Agroökológia és agrometeorológia

Átírás

1 DEBRECENI EGYETEM Földhasznosítási, Műszaki és Területfejlesztési Intézet Agroökológia és agrometeorológia Mezőgazdasági mérnök BSc alapszak (nappali és levelező képzés, partiumi levelező képzés)

2 A levegő mozgása: a légnyomás és a szél

3 A légkör általános viselkedését meghatározó alapvető tényezők 1. Termikus vezérlés A légkör mozgásai elsődlegesen a Napból származó hőközlés eredményeképpen jönnek létre. 2. A légkör méretei Kvázihorizontális rendszer A légkör mozgásait a sekély közegekre jellemző hidrotermodinamikai egyenletrendszerrel írjuk le. 3. A Föld forgása A légköri mozgásokat tartalmazó egyenletek tartalmazzák a Coriolis tagot. 4. Az áramlási rendszerek disszipatív természete. A levegő belső súrlódása miatt a különböző skálájú légköri mozgások turbulens jellegűekké válnak, idővel fokozatosan felaprózódnak és végül disszipálódva hővé alakulnak.

4 Gázok állapothatározói 1. Hőmérséklet (T) 2. Sűrűség (ρ ): Térfogategységben foglalttömeg. m ρ= V Fajlagos, vagy specifikus térfogat (v) V 1 ν= = Egységnyi tömegű gáz térfogata m ρ 3. Nyomás (p)

5 A száraz levegő termodinamikája nyomás Egységnyi felületre ható nyomóerő N/m2. p =h g ρ A légkör nyomásával a tengerszinten 760Hgmm tart egyensúlyt = N/m2 = 105 Pa = 1013mbar

6 Általános gázegyenlet Rl - A levegő specifikus gázállandója Rl = cp - cv= =287 J/kgK cp- állandó nyomáson vett fajhő cv- állandó térfogaton vett fajhő A gázegyenlet levegőre: pν = R lt

7 A légkör fizikai tulajdonságai Tömege: MA= 5, tonna 50%-a 5.5 km alatt; 99%-a 30 km alatt. 15 A légkör tömegének magasság szerinti megoszlása [km] [%]

8 Légköri nyomás A légkör tömegének 90% alsó 15 km rétegben van

9 A légkörben ható erők Külső erők (légkör nélkül is hat) A Föld tömegéből következő gravitációs erő A Föld forgásából származó Coriolis erő Belső erők (légkör jelenlétéből következnek) Egyenlőtlen légnyomás eloszlásból származó nyomási gradiens erő Belső és külső súrlódásból származó súrlódási erő Görbült mozgások miatt fellépő centrifugális erő

10 1. Nehézségi erő a gravitációs erő a Föld tömegvonzásából származó erő. Azonban a Föld forog, így centrifugális erő is fellép. Légköri mozgásokra a nehézségi erő hat, ami a gravitációs és a centrifugális erő eredője. sarkokon a legnagyobb, egyenlítőn a legkisebb merőleges a földfelszínre a nehézségi erőt a nehézségi gyorsuláson keresztül vesszük figyelembe: gx=0; gy=0; gz=-g; g= 9.81 ms-2 45 szélességen

11 2. Nyomási gradiens erő A légköri nyomási mező inhomogenitásából adódik r m p r m p r m p (F ) = ρ x ; (F ) = ρ y ; (F ) = ρ z ; lev p lev p x y lev p z nagysága: 1 dp ρ dn iránya: a bárikus gradienssel azonos

12 A szél kialakulásának okai Föld gömbölyű Ráeső sugárzás különböző mértékben hasznosul nyomás különbségek Forog a tengelye körül Hőszállítás

13 3. Súrlódási erő V sebességű mozgás irányával ellentétesen, fékező erőként hat. Magassággal hatása csökken súrlódási rétegben hat (viszkozitás) - nyírási erő A Reynolds-szám jellemzi a viszkozitás és a tehetetlenség arányát (Re= tehetetlenségi erő/súrlódási erő) kis Re: lamináris áramlás (viszkozitás túlsúlya)~2000 nagy Re: turbulens áramlás (tehetetlenség túlsúlya) Re>=25000

14 4. Coriolis erő: a mozgási sebességre merőleges, mozgó test irányát megváltoztató fiktív erő (forgó vonatkoztatási rendszerben) Északi félgömbön jobbra térít, déli félgömbön balra.

