A dániai NitroEurope mikrometeorológiai mérési expedíció adatfeldolgozása (Bjerringbro, 2009)

Hasonló dokumentumok
Növényi produkció mérése mikrometeorológiai módszerekkel. Ökotoxikológus MSc, április 21.

Felszín légkör kölcsönhatások

A táblázatkezelő mérnöki alkalmazásai. Számítógépek alkalmazása előadás nov. 24.

FELSZÍN-LÉGKÖR KÖLCSÖNHATÁSOK. Növényökológia II., december 4.

HÁZI FELADAT megoldási segédlet PONTSZERŐ TEST MOZGÁSA FORGÓ TÁRCSA HORNYÁBAN 2. Anyagi pont dinamikája neminerciarendszerben

ÁLLATTENYÉSZTÉSI GENETIKA

A debreceni alapéghajlati állomás adatfeldolgozása: profilok, sugárzási és energiamérleg komponensek

A feladatsorok összeállításánál felhasználtuk a Nemzeti Tankönyvkiadó RT. Gyakorló és érettségire felkészítő feladatgyűjtemény I III. példatárát.

ÍVHÍDMODELL TEHERBÍRÁSA: KÍSÉRLETI, NUMERIKUS ÉS SZABVÁNYOS EREDMÉNYEK

15. Többváltozós függvények differenciálszámítása

2.2. A z-transzformált

x = 1 egyenletnek megoldása. Komplex számok Komplex számok bevezetése

A debreceni alapéghajlati állomás, az OMSZ háttérklíma hálózatának bővített mérési programmal rendelkező mérőállomása

Feladatok Oktatási segédanyag

Célzott mérőhálózat létrehozása a globális klímaváltozás magyarországi hatásainak nagypontosságú nyomon követésére

Balatoni albedó(?)mérések

A flóderes rajzolatról


Maradó feszültség meghatározása

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2.

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

2. FELADATOK MARÁSHOZ

Hangterjedés szabad térben

Az összetett hajlítás képleteiről

ANYAGJELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSA ERŐ- ÉS NYÚLÁSMÉRÉSSEL. Oktatási segédlet

Tevékenység: Olvassa el a jegyzet oldalain található tananyagát! Tanulmányozza át a segédlet 11. fejezetében lévı kidolgozott feladatot!

ÁLATALÁNOS METEOROLÓGIA 2. 01: METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK ÉS MEGFIGYELÉSEK

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

Fizika A2E, 5. feladatsor

Debrecen-Kismacs és Debrecen-Látókép mérőállomás talajnedvesség adatsorainak elemzése

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

MEGVALÓSÍTHATÓSÁGI TANULMÁNY TARTALMI KÖVETELMÉNYEI

Mágneses momentum mérése vibrációs magnetométerrel

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

A planetáris határréteg szerkezete

Az állományon belüli és kívüli hőmérséklet különbség alakulása a nappali órákban a koronatér fölötti térben május és október közötti időszak során

22. ÖSSZETETT SZŰRŐKÖRÖK VIZSGÁLATA

Héj / lemez hajlítási elméletek, felületi feszültségek / élerők és élnyomatékok

Modla G., Láng P., Kopasz Á. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészeti Eljárások Tanszék

Agrometeorológiai mérések Debrecenben, az alapéghajlati mérıhálózat kismacsi mérıállomása

TARTÓSZERKETETEK III.

A szilárdságtan 2D feladatainak az feladatok értelmezése

Radon, mint nyomjelzı elem a környezetfizikában

A REPÜL GÉP SZIMULÁTOROK ÉS TRENÁZS BERENDEZÉSEK MATEMATIKAI MODELLEZÉSÉNEK JELLEMZ I

A planetáris határréteg szerkezete. A Föld-légkör rendszer energiaháztartása. Tartalom

STATIKA A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak hallgatói részére (2003/2004 tavaszi félév)

Veszélyes időjárási jelenségek előrejelzésének repülésmeteorológiai vonatkozásai

Aeroszol részecskék nagytávolságú transzportjának vizsgálata modellszámítások alapján

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

6.8. Gyorsan forgó tengelyek, csőtengelyek

Szilárdságtan. Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

Összetett hajtómő fogszámainak meghatározása a fordulatszám ábra alapján

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

A ferde hajlítás alapképleteiről

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

A MEGÚJULÓ ENERGIAPOTENCIÁL EGER TÉRSÉGÉBEN A KLÍMAVÁLTOZÁS TÜKRÉBEN

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Az úszás biomechanikája

Termodinamika (Hőtan)

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

A planetáris határréteg szerkezete. Tartalom

HosszútávúBefektetések Döntései

Magyar név Jel Angol név jel Észak É = North N Kelet K = East E Dél D = South S Nyugat Ny = West W

TATABÁNYA LÉGSZENNYEZETTSÉGE, IDŐJÁRÁSI JELLEMZŐI ÉS A TATABÁNYAI KLÍMAPROGRAM

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

A LÉGKÖRI SZÉN-DIOXID ÉS AZ ÉGHAJLAT KÖLCSÖNHATÁSA

Projektív ábrázoló geometria, centrálaxonometria

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Ellenáramú hőcserélő

Mérési hibák

26 Győri István, Hartung Ferenc: MA1114f és MA6116a előadásjegyzet, 2006/2007

Nemzeti alaptanterv. Ember és társadalom műveltségterület. Kaposi József

Lineáris programozás 2 Algebrai megoldás

3. Szerkezeti elemek méretezése

INTEGRÁLT VÍZHÁZTARTÁSI TÁJÉKOZTATÓ ÉS ELŐREJELZÉS

A planetáris határréteg szerkezete

Lánctalpas szerkezetek különböző típusú irányváltó mechanizmusának kinematikai tárgyalása. Kari Tudományos Diákköri Konferencia

