NKFP6-BKOMSZ05. Célzott mérőhálózat létrehozása a globális klímaváltozás magyarországi hatásainak nagypontosságú nyomon követésére. II.

Átírás

1 NKFP6-BKOMSZ05 Célzott mérőhálózat létrehozása a globáls klímaváltozás magyarország hatásanak nagypontosságú nyomon követésére II. Munkaszakasz Konzorcumvezető: Országos Meteorológa Szolgálat Konzorcum tagok: Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológa Tanszék Témavezető: Nagy Zoltán

2 NKFP /2005 Szakma anyag Tartalomjegyzék 2.a részfeladat b részfeladat részfeladat. 9 Hvatkozások, előadások, publkácók 40 2

3 NKFP /2005 Szakma anyag A pályázat célja: az Országos Meteorológa Szolgálat felszín automata meteorológa mérőhálózatába ntegrálva, egy olyan háttérklíma hálózat létrehozása, ahol a mérés körülmények (terület reprezentatvtás, természetes és mesterséges tereptárgyak zavaró hatásatól mentes mérés körülmények, melyek hosszú távra s tervezhetők, lletve smertek), az alkalmazott mérés módszerek és eszközök, valamnt a mérésekhez kapcsolódó adatellenőrzés és karbantartás eljárások, a mérés eredmények olyan, korábban nem elérhető megbízhatóságát, pontosságát, lletve dőbel stabltását bztosítják, melyek szlárd alapot nyújtanak a globáls klímaváltozás magyarország hatásanak lehető legpontosabb felméréséhez. A 2007-es év a hároméves projekt másodk éve, melyben a fő célktűzés a kemelt, lletve egy standard mérés programmal működő háttérklíma állomás telepítése, valamnt a kékestető napsugárzás mérő állomás mérés programjának bővítése. A 2007-es évben ktűzött konkrét feladatokat az 1. táblázat összegz. Sor Feladat megnevezése szám 1. 2.a. A kékestető napsugárzás mérő állomáshoz kapcsolódó beruházás bonyolítása, a telepítés végrehajtása 2. 2.b A standard és bővített programú háttérklíma állomásokhoz kapcsolódó beruházás bonyolítása, 1-1 mérőállomás telepítése A háttérklíma állomások mérés eredményenek központ adatbázsba llesztéséhez szükséges feltételek megteremtése 1. táblázat Közreműködő konzorcum tagok OMSZ OMSZ-ELTE ELTE A 2007-es éves feladatokról általában elmondható, hogy megvalósításuk komoly szakma khívást jelentett, mvel a mért meteorológa paraméterek, az alkalmazott adatgyűjtés technka, valamnt a mérés eredmények értelmezése esetenként teljesen újdonság erejű volt az OMSZ mérés gyakorlatában. Egyértelműen kjelenthetjük, hogy a ktűzött feladatok teljesítéséhez szükséges új smeretek elsajátítása az OMSZ meteorológa méréstechnka gyakorlatára s ösztönzőleg hatott. 1. A kékestető napsugárzás mérő állomáshoz kapcsolódó beruházás bonyolítása, a telepítés végrehajtása (2.a feladat) A kékestető napsugárzás mérő állomás mérés programjának bővítése alapvetően a légkör átbocsátó képességének nyomon követését szolgálja. Kékestető esetében ez a légkör 1000 méter felett, vagys a közvetlen felszín szennyező forrásoktól többé-kevésbé zavartalan légrétegek optka átbocsátó képességében történő változások montorozását jelent. Másrészről a kékestető napsugárzás mérő állomáson mért napsugárzás paramétereket a budapest mérőállomás mérés programja s tartalmazza, így a két mérőhely mérés eredményenek összevetése hasznos nformácót nyújthat az alsóbb légrétegek optka átbocsátó képességében bekövetkező változásokról. Köztudott, hogy a légkört alkotó összetevők mennységében történő változások módosítják a Föld légkörének napsugárzás-átbocsátó képességét, melyen keresztül befolyásolhatják Földünk klímáját. Talán nem szorul különösebb magyarázatra, hogy egy a klíma hosszabb távú nyomon követésére szolgáló mérőhálózat esetében, a légkör optka átbocsátó képességének nyomon követésével teljesebb képet kaphatunk Magyarország klímájának alakulásáról. Összhangban a projekt 2006-os jelentésével, a kékestető napsugárzás mérő állomás mérés programjának bővítésekor az alább szenzorok és berendezések kerültek beszerzésre: 1 db CH1 típusú, Kpp&Zonen gyártmányú prhelométer; 1 db CM11 típusú, Kpp&Zonen gyártmányú pranométer; 3

4 NKFP /2005 Szakma anyag 1 db CG4 típusú, Kpp&Zonen gyártmányú prgeométer; 1 db SPO2-L típusú, Mddleton Solar gyártmányú 4 csatornás napfotométer; 1 db 2AP típusú, Kpp&Zonen gyártmányú napkövető; 1 db CR3000 típusú, Campbell Scentfc gyártmányú adatgyűjtő. A kékestető mérőállomás mérés programjával párhuzamosan, a kékestető és budapest mérés adatsorok összevethetősége érdekében, a budapest mérőállomás korább PIR típusú, Eppley gyártmányú prgeométerét ugyancsak CG4 típusúra cseréltük, lletve a budapest mérőállomáson s tervbe vettük egy SPO2-L típusú napfotométer beüzemelését. A projekt 2007-es költségvetéséhez szorosan nem kapcsolódk, de a mérés körülmények szempontjából mndenképpen k kell emelnünk azokat az Országos Meteorológa Szolgálat által végrehajtott felújítás munkákat, melyek eredményeképpen a kékestető mérőállomás épületének tetején egy mnden gényt kelégítő mérő platform került képítésre év végére a fent említett berendezések mndegyke beszerzésre került, melyek után megkezdődhetett a berendezések beüzemeléséhez, működtetéséhez szükséges smeretanyag elsajátítása. Tekntettel a tél dőszak dőjárás körülményere a mérőrendszer külső körülmények között teszt üzemét csak 2008 év tavaszán tudtuk megkezden. Sajnos a teszt üzem megkezdésekor szembesüln kellett azzal a ténnyel, hogy az ausztrál Mddleston Solar által leszállított SPO2-L típusú napfotométer mndkét példánya hbás gyár beállítással érkezett, am megakadályozta a mérőeszközök és ezen keresztül a teljes kékestető napsugárzás mérőállomás operatív üzembe helyezését. A napfotométerek beállításánál jelentkező hbák kküszöbölése még a jelentés elkészítésének dőpontjában sem zárult le, így a kékestető napsugárzás mérőállomás beüzemelését, lletve a budapest napsugárzás mérőállomás mérés programjának bővítését gazoló mérés adatsorok bemutatására csak a 2008-as szakma jelentésben kerülhet sor. 2. A standard és bővített programú háttérklíma állomásokhoz kapcsolódó beruházás bonyolítása, 1-1 mérőállomás telepítése (2.b feladat) Utalva a pályázat 2006-os szakma jelentésére egyértelmű, hogy a mérőállomások helyszínének kjelölésekor az ország nyugat és kelet része kemelten kezelendő, mvel az elmúlt év hőmérséklet és csapadék vszonyaban az ország ezen területen tapasztalhatóak legnkább egyértelmű változások. Ez az ország nyugat területen az év átlaghőmérséklet emelkedését és az éves csapadékösszeg csökkenését jelent, míg az ország kelet területen az éves átlaghőmérséklet emelkedése mellett a csapadék mennységében nem tapasztalható kmutatható csökkenés. Összhangban a fent megállapításokkal a 2007-es célktűzésben szereplő, bővített mérés programmal működő mérőállomás telepítésére a Debrecen Egyetem Agrártudomány Centrumának Ksmacs Agrometeorológa Obszervatórumának területén került sor. A mérőhely kválasztásánál a korábban említett szempontokon túl az Obszervatórum szakma múltja, a meglévő és a közelmúltban teljes körűen felújított nfrastruktúra és a mérések folyamatos felügyeletének lehetősége játszott döntő szerepet. Egyértelműen megállapítható, hogy a bővített mérés programmal működő debrecen mérőállomás telepítése szakmalag a legnagyobb khívást jelentette a tervezett háttérklíma hálózat létrehozása során. A mérőállomás telepítése során alkalmazott mérőeszközök egy jelenetős része teljesen újszerű az OMSZ mérés gyakorlatában, így a beüzemeléshez és a működtetéshez szükséges smeretanyag elsajátítása komoly feladatot jelentett. Másrészről, tekntettel arra a tényre, hogy a debrecen az első mérőállomás a tervezett mérőhálózaton belül, a mérések zavartalan és megbízható működéséhez szükséges egyéb nfrastrukturáls háttér kdolgozása ugyancsak tt történt meg (kábelezés, tartóállványok, mérőtorony, műszerdobozok, stb.). Az így megszerzett tudásanyag a mérőhálózat tovább mérőhelyenek telepítése során már komoly előnyt fog jelenten. 4