15 A Coriolis erő hatása különböző szélsebességek esetén v3 v1<v2<v3 v2 v1

16 Egyensúlyi mozgások a légkörben Szabad légkörben Geosztrófikus szélmodell: Nyomási gradiens és Coriolis erők egyensúlya F, F p cor. párhuzamos izobárokat feltételezve. G=-C A szél az izobárok irányába fúj és az alacsonyabb nyomás bal kéz felé esik (északi féltekén) Az egyenlítői övezetben a geosztrófikus szélmodell nem használható, C kicsi, a geosztrófikus szélsebességre végtelen nagy érték adódna

17 Geosztrófikus szél kialakulása

18 Geosztrófikus szél Geosztrófikus szél sebessége: 1 p RT p g z = = V = ρf n pf n f n g

19 Egyensúlyi mozgások a légkörben Szabad légkörben Gradiens szél: Nyomási gradiens erő Coriolis erő Centrifugális erők egyensúlya görbült izobárokat feltételezve. A szél izobárok mentén fúj: ciklonális és anticiklonális eset

20 Gradiens szél

21 Egyensúlyi mozgások a légkörben Súrlódási rétegben Talaj közeli rétegben: A szél az izobárokkal a szöget zár be. A nyomási gradiens erő, a Coriolis erő és a súrlódási erő egyensúlya. G=-(C+S) Buys-Ballot bárikus széltörvény: ha a talaj menti légáramlással együtt haladunk, akkor az (É félgömbön) balra előre van az alacsony nyomású, jobbra hátra a magas nyomású hely

22 A szél iránya a súrlódási rétegben A szél iránya Fp α Fs F coriolis

23 Szél irányváltozása a magassággal Ekman spirál

24 Globális áramlási rendszer Általános légkörzés: Az egész Földre kiterjedő légköri áramlási rendszerek együttese.

25 Alapprobléma: Föld forgáságnak hatása a légáramlásokra Globális mérlegfeltételek követelménye

26 Egyenlítői alacsony nyomású öv: felhők és csapadék Trópuson belüli konvergencia zóna (ITCZ) Egyenlítői szélcsend öv (Doldrums) L ITCZ Keleties Passzát szélöv

27 Szubtrópusi magasnyomású öv: forró sivatagi levegő Ló szélességek (The Horse Latitudes) Magas nyomású cellák Leszálló légmozgás térítőnél Nyugatias szelek öve ciklonok anticiklonok H

28 Poláris magas nyomású cella: fagyos sivatag Arktisz és Antarktisz magas nyomás Nagyon száraz, noha általában hó borítja. Csapadék ritka, bár ritkán olvad. Jégtakaróról keleties katabatikus szél fúj

29 Az általános légkörzés celláinak sematikus metszete

30 Globális áramlási rendszer

31 A légköri mozgásrendszerek osztályozása, jellemző karakterisztikái Kvázipermanens mozgásrendszerek A légkörben vagy állandóan jelen vannak (perzisztens rendszerek) vagy keletkezésük, fejlődésük, helyváltoztatásuk, megszűnésük szabályos évszakos menetet mutat. Pl.: ITCZ (trópusi összeáramlási zóna), fő frontálzónák Tranziens mozgásrendszer Egyedi átmeneti mozgásrendszerek, amelyek helyüket, s szerkezetüket előre nem ismert rend szerint változtatják. Energetikailag a tranziens rendszerek dominálnak a légkörben légköri mozgások alapvetően turbulens jellegűek Pl.: Rossby hullámok, ciklonok, viharok, széllökések

