AZ ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE. Dr. Gauzer Balázs, OVF, Országos Vízjelző Szolgálat, Budapest

Átírás

1 AZ ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE Dr. Gauzer Balázs, OVF, Országos Vízjelző Szolgálat, Budapest

2 A LEFOLYÁS ELŐREJELZÉS FELADATA ÉS KÉT FŐ TÍPUSA FELADAT Adott folyószelvényhez tartozó vízgyűjtő területre hulló csapadék következtében kialakuló lefolyás (vízállás/vízhozam) időbeli alakulásának az előrejelzése. TÍPUSOK Folyamatos lefolyás előrejelzés: Szabályos időközönként, de legalább naponta egy alkalommal készül, a vízállás/vízhozam jövőbeli, adott időlépésenként érvényes értékeit határozza meg. Determinisztikus, minél inkább fizikai alapokon nyugvó részben osztott paraméterű modellek segítségével végezzük. Jelenleg az OVSZ-nél: hatóránkénti (00,06,12,18 UTC) értékek, hat napra előre. Árvízi vagy tetőzési előrejelzés: Csak árvíz idején, vagy egyéb indokolt esetben készül, általában a tetőző vízállás értékét, és a tetőzés időpontját határozza meg. Különböző típusú regressziós számítások eredményeként áll elő. 2

3 AZ ELŐREJELZŐ RENDSZER ÖSSZEÁLLÍTÁSA OPERATÍV LEFOLYÁS SZIMULÁCIÓS ÉS ELŐREJELZŐ RENDSZER (OLSER) Tetszőleges, a Felhasználó által definiált és bármikor módosítható folyórendszeren képes működni. Az előrejelzési vízmércehálózat összeállítása - megbízható múltbeli adatsorok - a szükséges adatok jövőbeli elérhetősége Az optimalizáláshoz használt múltbeli adatsorok meghatározása - időben minél közelebbi időszakból származzanak - tartalmazzon jelentős árhullámot és hosszabb ideig tartó kisvizet is A modellparaméterek optimalizálása - a paraméterek értékeit nagyobb árhullámok után érdemes áttekinteni, és szükség esetén újraoptimalizálni Az előrejelzési állomáshálózat leírását, az adatokat és a modellparamétereket tartalmazó adatállományok létrehozása 2011.június 28. A DRÁVA-MURA VÍZGYŰJTŐ LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ RENDSZERE VITUKI, Országos Vízjelző Szolgálat 3

4 A TISZA TISZABECSI VÍZGYŰJTŐJÉNEK VÁZLATOS TÉRKÉPE 4

5 A VÍZGYŰJTŐN VÉGBEMENŐ FOLYAMATOK NYOMONKÖVETÉSÉNEK LÉPÉSEI A lehullott csapadék áttranszformálása felszíni vízbevétellé. (hómodul) Felszíni vízbevétel: csapadékhullásból származó, a talajfelszínt folyékony halmazállapotban elérő víz időegység alatti értéke) A felszíni vízbevételből keletkező lefolyás alakulásának a meghatározása (csapadék-lefolyás modul) A folyómederben haladó víz mozgásának a modellezése (medertranszformációs modul) Az előrejelzési hibák csökkentése a múltbeli hibák alapján (hibajavító modul) A duzzasztóművek és folyótorkolatok egymásra hatását meghatározó számítások (duzzasztási modul) november. AZ OVH ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE 5

6 A HÓFELHALMOZÓDÁS ÉS OLVADÁS SZÁMÍTÁSA I. Első lépés a csapadék halmazállapotának és az intercepciós veszteségeknek a meghatározása A hótakaróban lejátszódó folyamatok fizikailag korrekt közelítése: a hótakaró energiamérlege E = (1-A) E rh + E hh E f + E e + El + E c E - a hótakaró energiájának a megváltozása E rh - a Nap sugárzási energiája (rövidhullámú sugárzás) A - albedo E hh - a légkörből érkező hosszúhullámú sugárzás energiája (légköri sugárzás) E f - a hófelszín kisugárzásának energiája (földi sugárzás) E e - a levegő és a hófelszín eltérő hőmérsékletéből adódó energiacsere E l - a hófelszín párolgásából, vagy a pára kondenzációjaból adódó energiaváltozás E c - a csapadékhullásból származó energiaváltozás Szükséges adatfajták: - csapadék - hőmérsékleti szélsőértékek, harmatpont - napfénytartam/felhőborítottság - szélsebesség 6