5 NKFP /2005 Szakma anyag A bővített mérés programmal működő debrecen mérőállomás mérés programja alapvetően két fő részre osztható: egyrészt, energaegyenleg mérések, másrészt, gradens mérések 10 méteres mérőtorony alkalmazásával. Az energa egyenleg komponensenek meghatározása az alább mérések segítségével történk: Szenzbls hőáram mérések szónkus anemométerrel, 10 Hz mntavételezés dővel, Eddykovaranca módszer alkalmazásával; Latens hőáram mérések szónkus anemométer, légnedvesség és CO2 koncentrácó mérő alkalmazásával, 10 Hz mntavételezés dővel, Eddy-kovaranca módszer alkalmazásával; Sugárzás egyenleg mérések, a sugárzás egyenleg négy komponensének (globál sugárzás, reflex sugárzás, légkör hosszúhullámú vsszasugárzás, felszín hosszúhullámú ksugárzás) külön-külön történő mérésével; A talaj felszín rétegeben történő hőáramok meghatározása, talaj hőáram, talajnedvesség, talajhőmérséklet mérések segítségével. A mérések során alkalmazott mérőeszközök típusa a következők: CSAT3 szónkus anemométer LICOR LI7500 H2O, CO2 koncentrácó mérő Vasala HMP45D léghőmérséklet, légnedvesség érzékelő Kpp&Zonen CMP11 és CMP6 pranométer Kpp&Zonen CGP4 és CGP3 prgeométer Hukseflux HF01-SC talajhőáram mérő Campbell Scentfc CS616 talajnedvesség mérő Campbell Scentfc TVAC talajhőmérő Campbell Scentfc CR1000 adatgyűjtő 1. kép: CSAT3 típusú szónkus anemométer valamnt LI7500 típusú H2O, CO2 koncentrácó mérő berendezés 4 méteres mérőtornyon a szenzbls és látens hőáramok Eddy kovaranca módszerrel történő meghatározásához 5

6 NKFP /2005 Szakma anyag 2. kép: Talajhőmérséklet, talaj hőáram és talajnedvesség mérők a felszín energa egyenleg talaj komponensének meghatározásához. 3. kép: A sugárzás egyenleg komponensenek meghatározására szolgáló mérőhely A debrecen mérőállomás mérés programjának másk fő egysége a 10 méteres mérőtorony, amelyen 1, 2, 4 és 10 méter magasságban történnek mérések a léghőmérséklet, légnedvesség és szélsebesség gradensenek meghatározására. A léghőmérséklet gradens mérések segítségével egyrészt, lehetőség nyílk a közvetlen felszín hatásoktól mentes hőmérséklet adatsorok előállítására, másrészt, a tovább paraméterekre vonatkozó gradens adatsorok fgyelembe vételével számolható az energamérleg latens és szenzbls hőáram komponense. A korábban említett Eddy kovaranca módszerrel, lletve a gradens módszerrel meghatározott áramok egyrészt, bzonyos meteorológa körülmények között egymást jól kegészíthetk, másrészt, a két módszer által szolgáltatott eredmények összehasonlításával operatív módon vzsgálhatjuk az egyszerűbb és olcsóbb gradens módszerrel meghatározott szenzbls és latens hőáram meghatározás használhatóságát (lyen mérések korábban az OMSZ és az ELTE együttműködésén belül már folytak, de azok a mérések jellemzően kísérlet jellegűek voltak és rövd dőtartamra vonatkoztak). A mérőtorony mérés programja kegészül egy súlyméréses elven működő csapadékmérővel, amely alkalmazása ugyancsak újszerű a meteorológa mérés gyakorlatban. A projekt tervezett mérés programjában szerepel, hogy a bővített és a standard mérés programmal működő mérőállomások csapadék mérése tovább 3-4, a mérőállomások meghatározott körzetébe telepített csapadékmérő helyek mérésevel egészülnek k annak érdekében, hogy az egyk legfontosabb klímaparaméter a csapadék esetén a mérések ne pontszerű mérésekből, hanem valamféle terület átlag alapján kerüljenek meghatározásra. A ksmacs mérőállomást körülvevő csapadékmérő 6

7 NKFP /2005 Szakma anyag állomásokból konkrétan egyelőre csak a későbbekben bemutatott látókép mérőállomás valósult meg, míg a többnél a mérőeszközök beszerzésén, valamnt a működtetés tapasztalatok megszerzésén túl a jelentés készítésének dőpontjában a helyszínek kválasztása folyk. A 10 méteres mérőtornyon alkalmazott mérőeszközök típusa a következők: Vasala WAA151 szélsebesség mérő; Vasala WAV151 szélrány mérő; EWS 1/10 DIN mérés képességű Pt100 hőmérő; EWS légnedvesség érzékelő; EWS PG200 súlyméréses csapadékmérő; Campbell Scentfc CR1000 adatgyűjtő; Campbell Scentfc AM16/32A multplexer. 4. kép: 10 méteres mérőtorony a léghőmérséklet, légnedvesség és a szélsebesség gradensenek meghatározására (az előtérben egy PG200 típusú súlyméréses elven működő csapadékmérő) A bővített mérés programmal működő ksmacs mérőállomás mellett Debrecen-Látóképen egy standard mérés programmal működő mérőállomás telepítésére s sort került, melyet alapvetően az alább ndokok magyaráznak: A Debrecen Egyetem Agrometeorológa Obszervatóruma egyértelmű gényként jelezte egy standard mérés programmal működő mérőállomás telepítését a látókép mérőhelyen; A látókép mérőhelyen egy képített, 4 méter mély mérőkút áll rendelkezésre a talajnedvesség, talajhőmérséklet nagyobb mélységekg történő meghatározására, amely mérések a jövőben kemelt fgyelmet kaphatnak; A ksmacs mérőhely Debrecentől észak-északnyugat, míg látókép nyugat rányban helyezkedk el. A két mérőállomás között különbség kb km. Ugyanakkor a város dél részén, a repülőtéren található az Országos Meteorológa Szolgálat mérőállomása, így a három mérőhely mérés eredményenek összehasonlításával pontosabb képet alkothatunk egy nagyváros alapvető meteorológa paraméterekre gyakorolt hatásáról. 7