32 Tranziens mozgásrendszerek Skála Példák Horizontális méret Jellemző ciklus Ultra Kvázipermanens mozgásrendszer km Év, évszak hónap Makro Rossby hullám, mérsékelt övi ciklon km 1 hét, 100 óra Mezo (B) Mezo (C) Trópusi és szubtrópusi ciklon, frontok, squall-line-ok, lee hullámok km óra 10 óra Konvektív Szupercellák tornádók, cellás konvekció km 0,1-2 km 0,1-1 km 10óra perc perc Mikro Széllökések Porviharok Kisörvények m 1-10 m cm 10 perc 1 perc 1 mp Molekuláris Molekulák szabad úthossza 1 mm

33 Légmozgás a talajmenti térben A talaj menti térben a levegő mozgása irányítja az érezhető (szenzibilis) hőenergia és a különböző anyagok (pl. CO2, víz, pollen, szennyezőanyagok, stb.) terjedésének sebességét is. A szélsebesség alakulása a függőleges mentén: A felszín közelében a súrlódás lehet: felszíni súrlódás: mértékét a következők határozzák meg: - a felszín érdessége, - a felszínnel érintkező gáz sűrűsége, - az áramlás sebessége.

34 A súrlódás következménye kettős: - csökkenti az áramlás sebességét, - az érdességtől függően ún. súrlódási örvények keletkeznek - az áramló levegő belső súrlódása: Ross és Montgomery (1935): Kapcsolat a sebesség és a magasság között: v1 / v2 = ( h1 / h2 ) a h2: a referenciamagasság = 30 láb = 9,2m, a: a felszín jellegétől (érdességétől) függ: síkság, vízfelszín: 0,1-0,17 érdes felület, dombos vidék: 0,18-0,22 kisebb települések felett: 0,25-0,30.

35 A V-nek a magasság mentén történő, a megadott függvény szerinti változása csak meghatározott magasságtól következik be. Közvetlenül a felszín közelében a szélsebesség változását az érdesség szabályozza, de ez a hatás csak kis magasságig érvényesül. Azt a magasságot (cm), ahonnan a sebesség függvény-szerűen növekszik, érdességi magasságnak nevezzük (h0). Értéke a szélsebességtől is függ (ford. arányos). v = ( v / k ) / ln ( h / h0 ) k: Kármán-féle állandó Feltételezés: h0 magasságban a v = 0

36 Átlagos szélprofil 2012 május szeptember között

37 Felszín érdessége

38 Ez a logaritmikus szélprofil egyenlet általában olyan időjárási helyzetekben alkalmazható, amikor a talaj menti légtér semleges egyensúlyi helyzetben van. Általában a nappali napszakban a labilitás, az éjszakai órákban pedig a stabilitás (inverzió) a jellemző. Ez az átlagos szélsebesség meghatározására alkalmas, noha az áramlás sebessége igen nagy pillanatnyi ingadozásoknak van alávetve, ami az áramlás mikrostruktúrájával magyarázható.

39

40

41 A mozgó levegő mikrostruktúrája a talaj menti térben Az áramlás turbulens, a szélsebesség rendkívül gyorsan ingadozik. Turbulens mozgás esetén a levegő molekulacsoportjai a tér minden irányába elmozdulnak. V = Vá ± V A talaj menti súrlódási határrétegben a turbulens vagy konvektív örvények periódusértékei néhány másodperctől néhány percig terjednek. A szél turbulens jellege a különböző anyagok (vízgőz, CO2, stb.) térbeli terjedését segíti. Ha V fokozódik az örvényesség, s ezáltal a mozgásmennyiség és a különféle felszíni eredetű anyagok függőleges átvitele.

42 A kicserélődés több, különböző folyamat együttes következménye, így beszélünk turbulens, konvektív, és sugárzási kicserélődésről.

43 A turbulens kicserélődés a légmozgás örvényes jellegéből következik. A konvektív kicserélődés az a folyamat, amikor a talaj mentén felmelegedett levegő környezeténél könnyebbé válva felemelkedik, s helyébe a magasból hűvösebb levegő jut le (Nyáron és nappal). A sugárzási kicserélődés folyamata a levegő nyugalmi állapotában bontakozik ki. Ekkor az egyes levegőrétegek felfelé több energiát sugároznak, mint amekkora a visszasugárzás (inverzió).

