Az éghajlatváltozás városi hatásainak vizsgálata a SURFEX/TEB felszíni modellel

Átírás

1 Az éghajlatváltozás városi hatásainak vizsgálata a SURFEX/TEB felszíni modellel Zsebeházi Gabriella MMT Légkördinamikai Szakosztály

2 Tartalom 1. Motiváció 2. SURFEX 3. Kutatási terv 4. Eredmények 5. Kitekintés 2

3 Tartalom 1. Motiváció 2. SURFEX 3. Kutatási terv 4. Eredmények 5. Kitekintés 3

4 A városi légkör Sajátos energiaháztartás - kialakulásában szerepet játszik: utak, épületek (jó hővezető képesség, nagy hőkapacitás) burkolt felületek sűrű beépítettség légszennyezettség antropogén hőtermelés Felszíni energia-egyenleg A városi határréteg szerkezete Oke, 1987 Oke,

5 Oke, 1987 Késő délutáni hőmérséklet [ C] A városi hősziget (UHI) A város belső részei és a környező beépítetlen területek között elsősorban az éjszakai órákban jelentkező pozitív hőmérsékletkülönbség. Pl. átlagos UHIintenzitás Szeged, (Sümeghy, 2004) EPA, 2008 UHI és a városi lakosság közötti kapcsolat Szeged 5

6 Motiváció: városi éghajlati modellezés módszertanának kialakítása hazánkban Bizonytalanságok Bizonytalanságok 6

7 Wilby, 2003 Lehetőségek 1. Regionális éghajlati projekció (10-25 km felbontás) Nem igényel nagy számítógépes kapacitást Statisztikai modell A fizikai folyamat nincs leírva Adott városra érvényes Alkalmazható a jövőre? 7

8 Lehetőségek 2. Regionális éghajlati projekció (10-25 km felbontás) Input: éghajlati modelleredmények Akár több modelleredmény Valós fizikai folyamatokat ír le Felszíni modell Lokális skálájú modell Hosszútávú szimuláció Teljes városra alkalmazható Egy mikroskálájú modellnél kevésbé részletes (km-es felbontású) 8

9 Lehetőségek 3. Mikroskálájú modell Valós fizikai folyamatokat ír le Részletes információ Mi legyen a határfeltétel? Nagy számításigényű éghajlati skálájú szimuláció? bizonytalanság? Főként kisebb területre alkalmazható (utca, kerület) 9

10 Lehetőségek SURFEX Doktori kutatási beszámoló 10

11 Doktori kutatás A városi éghajlatváltozás becslése a SURFEX/TEB dinamikus felszíni modell segítségével SURFEX Témavezetők: Szépszó Gabriella (OMSZ) és Horányi András (ECMWF) Konzulens: Rafiq Hamdi (Belga Meteorológiai Szolgálat ) Doktori kutatási beszámoló 11

12 Tartalom 1. Motiváció 2. SURFEX 3. Kutatási terv 4. Eredmények 5. Kitekintés 12

13 A felszíni modell szerepe Légköri modell 1. modellszint H, LE, Felszíni modell 13

14 PHR felszíni rétege A felszíni modell szerepe Nem egyedi épületek átlagos karakterisztikák Pl. fizikai folyamatok: sugárzás csapdázódása, felszíni energiaegyenleg, kanyon-szél 14

15 SURFEX (= Surface Externalisée) az ALADIN modellcsalád (ARPEGE, ALADIN, ALARO, AROME) felszíni modellje leválasztható a légköri modelltől A felszíni modell visszahathat a légköri modellre Légköri kényszerek: léghőmérséklet légnedvesség szélkomponensek felszíni nyomás csapadék, hó Sugárzási kényszerek: rövid- és hosszúhullámú lefele irányuló sugárzás A cellák között nincs advekció Masson et al., 2013 ECOCLIMAP (Δx=1 km) Outputok: Momentum Szenzibilis hőáram Látens hőáram CO 2 fluxus Kémiai anyagok aeroszolok 15

16 ECOCLIMAP felszíni adatbázis Felhasznált adatok: korábbi felszíni adatbázisok, klíma atlaszok, műholdas adatok 1 km-es felbontású ECOCLIMAP-I: 215-féle felszíntípus (globális) ECOCLIMAP-II: 273-féle felszíntípus (Európára) Konstans felszíni paraméterek: albedó, minimális sztóma-ellenállás, Változó felszíni paraméterek (10 naponként): LAI, vegetáció aránya, érdességi paraméter, emisszivitás, Forrás: Masson et al.,

17 TEB = Town Energy Balance séma Cél: mezoskálájú légköri modellek számára turbulens fluxusok szimulálása a városi felszínek és a legalsó modellszint között Városi felszín + PHR felszíni rétegében (konstans fluxus réteg) zajló fizikai folyamatok parametrizációja Kanyon-séma Sugárzás: csapdázódik, árnyékolás Energiaegyenleg tetőre, falra, útra Hővezetés felszín több rétegre osztott Vízegyenleg tetőre, útra Csatornákba lefolyás Felszínek kis víztározó kapacitásúak Antropogén hő- és nedvességfluxus Masson,

18 TEB = Town Energy Balance séma Hő- és nedvesség Turbulens átvitel 2 forrás: tető és kanyon-levegő súlyozott átlag Ipari kémények antropogén hőés nedvesség kibocsátása légköri energiaegyenleget módosítja Közlekedés kanyon levegő Hőmérséklet diagnosztikusan számított Masson, 2000 Momentum Kanyon felett: logaritmikus szélprofil Kanyonban: exponenciális profil 18

