Részletes elemzés a délkelet-kínai tengerszintváltozás adatbázisáról és modellezéséről

okt 20, 2025 | Tudomány

A tengerszintváltozás globális és regionális vizsgálata kulcsfontosságú a klímaváltozás hatásainak megértésében. Ebben a cikkben bemutatjuk a délkelet-kínai régió legfrissebb tengerszint-indexpontokat (Sea-Level Index Points, SLIPs) tartalmazó adatbázisát, valamint a spatiotemporális hierarchikus modellezési módszereket, amelyek segítségével rekonstruáljuk a múltbeli relatív tengerszintváltozást (Relative Sea Level, RSL). Emellett részletesen tárgyaljuk a gravitációs izosztatikus alkalmazkodás (Glacial Isostatic Adjustment, GIA) modellezését, a folyami vízhozam hatását, valamint a modern műszeres megfigyelések összevetését.

1. Délkelet-kínai RSL adatbázis összeállítása

A kutatás alapját egy naprakész délkelet-kínai RSL adatbázis képezi, amely különféle geológiai proxyk – például diatómák, partköves képződmények (beachrock) és mangrove üledékek – alapján készült tengerszint-indexpontokat tartalmaz. Az adatokat több publikált tanulmányból gyűjtöttük össze, majd egységesítettük az 57-es referencia szerinti módszertan alapján.

  • Adatstruktúra: Minden bejegyzés tartalmazza a rekonstruált relatív tengerszintet, annak bizonytalanságát, a mintavétel korát és annak mérési bizonytalanságát, valamint egy bináris indexet arra vonatkozóan, hogy az üledék alapszintű vagy közbeékelődött-e (ez utóbbi esetben figyelembe vettük az üledék tömörödéséből eredő bizonytalanságot).
  • Korbecslés: Minden SLIP radiokarbon kormeghatározáson alapul. A konvencionális radiokarbon korokat újrakalibráltuk az IntCal20 kalibrációs görbével szárazföldi minták esetén és Marine20-cal tengeri mintákra. A tengeri mintákhoz helyi ΔR korrekciókat alkalmaztunk.
  • Korrektúrák: Nem végeztünk külön korrekciót tektonikai vagy üledéktömörödési hatásokra, mivel ezeket céljelként kezeltük a hierarchikus modellben történő becsléshez.

2. Spatiotemporális statisztikai elemzés és hierarchikus modell

A múltbeli RSL trendek és változási sebességek becslésére a PaleoSTeHM keretrendszert használtuk, amely egy háromszintű hierarchikus modellt valósít meg:

  1. Adatszint: Leírja az RSL adatok rögzítésének módját és azok bizonytalanságait.
  2. Folyamatszint: Modellezi az RSL változásának rejtett spatiotemporális folyamatát.
  3. Paraméterszint: Meghatározza az előzetes eloszlásokat a hiperparaméterekre.

A számítási hatékonyság érdekében empirikus Bayes-i elemzésre támaszkodtunk, ahol a hiperparamétereket maximum likelihood módszerrel optimalizáltuk.

Matematikai modell felépítése

A rekonstruált RSL értékeket ((y_i)) az alábbi összefüggéssel modellezzük:

( y_i = f(x_i,t_i) + epsilon_i^y + y_0(x_i) + omega(x_i,t_i) + y_i gamma )
( t_i = hat{t}_i + epsilon_i^t )
  • (x_i): zajmentes térbeli helyzet
  • (t_i): valódi kor
  • (hat{t}_i): megfigyelt átlagos kor
  • (epsilon_i^y), (epsilon_i^t): normál eloszlású bizonytalanságok az RSL és korbecslésben
  • (y_0(x)): helyspecifikus eltolás az összehasonlíthatóság érdekében
  • (omega(x,t)): kiegészítő fehér zaj
  • (gamma): üledéktömörödési bizonytalanságot kezelő komponens (bináris vektorral jelölve)

A modellben Gauss-folyamat (Gaussian Process, GP) priorokat alkalmazunk mind térben, mind időben változó komponensekre. Az időbeli bizonytalanságokat zajos bemenetű GP módszerrel kezeljük elsőrendű Taylor-sor közelítéssel.