8 NKFP /2005 Szakma anyag A látókép mérőállomás mérés programja jelenleg az alábbak szernt alakul: Léghőmérséklet, légnedvesség és szélsebesség 2 és 10 méteres magasságban; Szélrány 10 méteres magasságban; Globál sugárzás mérés 2 méteres magasságban; Talajnedvesség mérés 80,-160,-240,-320 és 400 cm mélységekben; Talajhőmérséklet mérés 80, -160 és 320 cm mélységekben; Csapadék mennységének mérése. A látókép mérőállomáson található mérőtorony mérés programját a jövőben tovább mérőszntek bektatásával szeretnénk bővíten. A látókép mérőállomáson alkalmazott mérőeszközök típusa a következők: Vasala WAA151 szélsebesség mérő; Vasala WAV151 szélrány mérő; EWS 1/10 DIN mérés képességű Pt100 hőmérő; EWS légnedvesség érzékelő; EWS PG200 súlyméréses csapadékmérő; Campbell Scentfc CR1000 adatgyűjtő; Campbell Scentfc AM16/32A multplexer. 5. kép: A látókép standard mérés programmal működő mérőállomás mérőtornya a léghőmérséklet, légnedvesség és a szélsebesség gradensenek meghatározására 8

9 NKFP /2005 Szakma anyag 3. A mérés eredmények értékelése A projekt 2007-es tevékenysége alapvetően a célktűzésben szereplő mérőállomások telepítésére és a mérések bendítására vonatkozott, így a célktűzések teljesülésének gazolását a mérőállomások mérés adatsoranak bemutatása szolgáltathatja. A kemelt mérés programmal rendelkező mérőállomáson a mérések operatív módon márcus végétől, míg a standard mérés programmal működő mérőállomáson márcus elejétől ndultak. A mérőállomások műszerezettsége a gradens mérések esetében az OMSZ állomáshálózatában alkalmazott szenzorokra épül, a mérés pontosság, a műszerek kalbrálása és ellenőrzése lleszkedk az OMSZ mnőségbztosítás rendszeréhez. Ebben az esetben a mérőszenzorok khelyezés előtt kalbrálása megtörtént, lletve a léghőmérséklet és légnedvesség esetében lehetőség van a mérőrendszer helyszínen történő teljes kalbrálására. E műszer együttest egészít k a nagypontosságú sugárzás, talaj és drekt árammérés. A nyers mérés adatsorok feldolgozását, azok megbízhatóságának és használhatóságának vzsgálatát az ELTE Meteorológa Tanszéke végezte el. E feladatok elvégzése során támaszkodtunk az ELTE Meteorológa Tanszék haza és nemzetköz együttműködésben folyó mérés programjara: () Az EU6 NtroEurope program résztvevőként ( a bugac mérőhely fejlesztés tapasztalatara (Nagy et al., 2007) és a program keretében megvalósuló magyar-lengyel mkrometeorológa mérés expedícóra, (Poznan 2008 júnus, az Európa Tudományos Alap ESF támogatásával); () A Kelemenszéken (Kskunság Nemzet Park) telepített automata, bővített programú mérőállomás adatara; () A HungaroMars program keretében Utah-ban folyt mkrometeorológa mérésekre ( (v) az Erasmus pályázat keretében a Bayreuth Egyetem Mkrometeorológa Tanszékén tett tanulmányútra, ahol az expedícós mérésekben és a fluxusok feldolgozásában skerült újabb tapasztalatokat szerezn (Foken és Wednger, 2007); valamnt, (v) A GVOP környezetfzka laborfejlesztés pályázatán beszerzett és alkalmazott meteorológa mérőműszerekkel folytatott mérésekre. A kutatás beszámolóhoz tartozó rodalomjegyzék négy részből áll. Tartalmazza a témakörben publkált ckkeket (14) és előadásokat (5), továbbá a jelentés elkészítéséhez felhasznált hvatkozásokat, lletve a legfontosabb Internet címeket. A munkában az ELTE Meteorológa Tanszék oktató mellett részt vettek egyetem és PhD hallgatók, valamnt Bordás Árpád a Vsegrád Országok Kutatás Alapja által támogatott ösztöndíjas kutató (2007 júnuság). A K+F tevékenység során fontosnak tartottuk a program megsmertetését egyetem hallgatókkal és a szélesebb szakma közvéleménnyel. E célt szolgálta többek között a 32. Meteorológa Tudományos Napok előadásat tartalmazó kadvány (Wednger és Geresd, 2007), lletve a Meteorológus TDK 2008-as Nyár Iskolája, amely szervezése a Magyar Meteorológa Társaság Pécs Vándorgyűléséhez kapcsolódva már megkezdődött. A kutatás programot bemutató haza előadások mellett Németországban, Szerbában és Oroszországban tartottunk szemnárumot. Eredményenket bemutattuk az EGU 2008-as bécs konferencáján s (Nagy et al., 2008b) A profl mérő torony Az előzetes terveknek megfelelően a 10 m-es mérőtorony 4 szntjén (1 m, 2 m, 4 m, 10 m) folynak szélsebesség, hőmérséklet és relatív nedvesség profl mérések 30 perces átlagolás dővel. 9

10 NKFP /2005 Szakma anyag T [ o C] 1 m 2 m 4 m 10 m 12 Óra [UTC] DT [ o C] T(2 m) - T(1 m) T(4 m) - T(2 m) T(10 m) - T(4 m) T(10 m) - T(1 m) Óra [UTC] T szórás [ o C] 1 m 2 m 4 m 10 m Óra [UTC] DT szórás [ o C] T(2 m) -T(1 m) T(4 m) - T(2 m) T(10 m) - T(4 m) T(10 m) - T(1 m) Óra [UTC] T [oc] 1 m 2 m 4 m 10 m május 16. [Nap] DT [ o C] T(2 m) - T(1 m) T(4 m) - T(2 m) T(10 m) - T(4 m) T(10 m) - T(1 m) május 16. [Nap] 1. ábra. A hőmérséklet (balra), lletve az egyes rétegek hőmérséklet különbség átlagának (jobbra, fent) és szórásának (középen) átlagos nap menete május 1. és 30. között, továbbá a hónap középső napjára (május 16.) vonatkozó esettanulmány (lent). A 2008 tavaszán üzembe helyezett mérőrendszer május között adatsorat elemezzük; az esettanulmányokat a hónap középső napjára (2008. május 16.) készítettük el. A hőmérséklet profl mérések feldolgozását az 1. ábra szemléltet, ahol az adatokat tzed fokos bontásban ábrázoljuk. Jól krajzolódk és elkülönül az egyes szntek hőmérséklet menete. A hőmérsékletmérés pontossága amt az ndfferens egyensúly helyzet zoterm proflja alapján mérhetünk le tzed fokon belül. A nappal konvektív felszínközel rétegben kcsk az egyes szntek között különbségek, míg stabl rétegződés esetén nagyobbak. Ez tükröződk a szórásokban s. Napközben együtt futnak a görbék, míg éjszaka szétválnak. Élesen krajzolódk a légkör stabltás változása napfelkelte után, lletve napnyugta előtt. A hőmérséklet különbségek előjele a különböző alrétegekben azonos. Az adatbázs alkalmas a felszínközel réteg vzsgálatára. 10