A XXI. SZÁZADRA BECSÜLT KLIMATIKUS TENDENCIÁK VÁRHATÓ HATÁSA A LEFOLYÁS SZÉLSŐSÉGEIRE A FELSŐ-TISZA VÍZGYŰJTŐJÉN

Rugalmas állandók mérése

A hosszúhullámú sugárzás stratocumulus felhőben történő terjedésének numerikus modellezése

Elektromágneses hullámok

Hőmérsékleti sugárzás

Légköri termodinamika

Mikrohullámú oszcillátorok 1 31 és AM zajának mérése a kettős TE m. módon működő diszkriminátor segítségével. fí 1 (T) (4) = AfK2 D

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Fotovillamos és fotovillamos-termikus modulok energetikai modellezése

Feladatok megoldásokkal az ötödik gyakorlathoz (Taylor polinom, szöveges szélsőérték problémák)

A Balaton szél keltette vízmozgásainak modellezése

Hatástávolság számítás az. Ipari Park Hatvan, Robert Bosch út és M3 autópálya közötti tervezési terület (Helyrajzi szám: 0331/75.

= x + 1. (x 3)(x + 3) D f = R, lim. x 2. = lim. x 4

Trewartha-féle éghajlat-osztályozás: Köppen-féle osztályozáson alapul nedvesség index: csapadék és az evapostranpiráció aránya teljes éves

Készítette: Csernóczki Zsuzsa Témavezető: Zsemle Ferenc Konzulensek: Tóth László, Dr. Lenkey László

Tájékoztató. a Dunán tavaszán várható lefolyási viszonyokról. 1. Az ősz és a tél folyamán a vízgyűjtőre hullott csapadék

Tájékoztató. a Dunán tavaszán várható lefolyási viszonyokról. 1. Az ősz és a tél folyamán a vízgyűjtőre hullott csapadék

SZINOPTIKUS-KLIMATOLÓGIAI VIZSGÁLATOK A MÚLT ÉGHAJLATÁNAK DINAMIKAI ELEMZÉSÉRE

Nagyfelbontású magassági szélklimatológiai információk dinamikai elıállítása

INTEGRÁLT VÍZHÁZTARTÁSI TÁJÉKOZTATÓ ÉS ELŐREJELZÉS

l = 1 m c) Mekkora a megnyúlás, ha közben a rúd hőmérséklete ΔT = 30 C-kal megváltozik? (a lineáris hőtágulási együtható: α = 1, C -1 )

Átírás:

A ániai NitroEurope mikrometeorológiai mérési expeíció aatfelolgoása (Bjerringbro, 009) Sakolgoat Késítette: Kiss Győő Fiika BSc, meteorológus sakirány Témaveető: Dr. Weiinger Tamás Beostása: egyetemi ocens Tuományos fokoat: CSc ELTE TTK Fölraj- és Föltuományi Intéet, Meteorológiai Tansék Buapest, 00.

Tartalomjegyék. Beveetés... 3. A felsínköeli réteg energiahátartása és turbulens kicserélőési folyamatai... 4.. A felsíni energiamérleg... 4.. A turbulens kicserélőés, turbulens áramok... 6.3. A felsínköeli réteg hasonlósági elmélete... 8.4. A ammónia fluxus meghatároása és jelentősége... 9 3. Anyag és Móser... 3.. A mérés helysíne... 3.. A mikrometeorológiai műseregyüttes... 3.3. A Dánia feletti iőjárási helyet 009. április 9 9.... 5 3.4. A ániai mérési expeíció aatbáisának felépítése... 7 Aatsűrés... 8 A aathiányok pótlása lineáris interpolációval... 9 A, 0 és 5 perces mikrometeorológiai aatbáis előállítása... 9 A sélirány, sélsebesség meghatároása... 0 A sórás-aatbáis... 3.5. A neves levegő mérősámai... 3 3.6. A felsíni energiamérleg komponensek sámítása... 4 3.7. A talajba jutó hőáram sámítása... 4 3.8. A turbulensáramok sámítása... 6 4. Eremények... 3 4.. Meteorológiai állapotjelők... 3 4.. Turbulens áramok, energiamérleg komponensek... 36 5. Össefoglalás... 45 Kösönetnyílvánítás... 45 Iroalomjegyék... 46 Internetes források... 50 NYILATKOZAT... 5

. Beveetés A sakolgoatom a EU6 NitroEurope program 009-es ániai mikrometeorológiai mérési programjának aatfelolgoásába kapcsolótam be. A több mint 60 intéményt magába foglaló program célja a nitrogén mérleg meghatároása lokális skálától (különböő ökosistémák feletti mérések) a táj és a regionális léptéken át kontinentális skáláig. E munkában együtt serepel a mérés és a moelleés. A 009-es ániai expeíció célja, hogy (i) bemenő aatokat solgáltasson a tájléptékű agronómiai moelleknek, amelyek sámba vesik a különböő nitrogén-komponensek horiontális és vertikális áramait, (ii) elemeék a nitrogén trágyáás környeeti hatását és sámbavételét a növénynövekeési moellekben, (iii) megbíható mikrometeoroloógiai, energiahátartási és ammónia fluxus aatok előállítása a lokális skálájú terjeési moellek sámára. A felsín-biosféra-légkör köötti turbulens kicserélőési folyamatok bemutatása után a turbulens kicserélőési folyamatokkal, a felsíni energia mérleg komponensek meghatároásával foglalkoom. Diplomamunkám fő célja, hogy egységes, folytonos meteorológiai aatbáis késítsek. Bemutatom a mérési expeíció helysínét, a alkalmaott műsereket. Kitérek a nagyskálájú iőjárási folyamatokra. Három aatbáis épült fel, 0 és 5 perces átlagolási iővel, amelyek a átlagértékek mellett tartalmaák a minimum és maximum értékeket, illetve a sórásokat is. Résletesen foglalkoom eek előállításával, lesármatatásával. Ismertetem a aatsűrést és a alkalmaott lineáris interpolációt is. A magyarorsági résvétel fő célja a felsíni energiamérleg komponensek előállítása és a ammónia fluxus napi meneteinek előállítása volt, figyelemmel a trágyáás hatásának a etektálására. E munkába is bekapcsolótam. Megismerketem a aatfelolgoás mósertanával, a kifejlestett programokkal. Futtattam és testeltem őket. A célom a meteorológiai állapotjelők napi meneteinek a visgálata, illetve a turbulens fluxusok sámítási eljárásainak a megismerése volt. Eért foglalkotam a graiens és a Bowen-arány móserrel, a kisorítási rétegvastagság, illetve a turbulens áramok meghatároásának a bionytanságaival. 3