A folyamat szintű modell komponensei

A rejtett RSL mezőt (f(x,t)) úgy írjuk fel, hogy egy GIA modell átlagfüggvényére épül:

( f(x,t) sim GP(h_{GIA}(x,t|Theta), Sigma(x,t)) )
end{pre>

Itt (h_{GIA}) egy lineáris kombinációja 360 különböző GIA modellnek fizikai paraméterekkel (Theta = [theta_1,theta_2,...,theta_J]). A GIA modell előrejelzi az adott helyen és időben várható tengerszintváltozást.

A GIA komponens tovább bontható globális átlagos tengerszintváltozásra ((GIA_g(t))) és regionális gravitációs-deformációs hatásokra ((GIA_{GRD}(x,t))):

( GIA(x,t) = GIA_g(t) + GIA_{GRD}(x,t) )
end{pre>

Ezen túlmenően további négy GP komponens modellezi a nem-GIA eredetű változásokat:

  • (g(t)): globálisan egységes jelenségek (pl. hegyi gleccserek olvadása, termikus tágulás)
  • (m(x)(t - t_0)): térben változó lineáris trendek (pl. tektonika, hosszú távú üledéktömörödés)
  • (r(x,t)): regionális nemlineáris változások (pl. légköri/oceáni dinamikák)
  • (l(x,t)): lokális nemlineáris jelenségek (pl. helyi hidroklimatikus változások)

Ezeket tovább bontjuk gyors (<300 év) és lassú (>300 év) komponensekre is, így összesen kilenc elemből áll össze a végső folyamatfüggvény.

3. Spatiotemporális kovarianciafüggvények matematikai leírása

A kovarianciafüggvényeket Matérn kernel típusokkal írjuk le:

  • ({K}_M^{1/2}): simasági paraméter 1/2 – nem differenciálható kernel
  • ({K}_M^{3/2}): simasági paraméter 3/2 – egyszer differenciálható kernel
  • ({K}_{Linear}): lineáris kernel időbeli komponensekhez

Ezek kombinációjával épülnek fel az egyes GP komponensek tér-időbeli jellemzői (például (g_f(t), g_s(t), m(x)(t-t_0), r_f(x,t), r_s(x,t), l_f(x,t), l_s(x,t))). A részletes formulákat a cikkben található egyenletek adják meg.

4. Gravitációs izosztatikus alkalmazkodás (GIA) modellezése

A GIA modell egy gravitációsan önkonzisztens elméleten alapuló számítási keretrendszer, amely figyelembe veszi a partvonalak migrációját és Föld forgási visszacsatolását. A modell viszkoelasztikus viselkedést feltételez az érintett időskálán.

  • Fizikai bemenetek: A Földet gömbszimmetrikus Maxwell-testként modellezzük: rugalmas litoszféra és két rétegű köpeny (felső és alsó). Az elasticitási és sűrűségi struktúrát a Preliminary Reference Earth Model alapján vettük figyelembe.
  • Paraméter variabilitás: Különböző litoszféra vastagságokat (71 és 96 km), felső köpeny viszkozitásokat (0.05–0.80 × 10²¹ Pa·s), alsó köpeny viszkozitásokat (1–3 × 10²¹ Pa·s) teszteltünk.
  • Jégmodellek: Összesen 15 jégmodell került vizsgálatra, beleértve az ANU20-at és ICE-6G_C-t is, valamint további 13 modellt az irodalmi jégmodellek közötti átmenet lefedésére.
  • Korlátozások: Nem vettünk figyelembe laterális földi rheológiai eltéréseket; ennek oka többek között Kína földrajzi elhelyezkedése és számítási kapacitás korlátai voltak.

A GIA modell nem veszi figyelembe az üledék által vezérelt tájfejlődést, amely jelentős szerepet játszik például a Jangce-delta területén. Egy kiegészítő paleotáj-modell segítségével azonban kvantifikáltuk ennek hatását és annak túlbecslési lehetőségét a GRD komponensre.

5. Paleojellegű árapály-változás hatása a tengerszint-rekonstrukciókra

A paleotengerszint-rekonstrukciók általában feltételezik az árapály-referencia szintek állandóságát az időben. Ugyanakkor globális árapály-modellezések kimutatták ezek jelentős változását posztglaciális időszakban.