11 NKFP /2005 Szakma anyag 2. ábra. A szélsebesség (balra), lletve az egyes rétegek szélsebesség különbség átlagának (jobbra, fent) és szórásának (középen) átlagos nap menete május 1. és 30. között, valamnt a hónap középső napjára (május 16.) vonatkozó esettanulmány (lent). A szélsebesség profl mérések megbízhatóságáról a 2. ábra tájékoztat. A szélműszer ndulás küszöbe 0,3 m/s körül. Megbízható szgorúan monoton proflokat kapunk 0,5 0,8 m/s felett értékeknél. Az egyes alrétegek szélsebesség különbsége alg térnek el egymástól. Ez a közel logartmkus magasság lépcső eredménye. Nappal nagyobb, éjszaka ksebb szélsebességeket kapunk. A szélsebesség szórás értékeben nncs jellegzetes nap menet. Természetesen magasabb átlag értékhez magasabb szórás tartozk. A turbulenca ntenztását jelző relatív szórás alg változk a magassággal, vszont jellegzetes nap menetet mutat (külön nem ábrázoltuk). A proflmérések jóságát mutatja az esettanulmány s: szgorúan monoton szélproflokat találunk még ks sebességeknél s. Éjszaka jobban eltávolodnak egymástól az egyes alrétegek szélsebesség különbsége: logartmkus-lneárs proflok. A szél és hőmérséklet proflok pontosak, vsszatükrözk a homogén síkfelszínek felett kalakuló felszínközel réteg sajátosságat, tehát együttesen s használhatók a légkör stabltás meghatározására (Rchardson-szám), lletve a Monn-Obukhov-féle hasonlóság elmélet alkalmazásával történő áramszámításra (Blackadar, 1997; Bozó et al., 2006). 11

12 NKFP /2005 Szakma anyag 3. ábra. A relatív nedvesség (balra), lletve az egyes rétegek relatív nedvesség különbség átlagának (jobbra, fent) és szórásának (középen) átlagos nap menete május 1. és 30. között, továbbá a hónap középső napjára (május. 16.) vonatkozó esettanulmány (lent). A stabltás vszonyok elemzése előtt foglalkozzunk a légnedvesség proflokkal! Ez a krtkus része a mérőrendszernek, ahogy a drekt áramméréseknél a nedvesség, lletve a CO 2 áram meghatározása. A nedvesség különbségek (legyen az a mért relatív nedvesség, a gőz-nyomás, vagy pl. a specfkus nedvesség) kcsk, így a gradens mérések s hbával terheltek. Ez ndokolja a két technka, a profl és a drekt árammérés együttes alkalmazását. A relatív nedvesség proflok feldolgozását a 3. ábrán, míg a gőznyomás proflok elemzését a 4. ábrán mutatjuk be. Itt s az átlagos proflokat, a szórásokat, lletve az egyes alrétegek nedvesség különbséget elemezzük, s bemutatunk egy esettanulmányt s (2008. május 16.). A relatív nedvesség átlagos nap menete a várakozásoknak megfelelően alakul. Nappal a különböző szntek adata alg különböznek egymástól, míg éjszaka szétválnak. Maxmáls értékek a felszín közelében vannak. A legnagyobb szórásokkal a délután órákban találkozunk. Az egyes alrétegek (2 m 1 m, 4 m 2 m, 10 m 4 m) átlagos nap menete s hasonló. A 2 m 1 m-es alrétegben azonban nem találunk poztív különbségeket. Ez a relatív nedvesség mérésékben megjelenő esetleges 1% körül szsztematkus hbára utal, am a sznoptkus mérések pontosság gényenek megfelel, a gradens mérések feldolgozásánál azonban óvatosságra nt. Az esettanulmányban s látszk az egyes alrétegekben mért relatív nedvesség különbségek eltérő menete. 12

13 NKFP /2005 Szakma anyag 4. ábra. A gőznyomás (balra), lletve az egyes rétegek gőznyomás különbség átlagának (jobbra, fent) és szórásának (középen) átlagos nap menete május 1. és 30. között, valamnt a hónap középső napjára (május. 16.) vonatkozó esettanulmány (lent). A gőznyomás adatok feldolgozását a 4. ábrán szemléltetjük. A legnagyobb értékeket a legalsó sznten kapjuk. Az egyes szntek között különbségek nappal nagyok éjszaka kcsk. A 4 m 2 m-es alrétegben az elvártnak megfelelően vselkedk a gőznyomás különbség. Nappal negatív, míg éjszaka poztív értéket kapunk. Az éjszaka poztív értékek a páralecsapódást jelzk.a 2 m 1 m-es alrétegben és a 10 m 1 m-es rétegben nappal nagy, éjszaka ks értékű különbségeket tapasztalunk, de éjszaka sem találunk poztív átlagos gőznyomás különbségeket, vagys az átlagos nap menetben nem detektálunk páralecsapódást. Ennek egyk lehetséges oka ahogy korábban már említettük az 1 m-es sznt relatív nedvesség mérésének a szsztematkus hbája. A Vasala-műszerektől ez a pontosság várható. A megoldás: érzékenyebb és gyakorbb kalbrácó, lletve az egyes alrétegek (6 lehetséges alréteg) adataból kszámítan a nedvesség gradenst, vagy a leszármaztatott mennységeket, mnt pl. a Bowenarány medánját, s ezzel dolgozn tovább (Wednger et al., 2008b). A beszámolóban ez utóbb utat választottuk. Fejlesztés alatt van egy pontosabb terep nedvesség kalbrácós eljárás s az OMSZ-ban. Ez utóbb esetben a műszer érzékenységét, a szolgálatszerű üzemeltetést és a gradens mérések pontosság követelményet kell közös nevezőre hozn. 13

14 NKFP /2005 Szakma anyag A légkör stabltás és a Bowen-arány számítása A meteorológa állapotjelzők értékenek vzsgálata (nap menetek, magassággal való változás, a rétegre jellemző statsztka mérőszámok) mellett a mkrometeorológa mérések célja a légkör stabltás vzsgálata, s ezen keresztül a felszín-boszféra-légkör kölcsönhatások leírása, a felszín energaháztartásának modellezése, lletve a terjedés modellekben alkalmazott meteorológa paraméterek (pl. turbulens szóródás, Pasqull-ndex) meghatározása (Wednger és Bordás 2007; Baranka et al., 2008). Nézzük meg, hogy mennyre szolgálja ezeket a célokat a mérőrendszer! A légkör stabltást leíró gradens Rchardson-szám alakja: v R = β ΔΘ Δz, 2 ( ΔU ) g ahol, β = a stabltás paraméter a nehézség gyorsulás (g) és a rétegre jellemző átlagos vrtuáls Θ v potencáls hőmérséklet hányadosa, Δ Θv és Δ U a Δz vastagságú alrétegre jellemző vrtuáls potencáls hőmérséklet, lletve szélsebesség különbség. Θ v proflja a hőmérséklet, nedvesség és a légnyomás smeretében számítható. Azokat az eseteket vontuk be a vzsgálatba, ahol a Rchardson-szám abszolút értéke 3 alatt volt. A számítások eredményét az 5. ábrasor mutatja. Jól látszk a stabltás jellegzetes nap menete: poztív éjszaka és negatív nappal értékek. Az egyes alrétegek menete hasonló futásúak. Természetesen a magasság növekedésével a hasonlóság elmélet alapján nagyobb abszolút értékekre számíthatunk. Nappal ksebb, éjszaka nagyobb szórásokat kapunk. Az esettanulmány elemzésekor felhívjuk a fgyelmet a 2 m 1 m-es rétegben éjszaka megfgyelhető negatív Rchardson-szám értékekre. Ekkor ks poztív hőmérséklet különbséget detektálhatunk (1. ábra), de az 1 m-en mért nagyobb gőznyomás matt (4. ábra) a vrtuáls potencáls hőmérséklet különbség megfordul. (A ks szélsebesség matt adódnak a nagy értékek a turbulenca fejletlen.) Megjegyezzük, hogy 0,25 0,5-nél nagyobb R számok esetén a mechankus turbulenca ks ntenztású. Az egyes alrétegekben mért hasonló futású görbék alkalmasak a hasonlóság elmélet alapján történő áramszámításra s (Wednger et al., 2000). A turbulens áramok egy tovább a gradens méréseken alapuló meghatározás módja a Bowenarány módszer (Huzsva et al., 2005). E módszertannal részletesen foglalkozunk, s az így kapott szenzbls és latens hőáramot a drekt árammérésekkel s összevetjük (lásd a 3. fejezetet). A Bowen arányt (Bow), vagys a szenzbls (H) és a latens (LE) hőáram hányadosát Η Bow = LE kétféleképpen határoztuk meg: egyrészt, közvetlenül a drekt árammérésekből (CSAT3 szónkus anemométer + LI7500 CO 2 /H 2 O mérő), másrészt, a proflmérések alapján az egyes alrétegek (összesen 6 db a 4 mérés sznt matt) vrtuáls potencáls hőmérséklet, lletve gőznyomás különbségét használva (Götz és Rákócz, 1981, Stull, 1989). 14