. A felsínköeli réteg energiahátartása és turbulens kicserélőési folyamatai A légkör alsó 0, km-es rétege a planetáris határréteg. A itt leajlóó folyamatokat a felsín, mint mechanikai és termikus kényser alakítja. Meghatároó serepe van a turbulens kicserélőési folyamatoknak. E réteg inamikáját a nyomási graiens erő és a Coriolis-erő mellett a turbulens örvények keltettette súrlóási erő alakítja (Celnai et al., 994; Blackaar, 997). A planetáris határréteg alsó 0 5%-a felsínköeli réteg, vagy más sóval a Prant-réteg, ahol a turbulens áramok állanóságával sámolunk (Göt és Rákóci, 98; Foken, 006). E a emberi tevékenység síntere, itt van a sennyeőanyag források túlnyomó rése, itt keőik és fejeőik be a nyomanyagok légköri ciklusa. A felsín-biosféra-légkör köötti kölcsönhatások leírása a mikrometeorológia tárgykörébe tartoik. E folyamatokat a különböő tulajonságok (energia, impulus, anyag) vertikális áramaival (felületegységen, iőegység alatt átáramló tulajonság) jellemeük. Visgálatainkban a felsín energiahátartását, illetve a ammónia turbulens áramát határotuk meg terepi mérések alapján. A ammónia a nitrogén-mérleg fontos eleme (Horváth et al., 004, 005), s így kiemelt serepet kapott a tájléptékű nitrogén hátartás moelleésével foglalkoó mérési expeícióban... A felsíni energiamérleg Elsőként a felsín sugárási mérlegével foglalkounk. A légköri sugárást két tartományra bontjuk a rövihullámú, vagy napsugárásra (< 4 m), illetve a hossúhullámú (4 00 m) sugárásra. Gyakran hasnáljuk a ániai expeíción mértük is a fotosintetikusan aktív sugárást, röviítése PAR, ami a növények sámára fontos 0,4 0,7 m-es tartományt jelöli. A itt lejövő sugárás soros kapcsolatban van a napsugárással (v. globálsugárással), annak hoávetőlegesen a fele. Sugárási mérleg (Rn) két résre bontható a rövihullámú (Rn s ) és a hossúhullámú (Rn l ) sugárási egyenlegre. A rövihullámú egyenleg két tagból áll: a bejövő rövihullámú sugárásból (globálsugárás, K ) és a vissavert rövihullámú sugárásból ( K ). Megjegyeük, hogy a globálsugárás a Napból jövő irekt sugárás és a sórt sugárás össege. A rövihullámú egyenlegre jelentős hatást gyakorol a felhőet (Stull, 988). Fontos mennyiség a albeó is, ami a bejövő és a vissavert sugárás hányaosa. A rövihullámú mérleg (Rn s ) értéke napköben poitív, éjsaka nulla. A hossúhullámú mérleg (Rn l ) minig negatív, hisen a 4

fölfelsín meleg, a égbolt hieg. A mérleg két tagból áll: a egyik a Föl által kisugárott ( I ), míg a másik a légkör által vissasugárott ( I ) hossúhullámú sugárás. Rn s K K, Rn l I I. A felsíni sugárásegyenleg (Rn): Rn K K I I A sugárásmérleg meghatároására két lehetséges út kínálkoik. Vagy irekt méréseket alkalmaunk, vagyis egyenként nagypontossággal mérjük a komponenseket (et tettük a ániai mérési expeíción), vagy résben mérjük (e általában a globálsugárást jelenti), résben parametriáljuk a mérlegkomponenseket a stanar meteorológiai mérések (hőmérséklet, nevesség, felhőet) alapján (Burrige és Ga, 974; Stull, 988; Mésáros, 00; Foken, 006). A felsíni energia-mérleg egyenlet 5 tagból áll. Eek a sugárási egyenleg (Rn), a talajba jutó hőáram (G), a senibilis hőáram (H), a látens hőáram (LE) és a egyéb hatásokat (pl. fotosintéis, avekció), illetve a leárás bionytalanságát kifejeő tag (Δ) (Foken, 006): Rn H LEG. Ilyen bionytalanság lehet pl. a műserek különböő magassági sinteken történő elhelyeése, a skálafüggő turbulens kicserélőés, a mérési pontatlanság (Liebenthal, 00; Foken, 008; Moerow et al., 009). A tárolási tag () poitív, ha hőelnyelés van. A sugárásegyenleg és a talajba jutó hőáram különbsége a renelkeésre álló energia ( A Rn G ). A sugárási egyenleg (Rn) és a talajba jutó hőáram (G) poitív, ha lefelé (a felsín felé) irányul, míg a senibilis (H) és a latens hőáram (LE) akkor poitív, ha a légkörbe (felfele) sállítóik a energia. A talajba jutó hőáram (G) alapja a molekuláris hőveetés. E a áram arányos a talajban uralkoó hőmérsékleti graienssel, a arányossági tényeő a a G együttható, ami a molekuláris hőveetési-koefficiens (Foken, 006). Egyes nyári napokon a G értéke elérheti a 50 00 Wm -t is, ahogy at a mi méréseinkben is látni fogjuk. T G ag. 5