  • Egy globális barotropikus óceáni árapálymodell segítségével kiszámítottuk az árapály-változásból eredő torzulásokat minden adatpontra vonatkozóan.
  • Például Hongkong környékén akár 0,25 méteres abszolút torzulást okozhat az árapály referencia szintjének változása 9000 évvel ezelőtthez képest.
  • Ezeket az eltéréseket beépítettük bizonytalansági tényezőként is a rekonstrukciókba.

6. Folyami vízhozam hatásának analitikus modellje

A Qiantang-folyó környékén mért vízhozam-ingadozás sterodinamikai hatását egy Buenos Aires környékén kidolgozott analitikus modellen keresztül számoltuk ki. Ez figyelembe veszi a folyó mélységét és szélességét valamint a helyi áramlási viszonyokat.

  • A vízhozam átlagosan 752–1450 m³/s között változik évszaktól függően.
  • Ezek alapján kis távolságokon belül akár több centiméteres lokális tengerszintváltozás is bekövetkezhet folyami vízmennyiség-változás miatt.

7. Modern műszeres alapú tengerszint-költségvetések összevetése rekonstrukcióval

A poszt-1900-as időszakra vonatkozó modern tengerszint-költségvetést egy Kalman-simítóval kalibrált folyamat-alapú modellből nyertük ki, amely integrálja műholdas altimetriás adatokat is. Ez különösen megbízható volt Északnyugat-Csendes-óceán medencéjében (korreláció 0,94).

  • A költségvetés tartalmazza: globális átlagos tengerszintváltozás (GMSL), modern GRD hatásokat és óceáni dinamikából eredő regionális eltéréseket.
  • Minden város esetében három legközelebbi óceáni rácspont súlyozott átlagával számoltuk ki ezeket az értékeket.
  • A földtani rekonstrukciókkal való összevetéshez 20 éves mozgóátlag szűrést alkalmaztunk.

8. Modern vertikális felszíni mozgások (VLM) megfigyelései

A VLM sebességeket két fő forrásból szereztük be:

  • GNSS adatokból: Nevada Geodetic Laboratory szolgáltatta IGS14 referenciarendszerhez igazítva; trendbecslést MIDAS módszerrel végezték el szezonális zavarok minimalizálására; 82,6%-uk legalább 10 éves mérési időszakot fed le.
  • InSAR adatokból: Sentinel-1 műholdas adatok alapján készült országos felmérés kínai nagyvárosokra; GNSS kalibrációval; városon belüli medián értékeket és percentiliseket közölve a térbeli variabilitás érzékeltetésére.

A földtani VLM becslésekhez kiválasztottuk csak part menti városokat megfelelő geológiai megfigyelések alapján; ez legalább 5%-kal csökkentette a varianciát előzetes becslésekhez képest. Ezt követően térképezést végeztünk 50 km-es sugárban minden város körül, figyelembe véve a hierarchikus modell bizonytalanságait is.

Záró gondolatok

Ezen kutatás keretében sikerült egy átfogó délkelet-kínai RSL adatbázist létrehozni és azt fejlett spatiotemporális hierarchikus modellezési technikákkal elemezni. A GIA modellcsalád alkalmazása lehetővé teszi fizikai alapú bontást globális és regionális komponensekre, miközben további GP komponensek kezelik a komplex nemlineáris jelenségeket is. Az eredmények jól illeszkednek modern műszeres megfigyelésekhez is, így megbízható képet adnak Kína Holocén kori tengerszint-változásairól és azok okairól.

Ezek az eredmények fontos alapot szolgáltathatnak további klíma- és környezetvédelmi kutatásokhoz, valamint segíthetik a part menti területek fenntartható fejlesztését Kínában és más hasonló régiókban világszerte.

Forrás: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09600-z

Donald Trump vállrándításai: A populista kommunikáció kulcsa

Donald Trump gyakori vállrándításai nem csupán véletlenszerű gesztusok, hanem tudatosan alkalmazott kommunikációs eszközök, amelyek segítségével közös nevezőre jut a hallgatóságával, illetve negatív értékelést fejez ki politikai ellenfeleiről és azok politikájáról....