7 A HÓFELHALMOZÓDÁS ÉS OLVADÁS SZÁMÍTÁSA II. Mivel az energiamérleg valamennyi tagja összefüggésben van a levegő hőmérsékletével, a számításhoz szükséges adatok hiánya esetén: Hőmérsékletindex módszer: M = (C o + C p P ) ( T- To ) ahol: M - a vizsgált időszak alatt a hó felszínén keletkező olvadékvíz [mm] C o - a hőmérsékletindex [mm/ o C] C p - az eső olvadásnövelő hatását figyelembevevő tényező [1/ o C] P - az időszak alatt folyékony halmazállapotban lehulló csapadék [mm] T - a léghőmérséklet [ o C] T o - az úgynevezett küszöbhőmérséklet [ o C] A hófelhalmozódás és olvadás alakulását befolyásoló további tényezők - intercepció - szél sokrétű szerepe (térbeli átrendeződés, csapadék észlelések hibái) - olvadékvíz visszafagyása - hótakaró víztározó képessége - záporszerű csapadék szerepe Számítások végeredménye: felszíni vízbevétel és talajfagy értékek. 7

8 A CSAPADÉK LEFOLYÁS MODELLEZÉS A csapadékból keletkező lefolyás számításának három fő fázisa: A felszíni vízbevétel értékéből a a felszíni lefolyás beszivárgás arányának a meghatározása; A felszínalatti lefolyási komponensek meghatározása; Az így meghatározott lefolyási komponensek vízhozammá transzformálása. A csapadék lefolyás számításokat az OVSZ szakemberei által kifejlesztett és folyamatosan továbbfejlesztett csapadék lefolyás modell végzi. A csapadék-lefolyás modell bemenetként a felszíni vízbevétel és talajfagy értékeire van szüksége; az aktuális lefolyási viszonyokat a megelőző csapadékindex (API) számításán keresztül, a talaj esetleges fagyottságának a figyelembe vételével határozza meg; a teljes lefolyást négy komponens (felszíni-, felszínközeli-, felszínalatti-, és alaplefolyás) összegeként határozza meg; eredményként az adott folyószelvény vízhozam értékeit adja. 8

9 A MEDERBELI VÍZMOZGÁS MODELLEZÉSE A DISZKRÉT LINEÁRIS KASZKÁDMODELL (DLCM) I. DLCM medertranszformációs modell bemenetként egy felső folyószelvény vízhozam adataira van szüksége; a folyószakaszt sorbakapcsolt tározókkal, (kaszkádokkal) modellezi; feltételezi, hogy egy tározóban a tározás megváltozása a tározó határszelvényein be és kifolyó vízmennyiség különbségével egyenlő; feltételezi, hogy a tározóból kifolyó vízmennyiség a tározott vízmennyiség lineáris függvénye; modellparaméterek: - n kaszkádok száma - k tartózkodási idő (n-1)*k tetőzés időkülönbsége eredményként a folyószakasz alsó folyószelvényében érvényes vízhozam értékeit adja 9

10 A MEDERBELI VÍZMOZGÁS MODELLEZÉSE A DISZKRÉT LINEÁRIS KASZKÁDMODELL (DLCM) II. DLCM medertranszformációs modell A levonulási idők vízállásfüggőségének a figyelembevételére a modell a teljes vízhozamot vízhozam tartományokra bontja, melyekre eltérő levonulási paraméterek érvényesek. q n q m q l N M 10