44 A kicserélődés így az egyes mikroklimatikus tulajdonságok között kialakuló különbségek kiegyenlítését biztosítja. A határréteg felett már lamináris áramlás. A határréteg vastagsága függ: -a felszín érdességétől: minél simább, annál vékonyabb a turbulens réteg. - átlagos szélviszonyoktól.

45 Kicsit a turbulenciáról: A turbulens mozgást a fizikai paraméterek fluktuációja jellemzi. Turbulencia: az áramlásban a sebességvektor és a hidrodinamikai vektorok értéke térben és időben véletlenszerűen és rendszertelenül változik. Kiváltó okai: - mechanikai (szélnyírás) és - termikus (besugárzás, felhajtóerő).

46 A mozgást az idővel lassan változó átlagos és gyorsan változó turbulens komponensre kell felbontani. A turbulens áramlásban örvények jelennek meg. Minél nagyobb az örvény horizontális mérete, annál kisebb a vertikális mérete. Molekuláris skálán a tulajdonság átvitel ütközések révén történik Molekuláris diffúzió. Nagyobb skálán a tulajdonság átvitel turbulens diffúzióval Mozgó örvénytestek.

47 Szél a növényállományban Az áramló levegő a növényállományhoz érve a sebesség megváltoztatására kényszerül: a sebességmezők megemelkednek. A sebesség rétegződésbeli módosulása cm növényzetmagasságnál indul meg, újabb aerodinamikai réteg alakul ki.

48 A belső határréteg kifejlődése A levegő sima, száraz kopár felszín felől áramlik növényzettel borított, érdesebb, hűvösebb felszín fölé

49 A szél igen fontos ökológiai tényező, hiánya vagy csökkent mértéke akadályozza a növények fejlődését és produktivitását.

50 A levegő mozgásának mérési elvei és eszközei

51 A szél definíciója A levegő bármilyen irányába elmozdulhat az őt létrehozó erők eredőjeként, azonban hagyományosan szélnek csak a felszínnel párhuzamos, vízszintes összetevőt tekintjük, mivel különösen a talaj közelében a függőleges irányú elmozdulás nagyságrendekkel kisebb. A szél nagysággal és iránnyal rendelkező vektormennyiség, tehát két, vagy háromdimenziójú szélvektor segítségével írhatjuk le egzakt matematikai formában.

52 Szélút: az a távolság, amelyet vízszintesen egy képzeletbeli pont egységnyi idő alatt a légáramlás segítségével megtesz. A választott átlagolási időegységen belül mért legnagyobb szélsebesség a széllökés, amely a felszín közeli légmozgások turbulens jellegéből adódik. A maximális széllökés nagysága jellemzi a turbulens áramlásban jellemző örvények méretét, intenzitását. A szélnyomás nagysága a szélsebesség négyzetével arányos. A szélnyomás hatását magas, nagy légellenállású építmények tervezésénél is számításba kell venni.

53 Mértékegysége Az x, y és z tengelyeket tartalmazó derékszögű koordináta-rendszerben rendre u, v és w szélvektorok, a szél vízszintes és függőleges irányú összetevői a vektorszámítás szabályai szerint adják meg a szél erősségét. A szélsebességnek mértékegysége : m/s, km/h, csomó(knots)/h, mérföld/óra. Érdemes tudni, hogy 1m/s = 3,6 km/h = mérföld/óra = 1,944 knots, tehát közel 2 csomónak felel meg.