.. A turbulens kicserélőés, turbulens áramok A felsínköeli rétegben a tulajonságsállítást (impulus, hő, anyag) a turbulens örvények végik. A molekuláris iffúió csak a alsó néhány mm-es rétegben jelentős. Horiontálisan homogén és iotróp turbulencia feltételeésével élünk. A tulajonságok csak vertikálisan sállítónak. A turbulens örvények karakteristikus mérete arányos a felsín feletti magassággal. A turbulens kicserélőést a. ábra semlélteti.. ábra. A turbulens kicserélőés sematikus képe. A turbulens áramok felírásáho a Reynols-féle átlagolást hasnáljuk (Göt és Rákóci, 00). Legyen w a vertikális sebesség, c a aott tulajonság. Teljesül, hogy w w w', c c c'. A felülvonás a átlagolást, a vessős érték a átlagtól vett eltérést, aa a fluktuációkat jelölik. A vertikális sebesség átlagértékét nullának tekintjük. Mikrometeorológiában általában 5 30 perces átlagolással olgounk. A turbulens áramokat többféle móon határohatjuk meg (Oncley, 003; Foken, 006; Weiinger és Borás, 007). Direkt árammérések esetén követlenül mérjük min a vertikális sebesség, min a c tulajonság értékét. Egy-egy örvényen belül határouk meg a állapotjelők gyors váltoását. A méréssűrűség legalább 0 H. A turbulens áram (a vertikális sebesség és a c tulajonság kovarianciája, Fc) alakja: Fc w'c'. 6

A graiens-móser a fluxus-profil analógiát hasnálja fel. Et akkor alkalmauk, ha a c tulajonság mérésére nem áll renelkeésre gyors senor. c Fc K c, ahol K c a turbulens iffúiós együttható, amit pélául a Monin-Obukhov-féle hasonlósági elmélet alapján határounk meg (Práger, 98; Weiinger et al., 000; Foken, 006). Ha több sinten mérünk, akkor a legkisebb négyetek móserének alkalmaásával határouk meg a turbulencia karakteristikákat. E a ún. profil-móser (Kramm, 989). Gyakran alkalmauk a Bowen-arány mósert, e hasnálhatjuk a ey akkumulációs eljárást, vagy a különböő turbulens áramok spektrális serkeetének hasonlóságán alapuló eljárásokat is. Itt a lényeg egy-egy aránypár felállítása a c tulajonság és a H senibilis hőáram köött (Oncley, 003). (A senibilis hőáram pontosan mérhető sónikus anemométer felhasnálásával, s nem követünk el nagy hibát akkor sem, ha a aott nyomanyag turbulens iffúiós együtthatóját a hőkicserélőésre vonatkoó értékkel tessük egyenlővé.) Néük meg a különböő turbulens áramok impulus (), senibilis (H), latens (LE) és a c nyomanyag (Fc) alakját, a turbulencia karakteristikákat a irekt árammérések és a graiens móser alapján! u u' w' u* K u, H v cpv' w' c pu* T* cpkh, LE q Lq' w' Lu* q K E, * Fc c c' w' u* c K c, * ahol u, w, v, q, c jelöli a horiontális és a vertikális sebességet, a virtuális potenciális hőmérsékletet, a specifikus nevességet (a vígő és a neves levegő sűrűségének a hányaosa) és a visgált nyomanyag koncentrációját, a magasság, a sűrűség, c p a 7

neves levegő állanó nyomáson vett fajhője [J/(kg K)], L a fáisátalakulási (párolgási) hő, K u, K H, K E, K c a impulusra, senibilis hőre, a vígőre, illetve a visgált nyomanyagra vonatkoó turbulens iffúiós együttható. A felsínköeli réteg turbulens iffúiós folyamataiban K K K. Ku K H és H E c Végül, u *, T *, q *, c * a felsínköeli réteg imenió-analíis alapján sármatatott turbulencia paraméterei a inamikus sebesség, hőmérséklet, specifikus nevesség és koncentráció..3. A felsínköeli réteg hasonlósági elmélete A profil-fluxus kapcsolatokat a Monin-Obukhov-féle hasonlósági elmélet írja le talán a legjobban. A követkeőkben eel foglalkounk (Práger, 98; Weiinger et al., 000; Foken, 006). A alapegyenleteink: u u* T* q q* c c u ( ), H ( ) *, E ( ), Fc ( ), ( ) ( ) ( ) ( ) ahol u ( ), H ( ), E ( ), Fc ( ) a impulusra, a senibilis, illetve a latens hősállításra, valamint a nyomanyag sállításra vonatkoó stabilitástól függő univerális függvény. A képletben sereplő a kisorítási rétegvastagság. E a megemelt felsín magassága, ahonnan a érességi elemek hatása keőik. A elméletben állanó turbulens áramokkal sámolunk. At feltételeük, hogy a sélsebesség a felsín felett + 0 sinten válik nullává, ahol a 0 a érességi magasság. és 0 értéke a felsínborítottság függvénye (Husvai et al., 005; Foken, 006). A visgálatokban, hasonlóan a turbulens iffúiós együtthatóra, feltessük, hogy ( ) ( ) ( ). A univerális függvények alakja a légköri stabilitástól függ (Weiinger et al., 000; Foken, 006). Itt = ( )/L Mon imeniónélküli magasság: stabilis rétegőés esetén poitív, labilis rétegőés mellett negatív. L Mon a Monin-Obukhov-féle hoss: H E Fc L Mon * u, T * 8