11 AZ ELŐREJELZÉSI HIBÁK CSÖKKENTÉSE A HIBAJAVÍTÓ MODUL I. Számításainkat minden előrejelzéskor elvégezzük az elmúlt időszakra is, és a modell múltbeli pontatlanságai alapján próbálunk következtetni az előrejelzendő időszakban elkövetettt hibákra. Az előrejelzési hibák néhány lehetséges forrása nem tökéletes modellstruktúra; észlelési hibák; térben és időben különböző értékű változók közelítése koncentrált változókkal; paraméterbecslés hibái A hibamodellekkel szembeni elvárások számítási algoritmusukat a jelenlegi és az előrejelzett időszak alatt várható vízjárási tendenciák szerint tudják változtatni; figyelembe veszik, hogy a múltban elkövetett előrejelzési hibák az időelőny növekedésével egyre korlátozottabb érvényességűek ; ügyelnek arra, hogy a korrekció az előrejelzésben tendenciaváltozásokat ne eredményezzen, pl. az árhullám tetőzési időpontok a helyükön maradjanak; biztosítják, hogy a javított értékek véletlenül sem csússzanak ki a fizikailag lehetséges értékek közül, például ne eredményezzenek a felső szelvényben érvényes vízhozam értékeknél számottevően alacsonyabb értékeket; 11

12 AZ ELŐREJELZÉSI HIBÁK CSÖKKENTÉSE A HIBAJAVÍTÓ MODUL II Számított Javított Mért

13 AZ ELŐREJELZÉSI HIBÁK CSÖKKENTÉSE A HIBAJAVÍTÓ MODUL III Számított Javított Mért

14 AZ ELŐREJELZŐ RENDSZER ÁLTAL FELHASZNÁLT METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK METEOROLÓGIAI ADATOK Felhasznált földi meteorológiai észlelések 6, 12 vagy 24 órás csapadékösszegek; napi hőmérsékleti szélsőértékek; Reggeli, esti szélsebesség METEORÓLÓGIAI ELŐREJELZÉSEK Alkalmazható meteorológiai előrejelző modellek: ECMWF; GFS; Felhasznált előrejelzett adatok: hatórás csapadékösszegek; hatórás középhőmérsékletek; napi hőmérsékleti szélsőértékek; hatóránkénti szélsebesség. 14

15 A METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK KÖZÖS FORMÁRA ALAKÍTÁSA, A RÁCSPONTI INTERPOLÁCIÓ I. Beérkező adatok: észlelések, szabálytalan térbeli elrendezésben, előrejelzések, 0,25 x 0,25 fokos rácsháló pontjaira vonatkozóan. A közös forma egy 0,1 x 0,1 fokos rácsháló. Erre interpoláljuk mind az észlelések adatait, mind pedig az előrejelzett értékeket. Ehhez szükséges a Duna, a Tisza és a Dráva teljes magyarországi vízgyűjtőjének digitális terepmodellje. Forrás: a NASA (National Aeronautics and Space Administration) által készített SRTM v.4. ( Shuttle Radar Topology Mission) adatbázis. A meteorológiai észlelések interpolációja az orografikus hatások figyelembe vételével, az alábbi három lépésben kerül sorra: meghatározzuk a meteorológiai állomások adatainak a zérus magasságú (tenger)szintre mint referencia szintre transzformált értékeit; a meteorológiai állomások tengerszintre transzformált értékeit a rácspontokra interpoláljuk, melynek során súlyszámként a távolság reciprokának valamely, adatfajtától, és az évszaktól függő hatványát vettük; meghatározzuk a rácspontok interpolált tengerszinti adatainak a rácspont tengerszint feletti magasságában érvényes értékeit. 15

16 A METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK KÖZÖS FORMÁRA ALAKÍTÁSA 2012 november. AZ OVH ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE 16

17 A METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK KÖZÖS FORMÁRA ALAKÍTÁSA, A RÁCSPONTI INTERPOLÁCIÓ II. Az előrejelzések interpolációja szintén az előbbi három lépésben történik, csak a második lépés adatfajtánként eltérő algoritmusa különbözik az észlelésekétől. A magassági gradiensek havonta változó értékűek, meghatározásukhoz az OVSZ Operatív Hidrometeorológiai Adatbázisából (OPADAT) mintegy 600 meteorológiai állomás 20 éves adatsorát használtuk fel. Értéküket a csapadék és a szélsebesség esetén százalékosan, a léghőmérsékletnél pedig o C-ban fejeztük ki. Az egyes adatfajták gradienseinek jellemzői: a csapadék magassági függése viszonylag szignifikáns szezonális változékonyságot mutat, a nyári időszakbeli alacsonyabb érték mintegy kétharmada a téli legmagasabb értékeknek ; a napi legalacsonyabb hőmérsékleteknél nem tapasztalható szezonális függés, a magassági gradiens egész évben lényegében változatlan értékű; A napi maximális hőmérsékletek magassági gradiense egész évben magasabb, mint a minimális hőmérsékleteknél tapasztalt érték, és a nyári érték mintegy másfélszerese a téli időszak magassági gradiensének. A szélsebességértékek magassági gradiensénél nem tapasztalható számottevő szezonális változékonyság. 17