15 NKFP /2005 Szakma anyag 5. ábra. A Rchardson-szám átlagának (fent) és szórásának (középen) nap menete május 1. és 30. között különböző alrétegekben, lletve a hónap középső napjára (2008. május 16.) vonatkozó esettanulmány. Azokat az alrétegeket vontuk be a vzsgálatokba, ahol a Rchardson-szám abszolút értéke ksebb volt 3-nál. 15

16 NKFP /2005 Szakma anyag Feltételezzük, hogy a hőre és a nedvességre vonatkozó turbulens dffúzós együttható megegyezk (K T = K q ): ahol ρ a sűrűség, c p H ΔΘ Δz v = ρcpkt, q 0,622 e LE = Δ Δ Lρ Kq L Kqρ Δz p Δz, a levegő állandó nyomáson vett fajhője, L a fázsátalakulás hő, q a specfkus nedvesség, e a gőznyomás, míg p a légnyomás. A Bowen-arány közelítő formulája: ΔΘv Bow 0,66. Δe Az egyes alrétegek adata alapján félóránként kszámított Bowen-arány medánját használjuk a tovább elemzésekhez. Ez segít kszűrn a nagy negatív és poztív értékeket hányadosról lévén szó. Az átlagolással szemben jobban alkalmazható a módszer akkor s, ha valamelyk sznt mérése hbával terhelt. Ekkor lesznek olyan alrétegek ahol a különbségeket alul, lletve felülbecsüljük. A számítás eredményenket a 6. ábrasor tartalmazza. Nappal a Bowen-arány általában poztív értékű, éjszaka, lletve ks turbulens áramok esetén a szenzbls és a lates hőáram ellentétes rányú s lehet. Ekkor a Bowen-arány negatív. Hogyan átlagoljunk? Erre több lehetőség s kínálkozk. Kszámíthatjuk a szenzbls és a latens hőáram átlagat az adott dőszakra, s az átlagok hányadosából képezzük a Bowen-arányt. Természetesen átlagolhatjuk a Bowen-arányokat s. Ekkor az extrém nagy értékeket k kell szűrnünk (Ohmura, 1982). Számíthatunk medánt s. Számításank közül a Bowen-arány kétféle átlagolással kapott nap menetet, lletve szórásat mutatjuk be. Az átlagolásnál, a 2-nél nagyobb abszolút értékű eseteket (extrém ks párolgás) nem vettük fgyelembe. Nappal elhanyagolható különbség van a kétféle átlagolással kapott Bowen-arány értékek között (0 < Bow < 2, lletve -2 < Bow < 2 ). Éjszaka természetesen nagyok az eltérések. Az átlagos Bowen-aránynak nem mnden esetben van reáls fzka jelentése. [Gondoljunk csak arra, hogy a poztív és negatív Bowen arány összege lehet -1 körül, am fzkalag értelmezhetetlen (Ohmra, 1982; Lu és Foken, 2001).] A szórások nap menete megfelel a várakozásnak: nappal ks szórásokat, míg a stabls éjszaka órákban nagy értékeket kapunk; az átlagolás ntervallum szélesítésével a szórások s nőnek. Az esettanulmányban s jól látszk, hogy nappal nncs jelentős eltérés a profl mérésekből kétféle módszerrel kapott Bowen-arány és a drekt árammérésekből közvetlenül számított értékek között. Éjszaka a drekt árammérésekből kapott Bowen-arány értékek nagy fluktuácót mutatnak, a mérések a gyenge turbulenca matt kevéssé megbízhatóak. A bemutatott elemzés jól szemléltet az együttesen végzett profl és drekt árammérések fontosságát. 16

17 NKFP /2005 Szakma anyag 6. ábra. A Bowen-arány átlagának (fent) és szórásának (középen) nap menete május 1. és 30. között. Az egyes fél órákban a különböző alrétegekből (6 db) számított Bowen-arány értékek medánjat vettük, lletve az alsó ábrán a hónap középső napjára (2008. május 16.) vonatkozó esettanulmányt mutatjuk be összehasonlítva a profl mérésekből és az Eddy kovaranca mérésekből számított értékeket. 17

18 NKFP /2005 Szakma anyag 7. ábra. A profl mérő és a fluxus mérő műszerekből származtatott átlagos meteorológa állapothatározók összehasonlítása: hőmérséklet (fenn), vrtuáls hőmérséklet (középen) és a szélsebesség adatok (lent). A vízszntes tengelyen (x) a Vasala-műszerek adatat (profl mérő torony), míg a függőleges tengelyen (y) a drekt árammérő műszerekből számított értékeket tüntettük fel. 18

19 NKFP /2005 Szakma anyag A profl és a drekt árammérő rendszer összehangolása: az átlagértékek összehasonlítása A következőkben a 4 m-es sznten mért hőmérsékletet, vrtuáls hőmérsékletet és a szélsebesség értékeket hasonlítjuk össze a szónkus anemométer által szolgáltatott adatokkal. Az ún. szónkus hőmérséklet jó közelítéssel megegyezk a vrtuáls hőmérséklettel (Kamal és Fnngan, 1994; Foken, 2008). Eredményenket a 7. és a 8. ábrán szemléltetjük. Azokat a méréseket elemezzük, ahol a szónkus anemométer és a LI7500 működését nem zavarta páralecsapódás, lletve nem voltak adathbák (lletve a nap menetbe nem lleszkedő fluxusok). Az adatelemzéshez első lépésként a Campbell cég gyár programját használtuk. (A programról, a program fejlesztés lehetőségeről, az adatfeldolgozás tovább részleteről és fejlesztés célktűzésenkről a 3.2. fejezetben számolunk be). Mnd a szónkus hőmérséklet, mnd a hőmérséklet jó egyezést mutat a 4 m-es sznten levő Vasala-műszerrel. (Ez a sznoptkus állomások standard műszere, am nem érzékeny a csapadékhullásra, a párásodásra, lletve télen a lefagyásra.) A vrtuáls hőmérséklet és a szónkus hőmérséklet összehasonlításánál ksmértékű, szsztematkus eltérést tapasztalunk. Ez két okra vezethető vssza. A szónkus anemométer által mért hőmérséklet, lletve a LI7500 által szolgáltatott nedvesség adatok hbájára. (A LI7500 szenzor gyárlag kalbrált beállításat használtuk.) A Vasala-féle hőmérséklet-relatív nedvességmérő műszer és a LI7500 gőznyomás adatanak összehasonlítását a 8. ábrán közöljük. Az átlagos görbe meredeksége jó közelítéssel egy, a korrelácós együttható azonban kcs, nagy eltérések adódnak. Ez a drekt árammérés technka korlátja. Az átlagértékekben mutatkozó bzonytalanság azonban (hasonlóan a hőmérséklethez) a fluktuácókban már százalékosan ks hbát okoz. Az adatok utófeldolgozásában és mnőségbztosításában a fluxus adatok statsztka elemzésén túl (Foken és Wchura, 1996; Maunder és Foken, 2004; Maunder et al., 2007) az átlagértékekben megjelenő bzonytalanságokat s fgyelembe kell venn egyszerűen kezelhető algortmusokkal. 8. ábra. A profl mérő és a fluxus mérő műszerekből származtatott gőznyomás értékek összehasonlítása. A vízszntes tengelyen (x) a Vasala-műszer adatat (profl mérő torony), míg a függőleges tengelyen (y) a LI7500 műszerekből számított gőznyomást tüntettük fel. A LI7500 szenzor bepárásodásából származó hbás adatokat khagytuk. Az ábra rávlágít az adatbázs szűrésének fontosságára, az objektív módszerek, lletve a szubjektív adatellenőrzés fontosságára, együttes alkalmazására. A szélsebesség adatok összehasonlításáról szntén a 7. ábra tájékoztat. Ks szélsebességek esetén nagyobbak az eltérések. Ez a mechankus szélműszer ndulás küszöbével magyarázható. A két műszer között a kapcsolat jó. Pontosabb egyezést a különböző elhelyezés és mérés elv matt nem várhatunk. A félórás adatok között legnagyobb eltérések (1 m/s felett) magyarázatát azonban meg kell adn. Ez lehet a szélrány szernt árnyékolás, vagy hrtelen szálrány változás, esetleg egy-egy rreálsan magas érték a szónkus anemométer mérés sorában, amt a gyár program még nem szűr k. 19