19 Tartalom 1. Motiváció 2. SURFEX 3. Kutatási terv 4. Eredmények 5. Kitekintés 19

20 Kutatási terv Tesztelés Célja: Optimális modellbeállítások Fejlesztés Megvalósítás: Kényszerek: ALADIN és ALARO Különböző beállításokkal rövid (néhány éves) szimulációk Projekció Megvalósítás: Kényszerek: több regionális modell több forgatókönyvvel (bizonytalanság) Felszínváltozás (várostervezési döntések) figyelembe vétele Célja: A SURFEX városi éghajlati vizsgálatokra való alkalmazhatóságának megismerése Városok: Budapest, Szeged Megvalósítás: Kényszerek: ALADIN-Climate (LBC: reanalízis) Hosszabb (néhány évtizedes) múltbeli szimulációs időszak Referencia: állomási mérések a városon belül és kívül Validáció 20

21 Kutatási terv Tesztelés Célja: Optimális modellbeállítások Fejlesztés Megvalósítás: Kényszerek: ALADIN és ALARO Különböző beállításokkal rövid (néhány éves) szimulációk Projekció Megvalósítás: Kényszerek: több regionális modell több forgatókönyvvel (bizonytalanság) Felszínváltozás (várostervezési döntések) figyelembe vétele Célja: A SURFEX városi éghajlati vizsgálatokra való alkalmazhatóságának megismerése Városok: Budapest, Szeged Megvalósítás: Kényszerek: ALADIN-Climate (LBC: reanalízis) Hosszabb (néhány évtizedes) múltbeli szimulációs időszak Referencia: állomási mérések a városon belül és kívül Validáció 21

22 Tartalom 1. Motiváció 2. SURFEX 3. Kutatási terv 4. Eredmények 5. Kitekintés 22

23 Validáció Kárpát-medence, Carpathian Basin, 10x10 km Szeged, 1x1 km Szeged, 1x1 km ALADIN-Climate Interpoláció Interpolation SURFEX/TEB ALADIN-Climate RCM határfeltétel ERA-40 Tartomány Kárpát-medence Felbontás 10 km Integrálási időszak SURFEX Tartomány Szeged Felbontás 1 km Integrálási időszak

24 SURFEX, 1km ALADIN, 10km Validáció Nyári városi hősziget-intenzitás m hőmérséklet , nyár, 00UTC A városi hősziget jelensége kimutatható UHI i T u i T n i i : rácspontok 24

25 UHI-intenzitás [ C] UHI [ C] Hőmérséklet-különbség [ C] Validáció Éves menet, Nyári UHI, ALADIN hibái öröklődnek Kicsi eltolódás a menetben Éjszaka alábecslés UHI-intenzitás az év első felében jó 25

26 Tesztkísérletek ALADIN-Climate RCM határfeltétel ERA-Interim Tartomány Közép-Európa Felbontás 10 km Integrálási időszak 1 év (2001) SURFEX Mely beállításokra a legérzékenyebb a modell a városi éghajlat szimulációja szempontjából? Kényszerek csatolása 1 h / 3 h Kényszerek magassága m Város az ALADIN-ban TEB/ISBA 2-m hőmérséklet Diagn / progn. Felszíni paraméterek ECOCLIMAP / mérés 26

27 Tesztkísérletek ALADIN-Climate RCM határfeltétel ERA-Interim Tartomány Közép-Európa Felbontás 10 km Integrálási időszak 1 év (2001) SURFEX Mely beállításokra a legérzékenyebb a modell a városi éghajlat szimulációja szempontjából? Kényszerek csatolása 1 h / 3 h Kényszerek magassága m Város az ALADIN-ban TEB/ISBA 2-m hőmérséklet Diagn / progn. Felszíni paraméterek ECOCLIMAP / mérés 27

28 Kényszerek csatolása 03UTC Nyári UHI UHI-hiba napi menete (ref. állomási mérések) 1h > 3h bias 3h > bias 1h Idő (UTC) 28

29 Mi okozza ezt? Felszínre érkező direkt rövidhullámú sugárzás egy júliusi napon Az ALADIN-ban a sugárzás kumulatívan tárolódik SURFEX számára pillanatnyi értékek kellenek számítani kell X t X t h h=1,3 Idő (UTC) 29

30 Mi okozza ezt? Felszínre érkező direkt rövidhullámú sugárzás egy júliusi napon Az ALADIN-ban a sugárzás kumulatívan tárolódik SURFEX számára pillanatnyi értékek kellenek számítani kell X t X t h h=1,3 Idő (UTC) 30

31 Mi okozza ezt? Felszíni energiamérleg komponensei a városi pontban nyáron EXP_3h: RN napi menetében eltolódás RN=SW + LW RN = H + LE + G Az energia-elosztás napi menete változik Az ALADIN outputok 3 óránkénti mentése nekünk nem elég 31

32 Összefoglalás Városi éghajlatváltozási hatásvizsgálatok végzése az OMSZ-ban Eszköz: SURFEX felszínleíró modell Éghajlati információ: ALADIN-Climate Hőmérséklet-validáció, SURFEX alkalmas a városi hősziget térbeli megjelenésének és időbeli menetének szimulációjára ALADIN hibái megjelennek a SURFEX eredményekben éghajlati modelleredmények minősége különösen fontos Tesztkísérletek, kényszerek csatolása Sugárzás az ALADIN-ban kumulatív mennyiség pillanatnyi értékek számítása 1 / 3 óránként (lineáris interpoláció) napkelte és napnyugta tájékán a 3 órás lépés nem elég Rövidtávú tervek: az érzékenységvizsgálat folytatása mely tagokra a legérzékenyebb a modell? 32

33 Köszönöm szépen a figyelmet!