A 2024-es év szélsőségei a hőmérséklet és csapadék együttes vizsgálatával

 Dr. Izsák Beatrix

A HungaroMet Zrt. Éghajlatkutatási Osztályán minden évben elkészítjük az elmúlt évről szóló beszámolónkat. Összevetettük a korábbi évek adatsoraival a 2024-es év méréseit és ez alapján kiadtuk az elmúlt év értékelését. Azonban ezt komoly munka előzi meg, hiszen nem a nyers adatokat használjuk az elemzéseinkhez, hanem az esetleges hiányokat pótoljuk, az adatokat ellenőrizzük és az inhomogenitásokat eltávolítjuk az adatsorokból [1]. Ez utóbbira azért van szükség, hogy a múltbeli méréseket össze tudjuk hasonlítani a mai mérésekkel. Gondoljunk arra, hogy a napi 3 hőmérséklet mérés helyett, ma már az automaták 10 perces adataiból számolhatunk napi középhőmérsékletet. De inhomogenitást okozhat nem csak a módszertani váltás, hanem a műszercsere, az állomások költöztetése vagy akár a mérési környezet megváltozása. Erre a bonyolult feladatra a MASH szoftvert [2] alkalmazzuk, így már ki tudjuk szűrni az inhomogenitásokat az adatsorokból és a homogén adatsorokon detektált változás már valóban az éghajlat megváltozásból ered [3]. Mivel a mérőállomások nem egyforma sűrűséggel helyezkednek el az ország területén, ráadásul időben is változott a mérőállomások száma, az állomási értékek átlaga nem tükrözi hűen a valós éghajlati viszonyokat, ezért a homogenizált állomási értékeket szabályos (0,1°-os felbontású) rácsra interpoláljuk a MISH szoftverrel [4], majd ezek átlaga lesz az országos átlag [5].

A többdimenziós szélsőérték fogalmára Szentimrey [6] vezette be a normamódszert. Ez annyit jelent, hogy a meteorológiai elemeket egy vektorváltozóba rendezzük és ennek a vektornak a mátrixnormáját számítjuk ki. Ahhoz, hogy egyik elem se legyen domináns (hiszen ekkor visszakapjuk az adott elem egydimenziós szélsőértékeit), az egyes változókat hasonló eloszlásúvá transzformáljuk és normáljuk őket [7]. Hőmérséklet esetén az úgynevezett STI (Standardized Temperature Index - Standardizált hőmérséklet index) értéket kapjuk meg, csapadék esetén az SPI-t (Standardized Precipitation Index - Standardizált csapadék index). Kétdimenzióban például egy vektorba rendezzük az SPI és STI értékeket. Ezután a normamódszerrel minden vektorhoz hozzárendelünk egy nemnegatív számot, ez lesz az SPTI (Standardized Precipitation and Temperature Index - Standardizált csapadék és hőmérséklet index) érték, amelynek a maximuma lesz az extrém esemény [8]. A hőmérséklet szélsőségességét tehát az STI indexszel, a csapadékét az SPI-vel, az együttes szélsőségességet pedig az SPTI-vel vizsgáljuk. Míg az egydimenziós STI és SPI pozitív és negatív értékeket is felvehet, az SPTI csak nemnegatív valós szám lehet. Mindhárom indexre igaz, hogy mértékegység nélküli szám és minél nagyobb az abszolút értéke, annál szélsőségesebb, extrémebb esemény következett be.

A továbbiakban sorra vesszük a bevezetőben említett egydimenzióban extrémnek adódott hónapokat, évszakokat és éveket kétdimenzióban. Így választ kapjunk arra a kérdésre, hogy többdimenzióban is szélsőséges 2024-es évről beszélhetünk-e? Vizsgálatainkat 1871–2024-ig tartó időszakra végezzük el, és az adatainkat az 1871–1900-as klímanormálhoz viszonyítjuk. Egyes esetekben kiszámítjuk az eseményhez bekövetkezéséhez tartozó valószínűséget is. Tesszük ezt azt figyelembe véve, hogy két korrelálatlan standard normális változó négyzetösszege, megközelítően 2 szabadsági fokú  eloszlású. Tehát a SPTI norma 2 szabadsági fokú  eloszlású, így az eloszlásfüggvény alapján meghatározható a valószínűség. Az 1. táblázatban feltüntetjük a  eloszlás néhány kvantilisét.

