A meteorológiai modellek talajadatbázisainak összehasonlító elemzése

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A meteorológiai modellek talajadatbázisainak összehasonlító elemzése"

László Pintér
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 A meteorológiai modellek talajadatbázisainak összehasonlító elemzése Pirkhoffer E. Czigány Sz. Gyenizse P. Nagyváradi L. 1. Bevezetés, célkitűzés A meteorológiai-éghajlati modellezés, az éghajlatváltozás problémakörének lezáratlansága folytán, a tudományos közélet mindennapjainak része. Egy meteorológia modell több paraméter alapján dolgozik és készíti el a különböző előrejelzéseket. Munkánk során az MM5 (NCAR-PSU Mesoscale Model) talajtani paramétereit vizsgáltuk. Legfontosabb szempontnak azt tekintetük, hogy megvizsgáljuk: a modellben megtalálható alapadatok cseréje illetve, pontosítása lényegi eltérésként jelentkezik a modellszámítások során, vagy elégséges a program alapadatbázisait felhasználni a modellezési eljárásban. A magyar adatbázisok közül, a talajtani peremfeltétel összehasonlítására az Agrotopográfiai adatbázist használtuk fel. 2. Az adatbázisok összehasonlítása A fizikai talajféleséget több elemző is felhasználta a meteorológiai modellezésben. Esetünkben az MM5 modellben kellett új adatbázis konvertálni. A konverzió előtt egy adatbázis összehasonlítást hajtottunk végre, a beépített alapadatok valamint, a Magyarországra specifikusan felmért talajtani adatbázis, az Agrotopo között. Az összevetés legfontosabb oka, hogy a peremfeltételek parametrizációja alapvetően meghatározza a modell későbbi lefutásának lehetőségeit. Hiszen ezek az adatok csak egyszer kerülnek betöltésre, ennek következtében nem változnak a modellezés során. 1. ábra. Az MM5 folyamat modellje forrás: MM5 USER GUIDE 1

Egy meteorológia modell több paraméter alapján dolgozik és készíti el a különböző előrejelzéseket. Munkánk során az MM5 (NCAR-PSU Mesoscale Model) talajtani paramétereit vizsgáltuk.

2 Az MM5 TERRAIN modulban használt peremfeltételek a következők (1. ábra): magassági modell, amely a felszíni domborzati viszonyokat tartalmazza, a földhasználati/vegetációs alapréteg, a felszíni vízborítási viszonyok, a talajtípus, valamint a mélységi talajhőmérsékletek. Az adatok hat felbontásban érhetőek el, 1 fokos (111 km), 30 (55 km), 10 (18,5 km), 5 (9.25 km) valamint 2 (3,7 km) perces, valamint 30 (0,927 km) fokmásodperces lehatárolással. Ettől eltérő a felszínalatti talajhőmérséklet adat, amely csak 111 kilométeres felbontásban elérhető. Külön ki kell emelni, hogy a modellekben alkalmazott talajfizikai jellemzők a talajok hő- és vízgazdálkodási tulajdonságai miatt meghatározóak a peremfeltételek megadásánál (Ács 2002). Az eredeti MM5 adatbázis tartalma, talajtani megközelítésből különböző pontosságú. Az Észak-Amerikai területek jól felmértek és definiáltak, míg pl. a Magyarországra eső adatok pontatlanok, néhol használhatatlanok (2. ábra). Ebből következően az adatbázisok cseréje nagyságrendekkel pontosíthatja a modell előrejelzéseinek hatékonyságát. agyagos- kőzetliszt 2. ábra. Az MM5 modellben tárolt fizikai talajtípus térkép Magyarország területére (forrás: MM5 USER MANUAL) Ha ránézünk az MM5 talajtérképre (2. ábra), akkor már elsőre érzékelhető, hogy a foltok elnagyoltan ábrázolják a fizikai talajféleségek magyarországi elterjedését. Bár az elviekben megfogalmazott cél, a majd 1 kilométeres felbontás megvalósítható, de az adatbázis mögöttes tartalma nem tudja ezt tartani. Ami a modell által generált ábráról már nehezen azonosítható, az a tematikus tartalmi helyesség. 2

talajhőmérsékletek. Az adatok hat felbontásban érhetőek el, 1 fokos (111 km), 30 (55 km), 10 (18,5 km), 5 (9.25 km) valamint 2 (3,7 km) perces, valamint 30 (0,927 km) fokmásodperces lehatárolással.