ahol a stabilitási paraméter, a nehéségi gyorsulás (g) és a virtuális potenciális hőmérséklet hányaosa iffúiós együtthatók is: g v. A hasonlósági elmélet alapján könnyen felírhatók a turbulens K u u* ( ), ( ) u K H u* ( ). ( ) H Megaható a imeniónélküli magasság és a felsínköeli réteg stabilitását leíró Richarson-sám (Göt és Rákóci, 98; Rákóci, 988) köötti kapcsolat is: ( ) Ri. v H u ( ) A felsínköeli réteg turbulencia paramétereinek a meghatároását és a turbulens áramsámítást a 3. fejeetben mutatjuk be résletesebben. u.4. A ammónia fluxus meghatároása és jelentősége A EU6 NitroEurope program célja, hogy különböő léptékben, a pontserű, aott vegetációs típusra jellemő nagypontosságú mérésektől a tájléptékű és a regionális skálán át orságos és európai léptéken is meghatároa a nitrogénmérleget, s visgálja a meőgaasági termelés serepét a optimális nitrogén-hátartásban. A meőgaasági területek nitrogénmérlegének egyik fontos tényeője a ammónia, gonoljunk csak a ökológiai renserek nitrogén terhelésében, illetve tápanyagellátásában játsott serepére (Horváth et al., 004, 005). A légköri ammónia legfontosabb forrása a fölművelés, a serves trágya bomlása és a műtrágyáás, hisen a növénytermestésben fontos serepet játsanak a nitrogént tartalmaó vegyületek hasnálata (pl. pétisó). Amikor nem megfelelő a talajban levő nitrogén mennyisége, akkor a növényeten jelentkenek a nitrogén hiány tünetei. E a növények alsó, iősebb levelein figyelhető meg elősör, amelyek előbb sárgulni, maj barnulni keenek, végül elhalnak. Később már a fiatalabb leveleken is láthatóvá válnak a nitrogénhiány jelei. A hasonnövények termőképessége emiatt jelentősen lecsökkenhet (Proháska, 978). Eeket a tüneteket nitrogén alapú trágyákkal lehet megsüntetni, ami lehet serves, vagy műtrágya (pélául: ammónium-nitrát, pétisó). A ammónia fluxus mérésével megállapítható a serves, illetve a servetlen trágya 9

felsívóási ieje és hasnosulási rátája is (Horváth et al., 005). A ammónia turbulens kevereési folyamatokkal jut a légkörbe. Tartókoási ieje napos nagyságrenű. A légkörbe került ammónia más savakkal (pélául: kénsav) érintkeve olyan sókat alkot (pélául: ammónium-sulfát), amelyek jelentős serepet játsanak a csapaékképőésben (Geresi, 004). A légkörből résben a csapaékkal (neves ülepeés) résben a turbulens folyamatokkal (sára ülepeés) kerül ki a ammónia. Olyan felsínek felett, hol nincs legeltetés és trágyáás, a ammónia nettó ülepeését tapastaljuk. Nagy nitrogénterhelés (trágyáás) mellett emissió figyelhető meg. Ennek mérésével követketetni tuunk a meőgaasági művelés hatékonyságára. E volt a célunk a EU4 Graminae programban (Horváth et al., 004, 005), amikor egy 6 állomásból álló európai mérőhálóat tagjaként a Hortobágyi Nemeti parkban (Püspöklaány Farkas-siget) folytattunk méréseket, illetve 009-ben Dániában, amikor egy tájléptékű nitrogénmérleg moell futtatásáho és ellenőréséhe végetünk méréseket egy trágyáott meőgaasági terület ammónia hasnosulásáról. A komplex mikrometeorológiai, energiahátartási és ammónia fluxus méréseket a Segei Tuományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tansékkel köösen végetük. A ammónia koncentráció és graiens méréseket a általuk fejlestett fotoakustikus elven műköő műserrel végetük. A új fejlestésű renser előnye a megbíható stabil kalibráció, a séles mérési tartomány (Husár, 008; Pogány et al., 00a). A graiens móser alkalmaásával történő fluxus-sámítást a követkeő fejeetben tárgyalom. 0

3. Anyag és Móser 3.. A mérés helysíne A EU6 NitroEurope program keretében 009. április 9. és 9. köött került sor a tájléptékű nitrogénmérleg moelleéshe kapcsolóó mérési programra. A mérés Dániában a Bjerringbro várostól élre Sahl köségtől nem messe (Köép-Jutlan régió) egy meőgaasági területen ajlott, ahol nagyrést repcét, búát és árpát termestettek (. ábra). A mérőhely térségében egy sertéstelep is volt. A cél egy komplex meőgaasági terület (sántóterületek, farm, állattartó telepek, kis vífolyások, rét, erő) nitrogén-mérlegének visgálata. A nemetköi együttműköésben ajló programban meőgaák, ökológusok és környeettuományi sakemberek olgotak köösen meteorológusokkal és fiikusokkal. Különböő móserekkel mérték a ammónia koncentrációt és ülepeést a teljes hoávetőlegesen 3 x km-es mintaterületen. Két intenív meőgaasági területet (tavasi kalásos) jelöltek ki, ahol a trágyáás hatását visgálták. Folyamatosan mérték a talaj fiikai paramétereit, nitrogén tartalmát, a NO és N O emissióját. Minkét területre serves trágyát juttattak ki. Mérték a trágyáás iőpontját, s folyamatosan követték a területet elhagyó ammónia felhő koncentrációját. Két mogó gépkocsin elhelyeett Nitrolux műserrel (Sather et al., 008; von Bobrutki et al., 00) mérték a terület körüli ammónia koncentrációt perces bontásban. A két kijelölt sántóterület köponti résén helyeték el a mikrometeorológiai műsereket, illetve aokat a gyors senorokat, amelyek alkalmasak voltak a ammónia és a N O fluxusának mérésére. A magyarorsági műserek a. sámú mérőterületről solgáltattak információt. Célunk a stanar meteorológiai mérésék mellett (sélsebesség, sélirány, hőmérséklet, nevesség, globálsugárás, légnyomás). A talaj paraméterek (hőmérséklet, nevesség, talajba jutó hőáram), a sugárásmérleg komponensek és a felsíni energia mérleg komponensek megaása volt. Két helyen végetünk ammóniaméréseket a ELTE Meteorológiai Tansék ammónia mérőjével (AMANDA műser, Horváth et al., 005) és a Segei Tuományegyetemen fejlestett fotoakustikus bereneéssel (Husár, 008; Husár et al., 008). A mérőhelyen még a Ponani Egyetem Nitrolux műsere, illetve a hollan ECN ammónia mérője üemelt. A koncentrációmérések jó egyeést mutattak (Theobal et al., 00, Pogány, 00b,c). A mérési területet, a műserek elhelyekeését a. és a 3. ábrán semléltetjük.