1. táblázat: A khi-eloszlás kvantilisei

Február

A tavalyi év legnagyobb meglepetése a februári extrém magas hőmérséklet volt, hiszen az 1991–2020-as átlagtól 7, de az 1871–1900-as átlagtól 9 Celsius fokkal tér el a középhőmérséklet egész Magyarország területére átlagolva a rácsponti értékeket. Csapadékösszege is jócskán elmaradt az 1991–2020-as klímanormáltól, hiszen 48%-kal hullott kevesebb csapadék, mint az átlag. Nézzük kétdimenzióban szokatlanabb volt e, mint az 1929-es leghidegebb, vagy 1966-os legmelegebb, vagy a 2016-os legcsapadékosabb, vagy az 1998-as legszárazabb február?

 A 2. táblázatban tüntettük fel az egy és kétdimenziós normaértékeket és a kétdimenziós értékhez (SPTI) tartozó esemény valószínűségét. Ez alapján a legkisebb valószínűségű esemény a 2024-es év februárjához tartozik. A nagyon száraz és forró 1998-as február maradt a második helyen, míg az igen hűvös, csapadékos 1956 a harmadik, a leghidegebb 1929-es február a negyedik legszokatlanabb az átlag körüli csapadékával. Az ötödik helyen a 2016-os csapadékos, forró február helyezkedik el. Csak összehasonlításként említjük meg, hogy a legnagyobb valószínűségű esemény az 1964-es év februárja volt a maga átlag körüli hőmérsékletével és csapadékával, a bekövetkezés valószínűsége 0,993.

 2. táblázat: Februári SPI, STI, SPTI értékek – a legnagyobb SPTI értékek szerint rendezve – és
az SPTI értékhez tartozó valószínűségek, időszak 1871–2024, országos átlag

Március

A szokatlanul meleg február nem csak a sajátjai között, hanem a márciusok között is extrém lett volna, azaz a második legmelegebb március lehetett volna. A kérdés csak az volt, hogy a második legmelegebb „március” (ez volt a február) után jön-e a legmelegebb március? A választ megkaptuk, igen, a március is a legmelegebb lett 1871-től nézve az adatsorokat, emellett egy igen száraz márciust élhettünk meg. Nézzük az SPTI értékeket – együttesen vizsgálva a csapadékot és a hőmérsékletet – hol helyezkedik el a 2024-es év márciusa? Az 1. ábrán látható, hogy a 2012-es extrém száraz és meleg március a legszokatlanabb, a 2024-es március csak a 20. helyre fért be az elmúlt 154 év márciusai közé.

1. ábra
Az SPTI országos átlag értékei március hónapra, az 1871-1900-as normálidőszakhoz viszonyítva

Április

A nyolcadik legmelegebb április 1901-től számolva a 2024-es év áprilisa. Azonban 1871-től vizsgálva az adatsorokat csak a kilencedik, mert az 1876-os április ennél 0,2 Celsius fokkal melegebb volt. Csapadék szempontjából 2024 áprilisa a legszárazabb 30%-ban helyezkedik el. Nézzük a kétdimenziós vizsgálatok eredményét. Az elmúlt év áprilisa a 24. helyen van az SPTI értékek alapján (2. ábra). Maradt az első két helyen egy nagyon száraz és egyben meleg április, nevezetesen 2007, és nem sokkal lemaradva a 2018-as év negyedik hónapja.

 2. ábra
SPTI értékek 1871–2024, április, országos átlag

Június

Az ötödik legmelegebb június (21,55°C) az átlagnál csapadékosabbnak adódott (84,68 mm). Azonban, ha 1871-től tekintjük az adatsorokat és nem 1901-től, akkor hasonlóan az áprilishoz egy helyet visszacsúszik a rangsorban, hiszen 1875 június 0,5 Celsius fokkal melegebb volt. Az SPTI értékeket tekintve 2024. júniusa a 12. helyet foglalja el. Maradt az első helyen a 2021-es nagyon száraz forró június, és mögötte sorakoznak hasonló tulajdonsággal az 1917, 2000, 2003-as év júniusai. A 3. táblázatban mutatjuk meg az egy- és kétdimenziós szélsőségeket.

 3. táblázat: Júniusi szélsőségek évei

A táblázatból kiolvashatjuk, hogy a kétdimenziós extrémeknél az egydimenziós csapadék szélsőségeket, pontosabban a legszárazabb júniusokat kaptuk vissza. Ugyanakkor, mint korábban jeleztük, közös tulajdonságuk egyben az is, hogy az átlagnál jóval melegebb hónapok voltak ezek. Ezek alapján megállapíthatjuk, hogy Magyarországon a legszokatlanabb a nagyon száraz és meleg június.