54 Szélrózsa

55 Szinoptikus térképen Felhőtípus szinoptikus jele Tengerszintre számított légnyomás mb-ban =999.8mb Léghőmérséklet F Jelen idő szimbóluma - zivatar Látástávolság mérföldben Légmozgás iránya, erőssége Borultság 7/8 Nyomástendencia az elmúlt 3 órában 0.3mb-t csökkent Felhőtípus szinoptikus jele Harmatpont F-ban Léghőmérséklet F Elmúlt időjárás az elmúlt 6 órában

56 Megfigyelt szélsebesség 5 csomóra kerekítve 0-2 csomó 0-2 mérföld Megfigyelt szélsebesség 5 csomóra kerekítve 0 csomó csomó (44-48 mérföld) 40 csomó 20 m/s 3-7 csomó (3-8 mérföld) 5 csomó csomó (50-54 mérföld) 45 csomó 8-12 csomó (9-14 mérföld) 10 csomó 5 m/s csomó (55-60 mérföld) 50 csomó 25 m/s csomó (61-66 mérföld) 55 csomó csomó (15-20 mérföld) 15 csomó Alkalmazott szimbólum csomó (21-25 mérföld) 20 csomó 10 m/s csomó (67-71 mérföld) 60 csomó 30 m/s csomó (26-31 mérföld) 25 csomó csomó (73-77 mérföld) 65 csomó csomó (32-37 mérföld) 30 csomó 15 m/s csomó ( mérföld) 100 csomó 50 m/s 35 csomó csomó ( mérföld) 105 csomó csomó (38-43 mérföld) Alkalmazott szimbólum

57 Beaufort szélerő skála 1805-ben Sir Francis Beaufort brit tengerészeti hivatalnok, hidrográfus szerkesztette. A hajózási célokra készült skála relatív szélviszonyokat jellemzett a rendszeres időjárási megfigyelések mellett, amely a tengerészekre váró kihívásokat tette egyszerű formában szemléletessé. v = B3/2 [m/s], ahol v a szél sebessége m/s-ban, B a Beaufort skála értéke.

58 Hasonló szélerősség skála Saffir-Simpson hurrikánskála Fujita és TORRO skála 6-7 Beaufortnál a kisebb hajók kapnak figyelmeztetést, 8-9 B szélviharjelzés, B viharjelzés történik B között trópusi viharfigyelmeztetés, >11 B felett hurrikán figyelmeztetés.

59 Szélsebesség Beaufort kategória Átlagos szélsebesség Leírás Hullámmagasság Tengeri viszonyok Szárazföldi viszonyok (kt / km/h / mph) kt km/h mph m/s m / 0 / 0 Szélcsend 0 Sima tenger. Szélcsend. A füst függőlegesen felszáll / 4 / 2 Gyenge légmozgás 0.1 Fodrozódik hab nélkül. A szélmozgás látható a füstön / 9 / 6 Könnyű szellő 0.2 Kis hullámok. A tarajok üvegesek, de nem buknak át. A szél érezhető a bőrön, a levelek suhognak / 17 / 11 Szelíd szél 0.6 Nagy hullámok. A hullámtarajok kezdenek átbukni, elszórtan fehér a teteje. Levelek és kisebb gallyak állandóan mozognak / 24 / 15 Mérséklet szél 1 A hullámok alacsonyak, de egyre hosszabbak. A füst és lebegő papír emelkedik. A kisebb ágak mozogni kezdenek / 35 / 22 Élénk szél 2 Mérsékleten (1.2m) hosszú hullámok Néhány taraja habzik és tajtékzik. Kisebb fák b illegnek / 44 / 27 Erős szél 3 Nagy hullámok átbukó tarajjal, amelyek néha tajtékzanak. Nagyobb ágak mozognak Drótok felett fütyül a szél. Nehéz használni az esernyőt / 56 / 35 Nagyon erős szél 4 Viharos tenger. A tajtékzó hab csíkokba rendeződik Az egész fa mozog. Erőfeszítés kell a széllel szemben haladni 5.5 Mérsékleten magas, hosszú tarajú hullámhegyek, a tajtékzó hab egyértelműen csíkokba rendeződik Gallyak törnek le a fáról. Autók irányt változtatnak az úton 7 Magas hullámok (2.75 m) sűrűn tajtékkal. A hullámok teteje átfordulnak. A víz jelentősen szóródik és habzik. Enyhe veszély az épületekre A fák gyökerestől kifordulnak. Jelentékeny veszély az építményekre / 68 / / 81 / 50 Szélvihar Erős szélvihar / 96 / 60 Vihar 9 Nagyon magas hullámok. A tengerfelszín fehér és állandóan hánykolódik. A látótávolság csökken / 111 / 69 Heves vihar 11.5 Szokatlanul magas hullámok Minden építményre veszélyt jelent. 14+ Óriási hullámok. A levegő tele van tajtékzó vízzel és habbal. A tenger teljesen fehér. A látótávolság jelentősen csökken. Súlyos veszély minden építményre 12 >63 >117 >72 >32.7 N/A Orkán, hurrikán