A ániai mérési expeíció aatfelolgoásába 009. októberében kapcsolótam be. Felaatom a meteorológiai aatbáis egységes serkeetének kialakítása, a aatok ellenőrése volt, e a felsíni energiamérleg és a ammónia fluxus sámításában és kiértékelésében is rést vettem (Pogány et al., 00b,c). N AMANDA (április 8 9.), Nitrolux (április 0 9.), WaSul-Flux (Fotoakustikus léer, április 9 9.), Passív mintavevők (április 9 9.) WaSul-Flux (graiens elreneés, 04. 9.) Mikrometeorológiai állomás (04. 8 9.) AMANDA (április 0.). ábra. A magyar és a lengyel mérőhely a ániai NitroEurope mérési expeíción. A műsereket a várható nyugatias sélirány serint helyetük el. A trágyáott gabonafölön (piros téglalap) a ammónia kibocsátását visgáltuk. (AMANDA ammonia measurement by annular enuer sampling with on-line analyses, Erisman et al. (00); Wasul-Flux fotoakustikus léer, Segei Tuományegyetem, Husár et al. (008), Nitrolux ammónia koncentráció mérő, von Bobrutki et al. (00)). 3.. A mikrometeorológiai műseregyüttes A követkeőkben a mikrometeorológiai mérések főbb célkitűéseit, a alkalmaott mérőeskööket ismertetjük (. tábláat, 3. ábra). A stanar meteorológiai állomások (sinoptikus, illetve éghajlati) mérési programja (sélsebesség, sélirány, hőmérséklet, nevesség, légnyomás, csapaék, talajhőmérséklet) mellett rögítettük a sugárási mérleg komponenseket is. A CNR típusú Kipp & Zonen műser a WMO stanar sugárásmérő

műsere. Egy köös műsertestben elhelyeve négy senorral méri a sugárási mérleg négy komponensét (bejövő és vissavert rövihullámú sugárás, hossúhullámú égboltsugárás és a hossúhullámú vissasugárás). A műsert itt hasnáltuk másosor. A megbíható gyári kalibráció néhány W/m -es pontosságot bitosított a egyes sugárási komponensek meghatároásában. Ellenőrésképpen (nincs-e valamilyen urva mérési hiba ) egy Schenk pyranométert és a Rebs Q7 sugárásegyenleg-mérőt is alkalmatunk. Eek pontossága kisebb. Mértük a lejövő és a vissavert fotosintetikusan aktív sugárást is ( b Kipp & Zonen, PAR senor). A meteorológiai mérőoslopon helyetük el a sélsebesség, hőmérséklet és nevesség graiens mérésére solgáló műserpárokat. A Vaisala és a Campbell cég által gyártott, illetve forgalmaott senorokat hasnáltunk, amelyek a nemetköi méréseknél elvárt pontosságot bitosítják. WaSul-Flux Sugárási oslop Sonikus sélmérő Graiens oslop Csapaékmérő, aatgyűjtő 3. ábra. A mikrometeorológiai műseregyüttes két különböő érességű gabonatábla határán. Foglalkotunk a felsíni paraméterekkel is. Mértük a felsínhőmérsékletet infrahőmérővel, továbbá rögítettük a levélnevesség aatokat Campbell és Bayreuth-típusú műserekkel (Burkhart, et al., 009). A levelek állapota (pl. harmatos, vagy sára) a későbbi moelleési munkában nyer maj értelmet. A mérések követkeő nagy egysége a talaj-energiahátartásának meghatároására solgál. Négy sinten mértük a talajhőmérsékletet, két sinten rögítettük a talajnevesség 3

értékeit (m 3 m 3 ). A mélyebb talajrétegekbe jutó hőáramot két önkalibráló, Campbell Lt. által forgalmaott talajhőáram-mérővel követtük. Műser neve Gyártó/ Típus Darabsám Magasság Sónikus anemométer Metek, USA-,35 m Sélmérő (win Young, 0503 3,5 m monitor) Sélmérő (forgókanalas) Vaisala, WA5 0,75 m,, m Hőmérséklet és relatív nevességmérő Vaisala, HMP45C,75 m, 0,75 m, maj 0,95 m Légnyomásmérő Vaisala m Ammónia graiensmérő Wasul-flux, (Segei Tuományegyetem),40 m, 0,95 m Talajhőmérsékletet mérő termistor 07 Campbell Scientific 4 cm, 5 cm, 0 cm, 0 cm Talajnevességmérő CS65 Campbell 5 cm, 0 cm Scientific Önkalibráló Campbell Scientific 8 cm talajhőárammérő Levélnevesség-mérő 37 Wetness Sensing talajfelsín Gri, Campbell Levélnevesség-mérő Kísérleti fejlestés, 6 talajfelsín University of Bayreuth Csapaékmérő ARG00 automata,,4 m Campbell Scientific Aatgyűjtő terepi ELTE Informatikai sámítógép Kar, fejlestő: Istenes Zoltán Aatgyűjtő CR3X, Campbell Scientific Multiplexer AM 46, Campbell Scientific Automata kamra Olasorság, Napoli Talajfelsín (egyei fejlestés) Horoható infra Li-Cor 840 CO /H O analiátor Sugárás-egyenlegmérő Q7 REBS,,3 m Campbell Scientific Globálsugárás Schenk Gmbh., Wien,3 m PAR irekt és reflex Kipp & Zonen,3 m Infra-felsínhőmérő IRTS-P,,3 m Négykomponenses sugárás-egyenlegmérő Campbell Scientific CNR, Kipp & Zonen,3 m. tábláat: A ániai mérési expeíción hasnált magyar mikrometeorológiai műseregyüttes. 4