Július

Erről a hónapról tavaly augusztusában részletes tanulmányt jelentettünk meg. Itt csak ottani eredmények ismertetjük röviden, ez alapján a 2024-es év júliusa lett a legszokatlanabb az elmúlt 154 év júliusait vizsgálva. Nem meglepő, hiszen amellett, hogy a legmelegebb volt, egyben a hetedik legszárazabb is. Érdekesség, hogy a második legszokatlanabb az 1984-es július, mely egydimenzióban nem szerepel a szélsőértékek között. Ugyanakkor egy nagyon hideg és nagyon száraz július együttesen már a második legszokatlanabb júliusi hónap. A többdimenziós vizsgálatainknak pont ez a célja. Vannak olyan szélsőségek, melyek egydimenzióban látszanak, de többdimenzióban nem és fordítva is. A harmadik helyen a leghidegebb (1913) a negyedik helyen a legszárazabb (1952) július következik, a legcsapadékosabb (1878) július hónap a hetedik.

Augusztus

A 2024-es második legmelegebb augusztus, egyben egy csapadékban szegény hónap volt. Az 1991–2020-as átlaghoz képest 57%-kal kevesebb csapadék hullott. Ezzel a 9. legszárazabb az augusztusok sorában. A 3. ábrán mutatjuk meg az augusztusi SPTI értékeket. Továbbra is a legmelegebb és egyben nagyon száraz (második legszárazabb 1871-től számítva) 1992-es augusztus a legszokatlanabb. Ugyanakkor a 2024-es év augusztusa került a második helyre.

 3. ábra
SPTI értékek, augusztus, országos átlag, 1871–1900-as normál értékhez viszonyítva

Tél

A 2023/2024-es tél is a legmelegebbnek adódott, emellett az átlagnál csapadékosabb telünk volt. Ugyanakkor ez utóbbi igencsak csalóka, hiszen itt az átlagot egy igen csapadékos december, egy száraz január és egy extrém száraz február adja.

A 4. ábrán látható, hogy a 2023/2024-es tél lett a legszokatlanabb. Tehát kétdimenzióban is szokatlan évszakon vagyunk túl. A második a 2006/2007-es év tele, amikor is száraz és az átlagnál melegebb telünk volt, korábban ez a tél volt az egydimenziós szélsőérték, pontosabban a legmelegebb. A téli szélsőségeket vizsgálva elmondhatjuk, hogy az elmúlt időszakok szokatlanul meleg telei vannak a lista elején, az 1879/1980-as év leghidegebb és egyben száraz tele csak a kétdimenziós lista hetedik helyére fér fel.

4. ábra
Téli SPI (kék vonal), STI (piros vonal) és SPTI (fekete vonal) értékek, országos átlag, referencia időszak 1871–1900

Tavasz

A 4. táblázatban foglaljuk össze a tavaszra vonatkozó évszakos vizsgálatunk eredményét. Ez alapján a 2024-es év tavasza a második legszokatlanabb. Ez adódik abból, hogy a legmelegebbnek adódott és emellett száraz is volt. Sokáig az 1934-es tavasz igen magas hőmérséklete megdönthetetlennek tűnt. „Az idei tavasz szokatlan melegsége, kiváltképpen az áprilisi meleg azt a véleményt keltette, hogy már elérkeztünk klímánk legszélső határához.” írta Róna Zsigmond kiváló meteorológus 1934-ben. Most 90 évvel később megint leírhatjuk, hogy úgy látszik elérkeztünk klímánk legszélső határához. Habár a 2024-es év tavasza „csak” a második legszokatlanabb, jócskán vannak a 10-es listában 2000 utáni évek, melyekben közös az átlagnál magasabb hőmérséklet.

4. táblázat: SPI, STI és SPTI értékek,
a 10 legnagyobb SPTI értékkel rendelkező év tavasza alapján

Nyár

A 2024-es év nyara egy igen száraz és a legmelebb nyárnak adódott.  A kétdimenziós vizsgálat során is megállapíthatjuk, hogy a legszokatlanabb nyáron vagyunk túl. Ugyanakkor az SPTI értékek alapján a sorban a 2022, 2019, 2003 és 2018-as év nyarai következnek. Ezeknek közös jellemzője, hogy igen meleg és csapadékban szegény nyarak voltak. Nem kell a sorban messzire menni a 2000 után is évekért, ez alapján és a 5. ábrára tekintve kijelenthetjük, hogy kétdimenzióban vizsgálva a nyarakat az elmúlt tíz év egyértelműen elkülöníthető extrém időszakként. Hűvös, száraz nyárként hatodik a listán az 1984-es, míg a 2023-as nyár a nyolcadik a maga csapadékos és forró jellemzőjével. Hűvös csapadékos nyárért a lista 22. helyig kell visszamenni, habár az 1978-as nyár kevéssel mondható átlag feletti csapadékúnak, inkább az alacsony hőmérséklete dominál.