18 AZ ELŐREJELZŐ RENDSZER ÁLTAL FELHASZNÁLT HIDROLÓGIAI INFORMÁCIÓK Az előrejelző rendszer duzzasztási modul nélküli alkalmazása kizárólag az alábbi hidrológiai adatokat igényli: az előrejelezni kívánt folyószelvényre vonatkozó hatóránkénti vízállás értékek; az előrejelezni kívánt folyószelvényre vonatkozó, érvényes kétváltozós vízhozamgörbe pontjai; fentiek helyett a vonatkozó folyószelvény vízhozam adatai is elegendőek, de ebben az esetben az előrejelzések csak vízhozamban állnak rendelkezésre. a rendszer képes arra, hogy más forrásból (pl. külföldi vízügyi szervek) elérhető előrejelzéseket integráljon a rendszerbe. A duzzasztási modul alkalmazása a fentieken kívül az alábbi adatok ismeretét igényli: a duzzasztott szakaszokon lévő vízmércék 0 pontjainak a magassága; ezen vízmércék távolsága a torkolattól, vagy a duzzasztótól; a mederfenéknek a vízmércénél érvényes legmélyebb pontja. 18

19 AZ ELŐREJELZÉSI FOLYAMAT GYAKORLATI LÉPÉSEI ELŐKÉSZÍTÉS a különböző adatcsatornákon keresztül beérkező hidrometeorológiai adatokat és előrejelzéseket fogadása, ellenőrzése, s az OVSZ Operatív Hidrometeorológiai Adatbázisába (OPADAT) juttatása; a hivatalos formában nem érkező, de a különböző külföldi nyilvános weboldalakon fellelhető adatok letöltése, ellenőrzése, és beírása az OPADAT rendszerébe; a meteorológiai észlelések és előrejelzések előzőekben ismertetett rácsponti interpolációjának a végrehajtása. 19

20 AZ ELŐREJELZÉS FOLYAMAT GYAKORLATI LÉPÉSEI ELŐREJELZÉS a hófelhalmozódás és olvadás folyamatának a nyomonkövetésére szolgáló hómodell futtatása, melynek végeredményeként előállnak a felszíni vízbevétel és talajfagy értékeknek az előrejelzési időszak végéig érvényes rácsponti értékei; a fenti rácsponti értékekből az egyes részvízgyűjtőkre vonatkozó területi átlagértékek előállítása, az előrejelzéshez szükséges hidrológiai adatok felújítása a legutolsó előrejelzés óta elérhetővé vált információkkal; a csapadék-lefolyás modellezés végrehajtása az adott folyórendszer legfelső szelvényeire vonatkozóan, a hibajavítás folyamatával együtt, melynek eredményeként előállnak a legfelső szelvényekre vonatkozó előrejelzések; A legfelső szelvények előrejelzéseiből kiindulva, a medertranszformációs számítások elvégzése, a hibajavítással együtt, melyek után a folyórendszer valamennyi szelvényére vonatkozó előrejelzések rendelkezésre állnak; az előrejelzések numerikus és grafikus ellenőrzése; az ellenőrzés eredményétől függően, az esetleges manuális korrekció elvégzése, korábban fel nem ismert adathiba esetén az előrejelzési procedúra újbóli végrehajtása; az eredmények leírása az OPADAT rendszerébe; az előrejelzések kiadása. 20

21 AZ ELŐREJELZÉSI EREDMÉNYEK Jelenleg a Duna, a Tisza és a Dráva-Mura vízrendszerének összesen 173 (ebből 76 hazai) szelvényére készülnek előrejelzések A évi hibaszórások Folyórendszer 1 napos hibaszórás [cm] 6 napos hibaszórás [cm] Duna Dráva-Mura Tisza Tisza mellékfolyói

22 AZ ELŐREJELZÉSEK KÖZREADÁSA: 22

23 AZ ELŐREJELZÉSEK KÖZREADÁSA: 23

24 Köszönöm a figyelmet! 24