20 NKFP /2005 Szakma anyag A szónkus anemométer adata alapján számítható az mpulzusáram, lletve a dnamkus sebesség. A dnamkus sebesség és a szélsebesség között kapcsolat szntén fontos, jelz a mérések használhatóságát. E kapcsolatot a 9. ábra szemléltet. A két mennység között kapcsolat a szakrodalm adatoknak megfelelő. A dnamkus sebesség a szélsebesség tzede. 9. ábra. A szónkus anemométerrel mért szélsebesség és az mpulzusáramból számított súrlódás sebesség között kapcsolat. Az átlagértékek elemzése azt bzonyítja, hogy szoros kapcsolat van a profl és a drekt árammérések átlagos adatsora között. A mérőrendszer alkalmas az együttes adatfeldolgozásra. A mnőségbztosítás eljárások kdolgozásakor két mérőrendszer együttes vselkedése alapján kszűrhetők az adathbák, lletve következtetn lehet az adathbák helyére és okára Sugárzás mérleg komponensek Különösen fontos része a mérés programnak a sugárzásmérleg komponensek meghatározása. Eddg hazánkban csak Pestszentlőrncen folytak megbízható WMO előírásoknak megfelelő pontosságú mérések. A debrecen mérőhely optmáls helyszín egy újabb, hosszú sugárzás dősor kalakításához. A mérés módszertana kdolgozott. A műszerek pontossága smert. Az energa mérleg lezárásában rejlő bzonytalanságokat nem tt kell keresn (Maunder et al., 2007a,b; Oncley et al., 2007; Wednger és Bordás, 2007). Mérjük a rövdhullámú bejövő sugárzást (v. globál sugárzást), a felszín által vsszavert rövdhullámú sugárzást, a légkör hosszúhullámú vsszasugárzását, lletve a felszín hosszúhullámú ksugárzását. 20

21 NKFP /2005 Szakma anyag 10. ábra. A sugárzásmérleg komponensek (balra), lletve a globál sugárzás, valamnt a rövd- és a hosszú hullámú sugárzás egyenleg, valamnt a teljes sugárzás egyenleg (nettó sugárzás) (jobbra) átlagának (fent) és szórásának (középen) nap menete május 1. és 30. között, lletve a hónap negyedk pentádjára vonatkozó esettanulmány (lenn). 11. ábra. Az albedó átlagának (balra) és szórásának (jobbra) nap menete (május 1 30). Az eredményeket amelyek sznte tankönyv ábrák a 10. ábrasoron szemléltetjük. A sugárzás mérleg komponensek az energaháztartás becslések mellet az agrometeorológában, lletve a növénytermesztés kísérletekben s hasznosulnak. Ehhez deáls helyszín a Debrecen Egyetem Agrárcentruma. Az adatbázs alkalmas pl. az albedó nap változékonyságának meghatározására. Erre mutatunk példát a 11. ábrán A drekt árammérések feldolgozása Az ún. Eddy kovaranca módszer a felszín-boszféra-atmoszféra között kcserélődés folyamatok meghatározásának talán legelterjedtebb módszere. A kcserélődést a feladattól függő változók között kovarancák kormányozzák (Stull, 1988; Foken, 2008). A számítások első lépése a nyers fluxusok meghatározása. Ez tartalmazza az extrém értékek kszűrését, (despkng), lletve az optmáls trendszűrést. Itt három lehetőség van ) nem alkalmazunk trendszűrést, ) lneárs trendszűrés 21

22 NKFP /2005 Szakma anyag használata, ) nem-lneárs trendszűrés módszerek használata v) optmáls hosszúságú mozgó átlagolás (nem használják már elterjedten). A különböző műszerek szgorúan véve (pl. a szónkus anemométer és a CO 2 /H 2 O mérő máshol helyezkednek el) nem ugyanazt az örvény látják, ezért a nyers kovarancákat módosítan kell. Erre a kovarancák maxmalzálásának a módszerét (Maunder és Foken, 2004), vagy az utófeldolgozás során alkalmazn kell az ún. Moor-féle spektráls korrekcót (Barcza, 2001; Maunder and Foken, 2004). A számítások során azzal a feltételezéssel élünk, hogy az átlagos vertkáls sebesség (pontosabban a száraz levegőre vonatkozó értéke) nulla. A szónkus anemométer nem mnden esetben tökéletesen vízszntes helyzetű, s a felszín egyenetlenségek s módosíthatják az áramlás képet. Olyan új vonatkoztatás rendszert kell választan, amelyben az átlagos vertkáls sebesség nulla, s lehetőség szernt az átlagos szélsebesség x rányú. Ezt szolgálja a koordnáta-rendszer forgatása, amt többféleképpen elvégezhetünk: 2D forgatás, 3D forgatás Planar-ft (McMllen, 1988; Wednger et. al., 1999; Wlczak, et al., 2001; Fnngen et al., 2002, Nagy et al., 2007) A számítások során több korrekcót s fgyelembe kell venn, így pl. a szónkus anemométer kalakításától függő korrekcót a nyers kovarancák módosításánál, a nedvesség fluktuácóból származó ún. Schotanus-korrekcót, a nyomanyagok (vízgőz, CO 2 ) nem nulla átlagos vertkáls sebességét fgyelembe vevő ún. Webb-korrekcót, am más nytott és zárt szenzorokra. (Barcza, 2001, Wednger et al., 2002, Bassn et al., 2004, Maunder és Foken, 2004) Az adatfeldolgozás utolsó szakasza a mnőség-ellenőrzés (pl. staconartás teszt). E témakörben kfejlesztett módszereket foglalja össze Maunder and Foken (2004). A jelenleg s folyó EU-6 CarboEurope állomások mnőségbztosításával Maunder et al. (2007a) ckke foglalkozk. Magyarországon több kutatócsoport s részt vesz a programban. A mérőrendszer rendszerszerű adatfeldolgozásánál e módszereket kívánjuk alkalmazn. A m célunk az operatvtás bztosítása és a hosszútávú nem kutatás programfüggő adatszolgáltatás. A folyamatos fejlesztés kulcsa a nyers adatok hánytalan rögzítése és a gyors hozzáférés. Ez adja a lehetőséget a feldolgozás rendszer folyamatos fejlesztésére, bztosítja a fluxusok újraszámolásának lehetőségét, a korrekcók különbözőségében rejlő bzonytalanságok feltárását, am már nem a rendszer beüzemelésének, hanem a hosszú távú adatmnőség bztosításának a problémája A Campbell adatgyűjtő programja és a feldolgozott eredmények A központ állomás beüzemelésének első lépéseként a gyártó Campbell cég standard gyár programját használtuk. Ez kszámítja az átlagértékeket (hőmérséklet, szónkus hőmérséklet, szélsebesség komponensek, vízgőz és CO 2 koncentrácó, légnyomás) megadja a rendszer állapotát jelző státusz karaktert. Kszámítja a másodk momentumokat (szórás négyzetek és kovarancák), továbbá elvégz a szenzbls hőáram korrekcóját (Schotanus-korrekcó), lletve a Webb korrekcót mnd a nedvesség, mnd a CO 2 fluxusra. Az adatokat 30 perces átlagolás dővel tároljuk. Természetesen megőrzésre kerül az összes nformácó (átlagok, nyers másodk momentumok és korrgált fluxusok) Ez az adatállomány nemcsak klmatológa vzsgálatok számára elérhető, hanem gény szernt a debrecen és a budapest meteorológus képzést, lletve az OMSZ-ben az előrejelzők munkáját s támogatja. Ez az adatállomány azonban még csak az adatgyűjtő rendszer által szolgáltatott előfeldolgozott mérés sor. Nem szerepel a programban () az extrém értékek, csúcsok kszűrése, () trendszűrés () koordnáta-rendszer forgatás, (v) a szenzor (CSAT3) alakjától függő szélfluktuácó korrekcó, továbbá a Moor-féle spektráls korrekcó. A mérőrendszer telepítése során törekedtünk () a rendszer maxmáls üzembztonságára (stabl tápfeszültség), () az árnyékolás mentes khelyezésre, () a szónkus anemométer kvízszntezésére (az átlagos vertkáls sebesség abszolút értéke 0,1 m/s alatt), (v) optmáls távolság (0,5 m-en belül) kalakítására a szónkus anemométer és a LI7500 műszer között. A gyár program alkalmas a telepített rendszer működésének ellenőrzésére, tudva, hogy a turbulens áramokat a nem teljes körű korrekcó matt alábecsl. A specáls Basc nyelvű program fejlesztése s csak úgy lehetséges, ha smerjük az alaprendszer szolgáltatásat. 22