Szén-dioxid eltávolítás: Hatékony módszerek a légkör tisztítására

A klímaváltozás elleni küzdelem egyik kulcsfontosságú eleme a szén-dioxid eltávolítás a légkörből. Ez a megközelítés azt célozza, hogy a levegőben található CO2-t más formájú szénné alakítsa át, például karbonáttá, amelyet aztán biztonságosan el lehet tárolni vagy...

Szívbarát séta: Egy hosszabb séta naponta jobb, mint sok rövid – új kutatási eredmények

Az egészséges életmód egyik legegyszerűbb és legkönnyebben beépíthető eleme a séta. Egy friss kutatás azonban arra hívja fel a figyelmet, hogy nem csupán a megtett lépések száma számít, hanem az is, hogy milyen hosszú ideig sétálunk megszakítás nélkül. A Annals of...

A holland kormány beavatkozása a Nexperia ügyében: chipgyártás és geopolitikai feszültségek Európában

A Nexperia, a holland székhelyű félvezetőgyártó vállalat körüli események az utóbbi időben jelentős nemzetközi figyelmet kaptak. A cég kínai tulajdonosa, a Wingtech, állítólag kereskedelmi titkok eltulajdonításával és az európai gyártási kapacitások áthelyezésével...

Donald Trump vállrándításai: A populista kommunikáció kulcsa

Donald Trump gyakori vállrándításai nem csupán véletlenszerű gesztusok, hanem tudatosan alkalmazott kommunikációs eszközök, amelyek segítségével közös nevezőre jut a hallgatóságával, illetve negatív értékelést fejez ki politikai ellenfeleiről és azok politikájáról....

Chiphiány hatása az alabamai autógyártókra: Honda és Mercedes-Benz reagálása

Az utóbbi időszakban egyre súlyosabb problémát jelent az autóipar számára a félvezető chipek hiánya, amely komoly fennakadásokat okozhat a járműgyártásban. Különösen Alabama állam két jelentős autógyártója, a Honda és a Mercedes-Benz jelezte, hogy figyelemmel kíséri a...

ChatGPT Go ingyenes hozzáférés Indiában – OpenAI új lépése

OpenAI újabb jelentős lépést tett az indiai piac felé, amikor bejelentette, hogy ChatGPT Go szolgáltatását egy évig ingyenesen elérhetővé teszi az indiai felhasználók számára. Ez a kezdeményezés 2025. november 4-én indul, és célja, hogy még szélesebb körben tegye...

iPhone 17 Pro színváltozás: Mi történik a Cosmic Orange modellekkel?

Az iPhone 17 Pro sorozat újabb problémával került a figyelem középpontjába: egyre több felhasználó számol be arról, hogy a Cosmic Orange színű iPhone 17 Pro Max készülékük színe megváltozik, és rózsaszín árnyalatot vesz fel. Ez a jelenség világszerte terjed a...

Hummer EV SUV 2025 – Az elektromos monstrum részletes tesztje és vélemény

Autórajongóként mindig is lenyűgözött a gépek mérnöki megoldásainak szépsége, a vezetés mestersége és az autók sokszínűsége, amely minden igényt kielégít. Én magam is két teljesen eltérő autó büszke tulajdonosa vagyok: egy túlteljesített C6 Corvette és egy 2004-es...

Fitbit új, Gemini-alapú egészségügyi edzője: forradalmi appélmény indul előnézetben

Fitbit egy jelentős lépést tett az egészség és fitnesz világában azzal, hogy bemutatta legújabb, Gemini mesterséges intelligencia alapú egészségügyi edzőjét. Ez az innovatív funkció része egy teljesen átdolgozott Fitbit alkalmazásnak, amelyet még augusztusban...

AI eszközök könyvtára: A legjobb mesterséges intelligencia források egy helyen

A mesterséges intelligencia (AI) rohamos fejlődése új lehetőségeket nyit meg az üzleti életben, a kreatív iparban és a mindennapi életben egyaránt. Az AI eszközök széles választéka azonban gyakran átláthatatlan lehet, ezért összegyűjtöttünk egy átfogó listát a legjobb...