3 3. ábra Az MM5-ben tárolt felszínhasználati térkép Magyarország területére (forrás: MM5 USER MANUAL) A felbontásból adódó pontosság természetesen csak azt jelenti, hogy minden 1 kilométeres rácshoz van hozzárendelt érték. A lefedettségi pontosság ennél sokkal rosszabb, ami alatt a vizsgált terület felett elhelyezkedő, az objektumok számával jellemzett arányszámot értjük. Az MM5 98 önálló egységgel biztosítja a teljes lefedettséget, melyek közül több polygon mérete is elhanyagolhatónak számítható, mert csak a Duna vonalának bizonyos pontjain jelez vízborítottságot. Ezek nem klasszikus értelemben vett sliver vagy forgácspoligonok (Márkus 2004), hanem az eredeti adatbázisból, a felbontás változás a során (filterezés) eltűnt értékek maradványai. A lefedettség az Agrotopgráfiai adatbázis esetén 3311 egységet jelent. Ami azt mutatja, hogy a valóságban az MM5 adatainak pontossága és előrejelzési biztonsága 949 km 2 tehát 30 x 30 kilométeres egységekben, felbontásban lenne elfogadható, míg ez az érték a magyar adatbázis esetén 28 km 2, ami 5 x 5 kilométeres felbontást biztosít. Tehát az 1 km bármilyen átalakítás során csak az eredeti adatokból már le nem vezethető pontosításokhoz vezet. Mindkét adatbázis sajátos interpolálási technikával oldotta meg, a nem mért helyeken az adatok beillesztését. Az Agrotopo adatbázisa a domborzati jellemzőkkel (4. ábra), a szintvonalak lefutásának figyelembevételével segítette a homogén agroökológiai egységek kialakítását, valamint több szubjektív elemet is tartalmazott, amelyet röviden csak a szakemberek helyismerete fogalommal foglalhatunk össze. 3

Az MM5 98 önálló egységgel biztosítja a teljes lefedettséget, melyek közül több polygon mérete is elhanyagolhatónak számítható, mert csak a Duna vonalának bizonyos pontjain jelez vízborítottságot.

4 4. ábra. Az Agrotopo poligonjainak határai jól követik a domborzat változékonyságát a dombés hegyvidéki területeken (szerk.:pirkhoffer E.) Ehhez hasonlóan az MM5 adatai, a nagytájak határainak figyelembevételével, valamint ugyancsak a domborzat felhasználásával interpoláltak, amely eljárások nem tekinthetők elfogathatónak a talajok 1 kilométer felbontású ábrázolásánál. Ezt mi sem bizonyítja jobban, mint a hasonló magassági adatokkal jellemezhető, valamint az Alföld nagytájba sorolható Mezőföld, és Duna-Tisza közötti síkvidék azonos talajtípussal történő ábrázolása. 5. ábra A kisebb relieffű alföldi területeken is a domborzat segíti a talajtípusok térbeli interpolációját (szerk.: PIRKHOFFER E.) 4

elfogathatónak a talajok 1 kilométer felbontású ábrázolásánál.

5 km Agrotopo MM homok os homok homokos homokos agyagos agyagos agyag tőzeg víz durva vázrészek fizikai talajtípus 6. ábra Az Agrotopo és az MM5 fizikai talajtípus modellek összehasonlítása (szerk.: PIRKHOFFER E.) A tartalmi pontosság meghatározására összehasonlítottuk az adatbázisokban tárolt talajtípusokhoz tartozó területi lefedettségeket. Természetesen az 1: méretarányú Agrotopot tekintettük az alapnak, mivel ennek a felvételezése nagy pontossággal történt, míg az eredeti MM5 adatbázis, a még nagy hibahányaddal dolgozó távérzéklet adatokból származik. Látható, hogy az MM5 lényegesen túlértékeli a kisebb szemcsetartományú talajtípusokat, míg pl. az Agrotopohoz mérten alulbecsüli a homokok részarányát a vizsgált területen (6. ábra). 7. ábra. (Magyarázat a szövegben.) (szerk.: PIRKHOFFER E.) 5

) A tartalmi pontosság meghatározására összehasonlítottuk az adatbázisokban tárolt talajtípusokhoz tartozó területi lefedettségeket.

