapcsolatos összefüggéseket kutatja az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj segítségével.
„Bolyaisok” – Kövesdi Balázs Géza építőmérnök
A korábbinál biztonságosabb és gazdaságosabban előállítható acélszerkezetű hidak építéséhez járulnak hozzá Kövesdi Balázs Géza, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar docensének kutatási eredményei, amelyeket az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásával ért el.
„Bolyaisok” – Makk Péter fizikus
A jövő elektronikai eszközeit megalapozó új, alacsony dimenziós nanostruktúrák között kiemelt szerepe van a szén kétdimenziós változatának, a grafénnek. A nagy tisztaságú grafén szerkezetek viselkedését vizsgálja az MTA Bolyai-ösztöndíjának támogatásával Makk Péter, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizika Tanszékének docense. Kutatásai ismertetésével folytatjuk azokat a Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat, akik e támogatásnak is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Manczinger Máté kutatóorvos
A tumorellenes immunterápia hatékonyságának javításához járulnak hozzá azok a tudományos eredmények, amelyeket az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásának is köszönhetően ért el a szegedi orvos. Kutatásai ismertetésével folytatjuk azokat a Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat, akik e támogatásnak is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Kovács-Hostyánszki Anikó ökológus
A növényi biodiverzitás megőrzéséhez és az invazív növényfajok elleni védekezéshez járulhatnak hozzá Kovács-Hostyánszki Anikó ökológus, az Ökológiai Kutatóközpont Lendület Ökoszisztéma-szolgáltatás Kutatócsoportja főmunkatársának kutatásai. Az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjat két ízben is elnyerő kutatónő tudományos eredményeinek ismertetésével folytatjuk a Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat. Ebben azokat a kutatókat ismerhetik meg, akik a támogatásnak is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Mátyás Ferenc neurobiológus
Jelentősen módosíthatják az általános információfeldolgozásról kialakított és széleskörben elfogadott nézeteket azok a tudományos eredmények, amelyeket Mátyás Ferenc, a Természettudományi Kutatóközpont (MTA Kiváló Kutatóhely) és az Állatorvosi Egyetem Anatómiai és Szövettani tanszék tudományos főmunkatársa és kutatótársai értek el. Munkájuk ismertetésével folytatjuk sorozatunkat, amelynek keretében olyan Bolyai-ösztöndíjasokat mutatunk be, akik e támogatásnak is köszönhetően folytatták, illetve folytatják tudományos tevékenységüket – a Kuratórium munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Vida Krisztián asztrofizikus
A Nappal és a Naprendszeren kívüli bolygókkal, vagyis az exobolygókkal kapcsolatos ismereteink bővítéséhez járulnak hozzá azok az eredmények, amelyeket Vida Krisztián, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (MTA Kiváló Kutatóhely) Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének tudományos munkatársa ért el az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjának támogatásával. Kutatásai ismertetésével folytatjuk a legkiválóbb „bolyaisokat” bemutató sorozatunkat.
„Bolyaisok” – Czakó Gábor elméleti kémikus
Czakó Gábor Junior Prima díjas elméleti kémikus, az MTA doktora és a Szegedi Tudományegyetem egyetemi docense alapvető kémiai reakciók dinamikáját és mechanizmusait kutatja a legmélyebb atomi és molekuláris szinten. Az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíját 2014-ben nyerte el az ELTE munkatársaként, majd 2015-ben a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékén megalapította az Elméleti Reakciódinamika Kutatócsoportot, amely 2019-ben elnyerte az MTA Lendület programjának támogatását is. Mára a kutatócsoport a világ élvonalába tartozik az elméleti reakciódinamika területén, amit a Bolyai-ösztöndíjas évek sikeres kutatásai alapoztak meg. Eredményei ismertetésével folytatjuk a legsikeresebb Bolyai-ösztöndíjasok bemutatását.
„Bolyaisok” – Benedek Csaba informatikus
A gépi látás korszerű kamerák és lézeres szenzorok mérésein alapuló kulcskérdéseit kutatja Benedek Csaba, a Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet (MTA Kiváló Kutatóhely) Gépi Érzékelés Kutatólaboratóriumának tudományos tanácsadója, a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Karának habilitált docense, aki tavaly védte meg MTA-doktori értekezését. Kutatócsoportjának eredményei számos gyakorlati területhez kötődnek a 3D térképezéstől kezdve épületek statikai elemzésén és stílusvizsgálatán át a 3D orvosi adatok feldolgozásáig és az önjáró járművek érzékelési kérdéseiig. Eredményei ismertetésével folytatjuk a legkiválóbb Bolyai-ösztöndíjasokat bemutató sorozatunkat.
„Bolyaisok” – Csupor Dezső fitokémikus
Hazai mohafajokból kinyerhető, új daganatellenes és antimikróbás hatóanyagokat keres munkatársaival Csupor Dezső, a Szegedi Tudományegyetem Gyógyszerésztudományi Karán a Bolyai-pályázat támogatásával. Cikksorozatunkban azokat a kutatókat ismerhetik meg, akik az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatásának is köszönhetően végezték, illetve végzik tudományos tevékenységüket – az ösztöndíj kuratóriumának munkáját segítő 11 szakértői kollégium szerint kiválóan.
„Bolyaisok” – Mucsi Gábor előkészítés-technikai mérnök
A körforgásos gazdaság elveinek megfelelően másodnyersanyagból előállított építőanyag-ipari termékek fejlesztéséhez járulnak hozzá Mucsi Gábor, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar egyetemi tanárának kutatási eredményei, amelyeket az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíja támogatásával ért el.