Külön oslopon helyetük el a Metek USA- sónikus anemométert, ami 0 H-es felbontásban méri a sélsebesség komponenseket és a ún. sónikus hőmérsékletet. Eekből a aatokból sámítható a senibilis és a latens hőáram (Mauer és Foken, 004, Foken, 006, Törék, 009). A ábrán láthatjuk a fotoakustikus elven műköő ammóniamérő két besívó csövét is. A turbulens áramokat graiens móserrel határotuk meg. Végetünk statikus és inamikus kamrás méréseket a N O és a CO talajáramának meghatároására (Theobal et al., 00), e eel a kéréskörrel itt nem foglalkounk. Minen nyers aatot rögítettünk egy terepi sámítógépen, illetve a Campbell 3X aatgyűjtőjén. A fluxusokat negyeóránként sámítottuk ki, míg a mikrometeorológiai mérésekből 3 aatbáist ( perces, 0 perces és 5 perces felbontású) késítettünk. Rögítettük minen elem sórását, illetve a egyes intervallumokban felvett maximális és minimális értékeit. A általam ellenőrött és serkestett aatbáis a EU6 NitroEurope program aattárának a rése. 3.3. A Dánia feletti iőjárási helyet 009. április 9 9. A expeíció elején (009. április 9.) Dánia felett egy magasnyomású gerinc (anticiklon) húóott fel, ami jól látható volt, min a talaj, min a 850 hpa-os, a 700 hpaos és a 500 hpa-os sinten (4. ábra). E gyenge selet, erült, jó mérési iőt jelentett. Et követően, április -én egy magassági hiegcsepp vonult át a térség felett; emiatt erősen felhős, borult volt a égbolt, csapaék aonban nem hullott (5. és 6. ábra). A hiegörvény után egy újabb magassági gerinc (anticiklon) húóott fel Franciaorság térségéből, ami április 5-ig fokoatosan kelet felé helyeőött át, így a ániai mérési terület a iősak végéhe köeleve egyre inkább a Brit-sigetek felett örvénylő markáns teknő előolalába került. Ennek hatására nyugat felől megnövekeett a köép és magas sintű felhőet (április 5 8). A mérés sempontjából a sélirány nem volt optimális: a várt nyugatias áramlás helyett inkább élies volt a áramlás, ami csak a utolsó napon váltoott meg, s forult keveőre. A expeíció ieje alatt a levegő hőmérsékletének a maximuma értékei általában 5 0 C, a minimumai peig - és +4 C köt váltotak. A talajmenti fagyok általában erült égbolt és gyenge sél esetén forultak elő (április., 3., 5.). 5

4. ábra. A iőjárási helyetkép a 850 hpa-os sinten 009. 04. 0-án. Megfigyelhető a Dánia felett húóó gerinc, illetve a Skanináv-félsiget és Grönlan térségében örvénylő markáns, míg a Fölköi-tenger feletti sekély teknők (www.wetterentrale.e). 5. ábra. A Dánia felett örvénylő hiegcsepp felhőete 009. április.-én UTC-kor. A ábrán sereplő műholkép-kivágat 0,6 μm-es, 0,8 μm-es és 0,8 μm-es tartományban került rögítésre (www.en.veur.is). 6

6. ábra. Frontanalíis térkép, 009. április. A Brit-sigetektől nyugatra már láthatóvá válik a mérési expeíció utolsó néhány napjának legmeghatároóbb képőménye, ami egy markáns ciklon. Sembetűnő, hogy a magassági hiegcsepp csak alig válik láthatóvá a légnyomási meőben (Met Office: www.metoffice.gov.uk). 3.4. A ániai mérési expeíció aatbáisának felépítése A meteorológiai műserek által etektált nyers aatok rögítésre kerültek. Fontos sempont volt a bitonság. Lehetőség serint minen aatot legalább két helyre mentettünk (aatgyűjtő terepi sámítógép, penrive, Campbell CR3x aatgyűjtő, a ammóniamérő aatgyűjtője, aattároló és aatfelolgoó sámítógép). Figyeltünk a aonos mérési iőpontok beállítására min a egyes aatgyűjtő-egységek, min a különböő mérőcsoportok köött. Néük a aatbáis rensereését, a általam végett munka főbb lépéseit!. A hibás mérések kisűrése a későbbi felhasnálás miatt a nem megfelelő minőségű, téves aatok hibás követketetésekre veetnek. Ilyen hibaforrás volt, pl.: a alacsony tápfesültség miatti pontatlan mérés, a senorok elmoítása, áthelyeése, a sugárásmérők karbantartása, a levélnevesség-mérő csipesek áthelyeése, stb.. A legfeljebb néhány órás aathiányok lineáris interpolációval történő pótlása a későbbi felolgoás során egyserűbb egy teljes iősorokkal olgoni, mint külön- 7

