A Golf-áramlat és Eyjafjallajökull hamufelhő modellezése
Ha sikerül azonosítani a folyamatokat meghatározó alapvető tényezőket, akkor például a klímaváltozást és annak hatásait nyomon tudjuk követni – mondta dr. Jánosi Imre. Az ELTE TTK Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék egyetemi docensével a kutatóegyetemi projektben végzett kutatásairól, többek között az áramlások modellezéséről beszélgettünk.
Ön a Komplex rendszerek vizsgálata című alprojektben vesz részt. Mivel foglalkoznak pontosan?
Az alprojektben többféle komplex rendszert (energia, Internet, pénzügy, gyógyászat) vizsgálunk, ezek stabilitását, sérülékenységét és korrelációit igyekszünk feltárni. Modellezzük a komplex rendszerek viselkedését, így például áramlásokkal és részecskék sodródásával foglalkozunk. A vizsgálatok célja, hogy megértsük a rendszerek működését és előrejelzéseket adjunk várható viselkedésükről.
Az Ön vezetésével áramlások laboratóriumi modellezésével is foglalkoznak a projekten belül. Mi a kutatás lényege?
A környezetünkben található nagykiterjedésű folytonos közegek (elsősorban a légkör és az óceánok) mozgásformái olyan sajátosságokat mutatnak, amelyek a kisméretű, emberi léptékű áramlási rendszerekben – melyekkel a mérnöki áramlástan foglalkozik – nem mutathatók ki. Ezt főleg a Föld forgása okozza, amely néhány száz kilométeres vagy még nagyobb skálán már meghatározó fizikai hatás. Sem a légkörben, sem az óceánokban nem állandó a sűrűség, az előbbit a levegő összenyomhatósága, az utóbbit a mélységgel növekvő sótartalom és csökkenő hőmérséklet eredményezi. Ezen jelenségek modellezésére hoztuk létre a Kármán Környezeti Áramlások Laboratóriumot, ahol forgóasztalok segítségével és változó sűrűségű folyadékokkal egy sor nagyskálájú folyamat tanulmányozható, valamint a numerikus modellezés során is figyelembe vesszük ezeket a hatásokat.
Ha jól tudom, foglalkoztak a cunamik és az izlandi Eyjafjallajökull vulkán kitörésének szimulációjával, modellezésével is.
Egy sor tanulmány alapja a globális szélmező viselkedésével kapcsolatos. Az úgynevezett reanalízis adatbankokban sok évtized adatai találhatók. Ezekben meteorológiai mérések alapján globális lefedettséget lehetett elérni olyan módon, hogy a hiányosan reprezentált területek – így a sarkvidékek, Szibéria belső területei vagy a nagy sivatagok – fölött a napi előrejelzésekhez is használt mozgásegyenletek megoldásával kiegészítették az értékeket. Egy ilyen szélmező-adatbázis a legkülönfélébb célokra használható, megbecsülhető például a szélturbinák által előállított energia mennyisége – megjegyzem, hogy ebben hazánk igen rosszul áll – vagy éppen egy vulkáni hamufelhő terjedése. Egy frissen megjelent tanulmányban pont az Eyjafjallajökull hamufelhő szimulációját hasonlítják össze a szerzők a mérési adatokkal. A cunamikat illetően igazából a partra lépés előtti hullámterjedéssel kapcsolatban végeztünk vizsgálatokat, de ez korábban történt. Ebben az alprojektben viszont megemlítenék két érdekes modell-vizsgálatot, mindkettő a globális óceáni vízkörzéssel kapcsolatos. A Golf-áramlat éghajlat-módosító hatása közismert, az viszont kevésbé, hogy Észak-Európa részben e meleg áramlatnak köszönhetően lakható. Ezért a részletek megértése, az esetleges befolyásoló tényezők megismerése igen sok embert érdeklő téma, melyhez reményeink szerint érdemben tudunk hozzászólni.
Milyen eredményekről tud beszámolni? Milyen gyakorlati alkalmazási lehetőségei lehetnek a kutatásnak?
Az óceáni vízkörzéssel kapcsolatban először is tisztáztuk, hogy a mélységi víz képződését (az áramlat „lebukó” részét) nagymértékben felerősíti, ha az alábukási helyek alatt az óceán fenekén úgynevezett „forró folt” található, azaz a Föld mélyéből érkező hőáram a környezeténél erősebb. A másik eredményünk az úgynevezett Atlanti-óceáni Több Évtizedes Oszcillációk mechanizmusának vizsgálataival kapcsolatos. Ez az oszcilláció azt jelenti, hogy az óceáni medence teljes területére átlagolt felszíni vízhőmérséklet néha anomálisan magas (ez a meleg fázis), néha az évszázados átlagnál alacsonyabb (hideg periódus). Bár itt is csak néhány tized fokos ingadozásról van szó, mégis a víztömeg óriási nagysága és a víz hőkapacitása miatt a környező területek időjárását, klímáját érezhetően befolyásolja. Sikerült tisztáznunk, hogy ebben a jelenségben a sótartalom nem játszik lényeges szerepet, ellenben a csatolás a légköri ingadozásokkal (ciklonokkal, anticiklonokkal) meghatározó annak ellenére, hogy ezen jelenségek élettartama nagyságrendekkel rövidebb, mint az óceáni folyamatok karakterisztikus ideje. A hasonló alapkutatások gyakorlati alkalmazása abban foglalható össze, hogy ha sikerül azonosítani a folyamatokat meghatározó alapvető tényezőket, akkor hasznos információt nyerünk arról, milyen paramétereket kell pontosan mérnünk ahhoz, hogy például a klímaváltozást és annak hatásait nyomon tudjuk követni.
A kutatás jellege mennyiben teszi lehetővé, hogy hallgatókat és doktoranduszokat is bevonjanak?
Teljes mértékben ez a cél. A projekt során két országosan díjazott TDK-dolgozat és számos diplomamunka született, illetve három PhD-dolgozat van előkészületben az ehhez szükséges publikációkkal együtt.
A kutatóegyetemi projekt távlati céljairól szólva korábban megerősödő nemzetközi együttműködésre számítottak. Mit gondol, hogyan segíti Önöket a TÁMOP-kutatóegyetemi projekt?
Egy első lökést mindenképpen jelentett, a folytatás még bizonytalan. Az eredményes nemzetközi együttműködések fontos ismérve a kapcsolatok tartós fenntartása, ehhez egy ilyen rövid pályázat csak kisebb mértékben tud hozzájárulni. Természetesen reménykedünk abban, hogy egyéb hazai és EU-s pályázatokból tovább folytathatjuk a megkezdett projekteket.