23 NKFP /2005 Szakma anyag A gyár adatgyűjtő program továbbfejlesztése A mérőrendszer mnőségbztosításában a következő lépés a gyár adatfeldolgozó program továbbfejlesztése. Ennek főbb ránya: () az extrém értékek, vagys a várható érték körül 4-szeres szórás felett értékek khagyása a számításból. () egy számláló karakter beépítésével a lneárs trendszűrés utólagos beépítése a feldolgozó rendszerbe, () a nyers kovarancák smeretében a 3D koordnáta-trendszer forgatás kszűrése, (v) nyers fluxusok smeretében a sebességfluktuácók műszerfüggő korrekcója, (v) a spektráls korrekcó alkalmazása a stabltás smeretében. A hosszú távú vzsgálatokhoz rögzítjük és archváljuk a mérőrendszer 10 Hz-es nyers adatat (3 szélkomponens, szónkus hőmérséklet, nedvesség és CO 2 koncentrácó), lletve percenként gyűjtjük a lassú meteorológa jeleket, mnt a légnyomást, a hőmérsékletet, a gőznyomást. Az adattároló egység rendszer próbaüzeme 2008 augusztusában ndul A felszín energamérleg meghatározása, a lezárás hba A következőkben a felszín energamérleg meghatározásával foglalkozunk. Ez négy tagból áll a sugárzás egyenlegből (Rn), a szenzbls (H) és a latens hőáramból (LE), valamnt a talajba jutó hőáramból (Gs). Ha mnden tagot külön-külön mérünk, ahogy a m rendszerünk s működk, akkor még be kell vezetnünk egy maradéktagot (Res), am az energamérleg lezárás hbáját jelz. Ennek több oka lehet, a mérés pontosságtól kezdve a felszín nhomogentásokon és a műszerek által látott különböző méretű területeken át egészen a konvektív folyamatok energa szállításág. Re s = Rn Gs H LE A különböző, alacsony és magas vegetácó felett végzett hosszú távú méréseknél a 85% felett lezárás már jónak számít. A lezárás jóságát a következő képlettel defnálják: Res A = Rn Gn ahol, Rn Gn a rendelkezésre álló energa, am szenzbls és latens hő szállításra fordítódhat. Rn és Gs poztív, ha az energa lefele áramlk, míg H és LE akkor poztív, ha a felszínről a légkör felé történk a turbulens szállítás (pl. a párolgás). A május mérések alapján, a debrecen mérőhelyen ez az érték 88%, am nagyon jó (I. táblázat). Az energamérleg komponensek átlagos hav menete alapján az egyes tagok átlagértéke: Rn Gs H LE Res 123,3 7,2 29,5 73,5 13,1 I. táblázat. Az energamérleg komponensek átlagos értéke május 1. és 30. között a debrecen központ állomáson Nézzük meg részletesebben s az eredményeket! Az energamérleg komponensek közül a nettósugárzást (Rn) a sugárzásmérleg komponensek méréséből számítottuk (10. ábra). A szenzbls (H) és a latens hőáram (LE) meghatározásához a Campbell adatgyűjtő gyár programját használtuk. A talajba jutó hőáramot a 8 cm-es felső talajréteg (h sol = 0,08 m) energaháztartása alapján határoztuk meg. Mértük két helyen 8 cm mélyen a mélyebb talajrétegbe jutó hőáramot (G sol ), 4 sznten regsztráltuk a felső 8 cm-es talajréteg hőmérsékletváltozását ( Δ Tsol ), s mértük a talaj víztartalmát s térfogatszázalékban (f talaj, [trf%]). Ismerve a talaj és a víz fajhőjét (c víz, c talaj, [J/kg K]), tudva a talaj és a víz sűrűségét ( ρsol, ρ w, [kg/m 3 ]), már meghatározható a talajba jutó hőáram. Ennek alakja félórás ( Δ t = 1800 s ) átlagolás dő mellett: Gs = [ h ( ρ c ( f /100) + ρ c ) ΔT ]/ Δ t. sol w w talaj sol sol sol 23

24 NKFP /2005 Szakma anyag Számításankban első közelítésként a talaj sűrűségét 1200 kg/m 3 -nek vettük, míg a fajhőjét 840 J/ kg K-nek. A talajba jutó hőáram részletesebb elemzésére s módot ad az adatbázs. 12. ábra. Az energamérleg komponensek (sugárzás egyenleg, Rn; a talajba jutó hőáram, Gs, vagy Sol; a szenzbls és a latens hőáram, H, LE; valamnt a maradéktag, Res) nap menete (fenn), a mérleg komponensek szórása (középen) május 1. és 30 között, továbbá egy esettanulmány 2008 májusának negyedk pentádjára (alul). 24

25 NKFP /2005 Szakma anyag 13. ábra. A drekt árammérések alapján számított és a Bowen-arány módszerrel meghatározott szenzbls hőáram kapcsolata (fent) és együttes nap menete május 1. és 30. között (lent). A görbék jellege hasonló. Éjszaka a drekt árammérések adják a nagyobb abszolút értékű áramokat. Ehhez a módszertan s adott Lebethal et al. (2005), lletve Lebethal és Foken (2007) ckkében. A sugárzásmérleg és a talajba jutó hőáram meghatározásában gyakorlatlag nem volt adathány (4 óra maradt k karbantartás matt), míg a latens és a szenzbls hőáramoknál k kellett szűrn a fzkalag nem megfelelő adatokat. Ez az adatállomány hozzávetőlegesen 10%-át jelentette. Az energamérleg komponensek átlagos nap menetet és szórásat, lletve a május negyedk pentádjára vonatkozó félórás értékeket a 12. ábra tartalmazza. Az energamérleg lezárás tag átlaga nappal poztív, éjszaka negatív. Mndegyk mérleg komponensnél az elvárások szernt alakul a nap menet, lletve a szórás nap változása. Az esettanulmányban a magas nappal sugárzásegyenlegre és párolgásra hívjuk fel a fgyelmet. Jellegzetes nap menetet mutat a maradék tag (Res) s. 25