5. ábra
A nyári SPTI értékekhez tartozó valószínűségek, 1871–2024

Év

Adósok vagyunk még a legmelegebb év elemzésével. Csapadék alapján elmondhatjuk, hogy összességében száraz éven vagyunk túl, a legszárazabb évek között a 26.-nak adódott, a 154 év éves csapadékösszegét összevetve (5. táblázat). Az elmúlt 154 év 10 legmelegebb éve közé már nem tudott bekerülni 2000 előtti év. Szinte minden évben újraírjuk a rekordot. De nézzük együtt vizsgálva a hőmérsékletet és a csapadékot.  Elmondhatjuk, hogy a magas hőmérséklet dominál az SPTI alapján összeállított 10-es lista alapján. A 2024-es év megelőzte az SPTI érték alapján a 2023-as évet, tehát az évi csapadékösszeg és középhőmérséklet együttes vizsgálatával is azt az eredményt kaptuk, hogy extrém évünk volt. A legcsapadékosabb és egyben az 1871–1900-as átlagnál melegebb 2010-es év került a harmadik helyre.

5. táblázat: Extrém évek SPI, STI és SPTI értékei

A leghidegebb 1940-es év csak a lista 10. helyére fért fel, pedig ez az év a második legcsapadékosabb évünk volt. A következő hűvös év (1907) a listánkon a 37. helyen van, ez is a csapadékszegény mivoltának köszönhető. Persze ez nem meglepő, hiszen az 1871–1900-as normálhoz viszonyítunk. A 2000-es második legszárazabb és 10. legmelegebb évünk a negyedik a listában, míg a legszárazabb 2011-es év a kilencedik.

Összefoglalás

Összefoglalva az eddigieket az egydimenziós szélsőségek mellet a kétdimenziós vizsgálatok alapján is rekordok dőltek meg a tavalyi évben. A február, a július, a tél, a nyár és az év is a legextrémebb volt az 1871–1900-as időszakhoz viszonyítva. Emellett az augusztus és a tavasz a második legszokatlanabbnak adódott kétdimenziós vizsgálataink során. A bevezetőben feltett kérdésre válaszolva, valóban extrém évünk volt.

A tanulmány az MTA Fenntartható Fejlődés és Technológiák Nemzeti Program (FFT FTA NP2022-II-8/2022) és a
Széchenyi Terv Plusz program keretében az RRF-2.3.1-21-2022- 00014 számú projekt támogatásával valósult meg.

[1] Izsák, B. and Szentimrey, T, 2020: To what extent does the detection of climate change in Hungary depend on
the choice of statistical methods? GEM Int. J. Geomath. 11, 17. doi.org/10.1007/s13137-020-00154-y

[2] Szentimrey, T., 2017: Manual of homogenization software MASHv3.03. Hungarian Meteorological Service, Budapest, Hungary

[3] Izsák B., Bihari Z. és Szentes O., 2021: Éghajlatváltozás: homogenizált vagy nyers adatsorokat vizsgáljak? Légkör 66(3), 12–15.

[4] Szentimrey, T. and Bihari, Z., 2014: Manual of Interpolation Software MISHv1.03. Hungarian Meteorological Service: Budapest, Hungary

[5] Izsák, B., Szentimrey, T., Lakatos, M., Pongrácz, R., and Szentes, O., 2022a: Creation of a representative climatological database for Hungary from 1870 to 2020. Időjárás 126, 1–26. doi.org/10.28974/idojaras.2022.1.1

[6] Szentimrey T., 1999a: Többdimenziós éghajlati idősorok “extrémumainak” vizsgálata. Meteorológiai Tudományos Napok’99 Kiadványa, 77–88.

[7] Szentimrey, T. and Izsák, B., 2022: Joint examination of climate time series based on a statistical definition of multidimensional extreme. Időjárás 126, 159–184. doi.org/10.28974/idojaras.2022.2.1

[8] Izsák, B., Szentimrey, T., Lakatos, M., and Pongrácz, R., 2022b: Extreme Months: Multidimensional Studies in the Carpathian Basin. Atmosphere 13, 1908. doi.org/10.3390/atmos13111908