60 Szélmérés elvei Mérhetjük a szél sebességét és irányát külön külön szenzorokkal, esetleg a két paraméter mérését kombináló összetett műszerekkel. A másik lehetőség az, hogy az u, v, és w szélvektorokat közvetlenül mérjük és ezek segítségével számítsuk a szél sebességét és irányát. Direkt és indirekt szélmérés lehetséges

61 Szélzászló Kiegyensúlyozott asszimmetrikus fémlap Szél nyomóereje fordítja irányba

62 Szélzsák- anemoszkóp igen olcsón teszi szemléletessé az áramló levegő tulajdonságait lökésességét repülőtereken, illetve olyan útszakaszok mellett, ahol nagy sebesség mellett közlekedő járművekre veszélyes lehet a hirtelen megjelenő erős oldalszél

63 Wild-féle nyomólapos szélzászló 150x300mm méretű és 200g súlyú fémlap kilendül 7 fokozatú Beaufort skála Szélzászló aszimmetrikus fémlap fordul a szél irányába

64 Szélirányjelző 360 vagy 540 beosztású potenciométerek, mindegyik irányhoz más más elektromos ellenállás tartozik, így ellenállásmérésre vezetjük vissza a széliránymérést. 2 pontosságúak pontos tájolás szükséges

65

66 Anemométerek 1. Közvetlen mérés - Rotációs anemométerek Kanalas Lapátkerekes Propelleres

67 Aerodinamikus szélsebességmérők Pitot-cső az áramló (dinamikus) és nyugalmi (statikus) helyzetű, azonos sűrűségű gáz közötti létrejövő nyomáskülönbséget használjuk az áramlás sebességének a meghatározására. ahol r a gáz sűrűsége, Dp a statikus és dinamikus nyomás közötti különbség. v= 2 p ρ

68 Fuess-féle szélíró A Fuess-rendszerű szélíró, vagy anemográf a szélirányba forduló dinamikus és szél hatás alatt nem álló statikus nyomás különbsége kerül áttételeken keresztül írókarra, amely forgódobra rögzített regisztrátumot rajzol.

69 Hődrótos-hőlapos szélsebességmérő A hődrótos anemométer egy szél hatásának kitett és attól védett ismert hőmérsékletre melegített vezeték, vagy lap közötti hőmérsékletkülönbség alapján határozza meg a légáramlás sebességét.

70 Szónikus anemométer A hang terjedési sebessége nyugalomban lévő levegőben a tér minden irányába azonos a talajfelszínhez viszonyítva. Azonban a levegő földfelszínhez viszonyított relatív elmozdulása a Doppler-effektus miatt módosítja ezt paramétert. A műszer kétfunkciójú, adó- és vevőként is működő érzékelőkből áll.

71 Szónikus anemométer L Egy érzékelőpár mindkét szenzora azonos időpontban T1 T2 hangimpulzust bocsát ki és nagy pontossággal azt mérjük, hogy mennyi idő alatt érkezik meg az V ismert távolságra lévő másik érzékelőhöz. VEZÉRLŐ EGYSÉG Az érzékelőpár között mindkét irányban mért átviteli idő között eltérés lesz egyre nagyobb, minél erősebb a szél. Tehát a tér egyik irányába mozduló levegő áramlási sebességének (V) meghatározásához elegendő ismernünk a két szenzor közötti távolságot (L) és a L 1 1 hangimpulzusok átviteli idejét V= (T1 és T2), amely alatt ezt a 2 T1 T2 Távolságot megteszik.