6 A program által generált Lambert kúpvetületű pontokból létrehoztunk egy ArcView raszter állományt, majd ebből egy fizikai talajtérképet generáltunk. Az elkészített ábrára rávetítettük az általunk használt Agrotopo réteget, hogy összehasonlítsuk a területi lefedettséget az amerikai modellben. Azonosítási pontokat nehéz értelmezni az MM5 talaj alaptérképén, de a Duna, a Balaton valamint a Velencei-tó elhelyezkedése, az 1 km-es felbontásban jó közelítést adhat (7. ábra). Az átfedést azért hoztuk létre, hogy megállapítsuk, hogy mekkora a tartalmi, tematikus eltérés a két adatbázis között. Az összehasonlítást közel 1 km-es felbontásban végeztük el. A magyar talajréteget újraosztályoztuk a USGS talajrendszer alapján és így készítettük el az új Agrotopo eredmény réteget. A dissolve paranccsal egyesítettük az egymáshoz csatlakozó azonos tulajdonsággal jellemzett objektumokat és így homogén fizikai talajtípus egységeket hoztunk létre, mind a magyar, mind az amerikai adatbázisban. Mivel mindkét réteget azonos koordináta rendszerben jelenítettük meg, így végrahajtottunk egy kivonás overlay műveletet a két térkép között. Értelemszerűen, mivel a két adatbázis azonos kódtáblázattal osztályozott, a rétegek kivonása után, azokon a helyeken, ahol azonos a talaj textúrája 0-s értékeket kellett kapjak. 8. ábra. Az MM5 modell 100%-os tartalmi pontosságú térrészei (szerk.: Pirkhoffer E.) Elemeztük az eredeti Agrotopo valamint a kalkulált réteg területi átfedéseit. Ezek alapján megállapítható, hogy az MM5-ben tárolt talajadatok Magyarország 29 %-án alkalmazhatóak 100 %-os biztonsággal. Az átfedések nagyobb része az Alföld területére esik, míg a mozaikos lefedettségű Dunántúlon ez az érték sokkal rosszabb (8. ábra). Nagy biztonságú az átfedés a vizes területek, a tavak esetében. Ami azt is mutatja, hogy a két réteg fedése pontosan sikerült. A következő, 9. ábrán azok a területek láthatóak, amelyeken a két réteg között eltérés 1. Ami azt jelenti, hogy a fő talajalkotó szemcseméretben megegyezek, csak a másodlagos szemcseátmérőben van eltérés. Ezek a teljes lefedettség 6,3 %-át adják. A többi területen a nem alkalmazható nagy biztonsággal az MM5 talajtani fedvénye, mert nem biztosít megfelelő tartalmi azonosságot az Agrotopográfiai adatbázissal. 6

Azonosítási pontokat nehéz értelmezni az MM5 talaj alaptérképén, de a Duna, a Balaton valamint a Velencei-tó elhelyezkedése, az 1 km-es felbontásban jó közelítést adhat (7. ábra).

7 9. ábra. Az MM5 talajmodell és az Agrotopo minimális eltérésű térrészei (szerk.: Pirkhoffer E.) 3. Összegzés Az éghajlati-meteorológia modellezés sajátossága, hogy több paramétert is figyelembe vesz az előrejelzések kialakításakor. A legtöbb program rendelkezik ún. előre beépített alapadatokkal, amelyek egy bizonyos felbontásig biztosítanak pontos modellezhetőséget. Vizsgálatainkkal azt kívántuk bizonyítani, hogy ezek a beépített alapadatbázisok információtartalma milyen eltéréseket mutat, egy jól felmért témaspecifikus adatbázissal szemben. Bizonyítható, hogy az adatbázisok cseréje indokolt, mert bár a talajtani információk csak másodlagosnak tűnhetnek egy meteorológiai modellben, de a talajok szemcseméretükkel, ebből következően víz és hőtározási tulajdonságaikkal módosíthatják a felettük elhelyezkedő levegő tulajdonságait, így megváltoztathatják az előrejelzések végeredményét is. 4. Irodalomjegyzék ÁCS F On the relationship between transpiration and soil texture. Időjárás pp. CSATÓ SZ. MATTÁNYI ZS A földrajzi információs rendszer (GIS) alkalmazása az egyedi tájértékek kataszterében. Földrajzi Közlemények, 123. pp MÁRKUS B Bevezetés a térinformatikába. UNIGIS oktatási segédanyag. Székesfehérvár. 80 p. NÉMETH Á Az aszályérzékenység meghatározása térinformatika alkalmazásával. Acta Agraria Kaposváriensis, 8. Kaposvár, pp. NYIZSALOVSZKI R. SZABÓ SZ A talajvízszint mozgásának idő- és térbeli változásai egy hegylábi mintaterületen. Földrajzi Értesítő, 52. pp

előre beépített alapadatokkal, amelyek egy bizonyos felbontásig biztosítanak pontos modellezhetőséget.

Hasonló dokumentumok

A meteorológiai modellek talajtani megalapozása térinformatikai módszerek segítségével

A meteorológiai modellek talajtani megalapozása térinformatikai módszerek segítségével Tanszéki konzulens: Dr. Jancsó Tamás Külső konzulens: Dr. Geresdi István 2006 Időszerűség A talaj és a légkör közötti