26 NKFP /2005 Szakma anyag 14. ábra. A drekt árammérések alapján számított és a Bowen-arány módszerrel meghatározott latens hőáram kapcsolata (fent) és együttes nap menete május 1. és 30. között (lent). A görbék jellege hasonló. Éjszaka tt s a drekt árammérések adják a nagyobb abszolút értékű áramokat, a drekt árammérésekből számított Bowen-arány éjszaka s nagyobb részt poztív. A drekt árammérések, lletve a Bowen-arány profl módszerrel történő meghatározása lehetőséget nyújt a két módszer összevetésére. Emlékeztetünk, hogy a Bowen-arány módszer esetén mnden félórában zárt az energamérleg, így a drekt áramméréseknél nagyobb áramokat kapunk. Az összehasonlítás eredményét a 13. és a 14. ábrán szemléltetjük. A menetek hasonlók, ugyanakkor vannak olyan nappal és éjszaka esetek, amkor a két módszer jelentősen eltér egymástól. 26

27 NKFP /2005 Szakma anyag 15. ábra. A szén-doxd áram várható értékének és szórásának átlagos nap menete május 1. ás 30. között (bal oldal), a szén-doxd áram (fotoszntézs) és a globálsugárzás között kapcsolat (jobb oldalon fent), valamnt a szén-doxd áram értéke májusának 4. pentádjában (május , jobb oldalon lent) a debrecen központ állomás adata alapján. Szén-doxd árammérések A mérőrendszer alkalmas a CO 2 fluxusok meghatározására s. A Webb-korrekcóval számított fluxusok átlagos nap menetét, szórását, a szokásos esettanulmányt, valamnt a globálsugárzás és a szén-doxd fluxus között kapcsolatot (fotoszntézs ntenztása) a 15. ábrán szemléltetjük. A nyers fluxusokat tt s szűrn kellett. A -50 μmol/m 2 s és a 20 μmol/m 2 s között értékeket hagytuk benn az adatbázsban. A menetek a várakozásnak megfelelőek (Nagy et al., 2007) A mérés adatok alkalmasak a részletesebb klmatológa elemzésre, lletve skerrel használhatók agroökológa kutatásokban A drekt árammérések adatfeldolgozás rendszerének továbbfejlesztése A mérőrendszer és a nyers fluxusok feldolgozása után essen szó a 10 Hz-es (az összes nyers adatot tartalmazó) adatbázs feldolgozásáról. Ez képez a nagypontosságú fluxus számítás adatbázsát, am az OMSZ nformácós rendszerébe kerül tárolásra. A folyamatos adatgyűjtés próbaüzeme az de nyár feladata. A drekt árammérések feldolgozásához kapcsolódóan előzetesen elkészült: () szónkus anemométerek adata alapján a momentum és a szenzbls hőáram számítására szolgáló Fortran nyelven írt adatfeldolgozó program, amt a Magyar-lengyel mérés expedícó adatfeldolgozásában, lletve a NtroEurope program keretében folyó nyomanyag fluxus meghatárzására szolgáló számításokban használunk fel. Az algortmus tudja kezeln a METEK USA-1 szónkus anemométer adatat, s tartalmazza a Maunder és Foken (2004) által alkalmazott korrekcókat. Hasonló fluxus számító programrendszer (kegészítve a szenzbls hő és a CO 2 áram számítással) már működk a CarboEurope programhoz kapcsolódva haza kutatóhelyeken (Barcza 2001., Nagy et al., 2007). () adaptáltuk a Bayreuth Egyetemen kfejlesztett programcsomagot (Eddy Covarance Software Package TK2). Elvégeztük a teszt futtatásokat a mnta adatbázsra. A debrecen állomás ugyanolyan műszerekkel, ugyanolyan adat együttest produkál (kvéve a referenca gyors válaszdejű hőmérséklet 27

28 NKFP /2005 Szakma anyag szenzor). E rendszer alkalmas a momentum, szenzbls, latens húáram, valamnt a CO 2 áram meghatározására. A félórás fluxus adatokat a CarboEurope, lletve a Ltfass-2003 program követelménye szernt mnőségbztosítás kóddal s ellátja (Beyrch et al., 2006). () saját módszert dolgoztunk k a nem lokáls trendbecslésre, s ellenőrztük az EBEX-2000 adatbázson (Maunder et al., 2007b, Oncley et al., 2007). Ennek Fortran nyelvű programját kbővítjük a nedvesség fluxus meghatározásával. A következőkben ezzel a számítás eljárással smerkedünk meg. A nyers fluxusok kszámítása A kovarancák becslése a fluktuácók szorzatának dőbel átlagolását kívánja meg, ahol a fluktuácó az aktuáls érték és az aktuáls átlag között különbség. Az adatsorokban mutatkozó trend kküszöbölése gen fontos eleme ennek a feladatnak (McMllen, 1988). Az átlagolás dő hossza alapvető szerepet játszk a fluktuácók képzésében. Ez az dőhossz jellemzően 10 és 30 perc között, mert feltételezk, hogy a turbulens fluktuácók jellemző dőskálája ennél jóval rövdebb, míg egyéb fluktuácók (pl. nap menet) karaktersztkus deje jóval hosszabb (Kamal és Fnngan, 1994; Lenschow et al., 1994). Hasznos a változó hosszúságú átlagolás alkalmazása, mvel az optmáls átlagolás hossz függ a vertkáls stabltástól, szélsebességtől és a turbulenca ntenztásától (Fnngen et al., 2002). Az általunk javasolt eljárás a trend hatása és az dőben változó átlag szórásának mértéke között kíván egy optmáls egyensúlyt teremten. Így a trend jelenléte az eljárás elválaszthatatlan része, szemben a korábban smert eljárásokkal (Foken és Wchura, 1996; Krstensen, 1998). Az átlagolás hossz becslését célzó korább technkák végső problémája, hogy nem smeretes azok jósága. Az alábbakban vázolt módszer ezt a hányosságot s kezeln próbálja. A módszer Tekntsük a turbulens fluxus kszámításához szükséges x = f ) x ( t + ε és y = f y t ) + δ (, = 1,, n adatsort. Az első a turbulens folyamatokhoz kapcsolódó valamely változó, például hőmérséklet vagy nyomgáz koncentrácó, míg a másodk a w vertkáls szélsebesség. Mndkét adatsorban a megfelelő ndexű f a trend, míg a másodk az arra rakódó zérus várható értékű véletlen komponens. A fluxus becslésének torzítatlanságához az ~ x ~ y = ( x x )( y y ) mennység várható értékének meg kell egyezne a (,0) mennységgel, tehát az x és y között (zérus dőkülönbség mellett) kovarancával. A felülvonás az -edk dőpont körül, b x (), ll. () sávszélességű lokáls átlagolásra utal. Sávszélesség alatt mostantól az átlagolás ntervallum fél szélességét értjük. Egy ( 2N + 1) hosszúságú átlagolással nyert becsült nyers fluxus: B xy ˆϕ ( x ) = 1/(2N + 1) ~ x ~ y. Ez az egyenlet azonban nem szolgáltat torzítatlan becslést a fluxusra vonatkozóan. Vegyünk ugyans egy h x () és () sávszélességet, és tegyük fel, hogy ezek elég nagyok ahhoz, hogy h y R N j= N + j + j (, k) 0, k > K, K mn{ h ( ), h ( )}. xy << x y b y Ekkor ~ x ~ várható értékére aszmptotkusan y 28