72 Szónikus anemométer A hang terjedési sebessége hőmérsékletfüggő paraméter, ezért az ismert L távolság és a T1, T2 időtartam segítségével a levegő hőmérsékletét is mérni tudjuk. Mozgó alkatrész nélkül nagyon nagy pontossággal és rendkívül rövid reakcióidővel kisléptékű légmozgások, tömegáramok mérésére is alkalmas Egy szónikus anemométer mérési pontossága szélsebesség esetén 0,01 m/s, a hőmérséklet esetén 0,01 C, a szélirány esetén 360 skálán 0,1.

73 SODAR (SOund Detection And Ranging) A SODAR által kiadott hallható rövid hangimpulzusok a légkör magasságban áramló levegőrétegeiről eltérő időtartam alatt verődnek vissza. Az 1875Hz frekvenciájú, 340 m/s terjedési sebességű hanghullámok

74

75 SODAR (SOund Detection And Ranging) A visszaverődő hangok földfelszínre való visszaérkezésének időtartama és a Doppler effektus segítségével mérjük a talajfelszín fölött 30 métertől közel 300 méterig terjedő magasságban a szélvektorokat. A légrétegek áramlási sebességét és irányát az ismert szél összetevőkből számítjuk

76 Wind vectors (wsp, wdir) for different heights

77 Radio Acoustic Sounding System (RASS)

78 Radio Acoustic Sounding System (RASS)

79 Windprofiler A szélradar antennájával mikrohullámú (1-10cm hullámhossz) elektromágneses sugárzást bocsát ki szabályos ciklusokban, amely a légkör különböző sebességgel mozgó rétegeiről visszaverődik. A visszaverődés időtartama és a hullámhossz frekvenciájának megváltozása segítségével kiszámítható, hogy hol, mekkora sebességgel és milyen irányba mozog a levegő.

80 Windprofiler A radar frekvenciamérésének pontosságától függ, hogy mennyire pontos a szélvektorok meghatározása. Az alábbi képlet felhasználásával határozhatjuk meg a kibocsátott elektromágneses sugárzás irányában a v sebességet: f = c+v f0 c v

81 Windprofiler A radarnál alkalmazott elektromágneses sugárzás légköri terjedési sebessége ( m/s) a fény terjedési sebességével egyezik meg, amely a SODAR (340m/s) hanghullámaihoz képest jó néhány nagyságrenddel gyorsabb.

82 Windprofiler m m m 8000 m 5500 m 3000 m 1500 m 300 m 50 m 50MHz 500MHz 1000MHz

83 LIDAR - LIght Detection And Ranging Lézer radar, optikai radar. A LIDAR hasonló elven működik, mint általában egy RADAR, azonban szer kisebb hullámhosszon, a látható fény tartományba tartozó elektromágneses sugárzást, azaz lézerfénynyalábot bocsát ki.

84 LIDAR LIght Detection And Ranging A LIDAR segítségével távolságot, sebességet, sőt a levegő kémiai összetételét, és gázok koncentrációját is meg lehet mérni a földfelszínről távérzékeléses technikával. A LIDAR érzékeny a légköri aeroszolokra, felhőelemekre, egyes molekulákra. Légkörkutatás fontos eszköze

85 Földfelszíni és távérzékeléses technikák a légkör tulajdonságainak megfigyelésére Műhold 10 hpa m 100 hpa m 500 hpa m Földfelszíni műszerek LIDAR Rádiószonda SODAR Windprofilerek Repülőgépek

86 Követelmények szélméréssel kapcsolatban 10m magasságban mérjünk, környező turbulenciát okozó akadályoktól távol (z0:0,03m) 0,5m/s vagy csomó pontosság szinoptikus gyakorlatban 5 m/s alatt, <10% 5m/s felet 10 perces átlagolás - vektorszámítás Szélirány 5-10 pontossággal Kitettség vizsgálata - exposure correction Szélsebesség és irány szórása és a 3s maximális széllökés értéke szükséges hozzá.

87 Éves átlagos szélsebesség [m/s] 10m ( )

88 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!