külön hibakóokkal és interpolációval foglalkoni. E különösen iga ökológiai (pl.: növénynövekeési), illetve sennyeőanyag-terjeési moell-futtatásokra. 3. A, 0 és 5 perces átlagolási iejű aatbáisok (átlag, sórás, minimum, maximum értékek) előállítása. A mérési iősak elején a aatgyűjtés 0 perces bontásban folyt, maj a 3. nap után a moelleők kérésére e percre móosult. A mintavételeés 5 s (a sélmérésnél,5 s) volt. (Termésetesen e nem vonatkoik a sónikus anemométer 0 H-es mintavételeésére.) Aatsűrés A mérés elején technikai problémák léptek fel a áramellátást bitosító akkumulátorral. A V-os renser áramfelvétele 0 A felett volt, amit nem tutak bitosítani a akkumulátor-töltők, emiatt a rensert ki kellett egésíteni. Április 0-án reggel 6 óra 0 perckor a fesültség 0,5 V alá esett, et követően egy új áramforrás lett beiktatva, ami 0 óra 50 perctől már stabilan bitosította a avartalan áramellátást. A aatok sűrése során nagy figyelmet kellett sentelni a,75 méteres és a alacsonyabb sinten mért hőmérséklet pirkaati és alkonyati értékeire. Ugyanis a árnyékoló lamelláin kerestül a alacsonyabb napálláskor követlen besugárás érheti a senort, ami magasabb értéket jelehet a valósnál. A relatív nevesség átvisgálása során a éjsakai órákban több helyen is megjelent a 00%-os telítettséget pár sáalékkal meghalaó érték. Eeket 00%-kal helyettesítettük. A nappali órákban a relatív nevesség néha gyorsan váltoott. E a sélnek kösönhető, ami a mérés tágabb környeetéből könnyen besállíthatta a eltérő nevességű levegőt. A ilyen eseteket termésetesen nem sűrtük ki, ugyanis volt rá ésserű fiikai magyaráat. A sugárásmérők (PAR, Kipp & Zonen) által solgáltatott aatokban elsősorban a éjsakai órákban volt probléma. Éjsaka nincs rövihullámú sugárás, emiatt a napnyugta és a napkelte köti rövihullámú sugárási komponenseket nullának vettük (globál, reflex, PAR). Napköben a felhőet befolyásolja a sugárási mérleg komponenseket. E oko hirtelen, e magyaráható váltoásokat. E április -én volt a legjobban megfigyelhető, amikor is egy hiegcsepp alakította a iőjárást (3. fejeet). 8

A aathiányok pótlása lineáris interpolációval A aatpótlás lineáris-interpolációval történt. A legfeljebb néhány órás hiányok miatt e megengehető. A interpolációt a két határon levő érték súlyoásával végetük: X X ( N j) X N ( j) ^ i i N i j, ahol X, X i N a interpoláció előtti és utáni első mért érték, N a aathiány sáma, i ^ X a interpolált érték ( j N ). i j A, 0 és 5 perces mikrometeorológiai aatbáis előállítása A mérési expeíció során elősör 0 perces, maj április 3-án 0:00 tól perces aatgyűjtésre tértünk át. A ammónia koncentráció térbeli moelleéséhe sükséges sélmeő felbontása követelte meg a átállást. A átlagos meteorológiai állapotjelők értékének és graiensének a meghatároásáho, így a turbulens áramok sámításáho a 5 perces aatbáis a megfelelő. A meteorológiai gyakorlat (sinoptikus állomások) peig a 0 perces átlagolást résesítik előnyben. Eeknek a igényeknek a kielégítésére késítettük el a három folytonos, ellenőrött aatbáist (átlagok, maximum, minimum és sórás értékek minen meteorológiai elemre). Első lépésként a perces aatbáisait (átlag, minimum, maximum) állítottuk elő egy Microsoft Visual Basic környeetben megírt program segítségével, ahol felhasnáltuk a előő pontban bemutatott lineáris-interpolációt. Itt felmerült a 0 perces átlagértékek elhelyeése a 0 perces intervallumon belül. A problémát úgy olottuk meg, hogy a 0 perces átlagos értékeket a tí perces intervallum köepére tettük. Így a perces aatbáis április 8-án 3 óra 56 perccel inult. A köbülső értékeket interpoláltuk (két 0 perces átlag köötti értékek). Így egy simított (perces felbontású) meőt kaptunk, e e érthető, hisen egy ritkább aathalmaból nem tuunk megbíhatóan követketetni a résletesebb felbontásra. Hasonlóan jártunk el a 0 perces maximumok és a minimumok leskáláásában is. A aatbáisban a április 3-án 0 óra 0 perctől már a meglevő perces aatok kerültek be. A 0 perces aatbáis előállítása már egyserű volt. Ebben a esetben már a egy perces aatokból egy átlagsámítással aótak a átlagok, s a perces minimumok és maximumok sélsőértékeinek a megkeresése sem bonyolult felaat Visual Basic nyelven. 9

A aatbáis elején a régi mért 0 perces aatokat megtartottuk. A 5 perces aatbáisban termésetesen a 5 percre átlagolt perces aatok, kerültek, illetve a aott 5 percben a absolút minimumok, illetve maximumok aták a sélsőértékeket. A meteorológiai állapotjelők átlagos meneteit Pogány et al. (00b,c) posterein mutattuk be, amelyeknek társserője voltam. A sélirány, sélsebesség meghatároása A sélirány egy körkörös valósínűségi váltoóként keelhető. Et figyelembe kell venni, amikor egy iősakra vonatkoó átlagos sélsebességet és sélirányt határouk meg (EPA, 987). Meteorológiában sélirányon at a irányt értjük, amely felől fúj a sél. A sélirányt fokokban mérjük. Sélcsen esetén nincs értelme sélirányról besélni, így ahho a 0 -os sélirányt reneljük. Ésaki 360 Déli 80 Ésakkeleti 45 Délnyugati 5 Keleti 90 Nyugati 70 Délkeleti 35 Ésaknyugati 35. tábláat. A sélirány és a égtájak kapcsolata A meteorológiában besélünk átlagos sélsebességről (általában 0 perces átlagérték) és a sél lökésességéről, ami a maximális séllökést jelenti. E mögött is van egy iőbeli átlagolás, ami ~ s. Et a a meteorológiai elemek maximális értékeit tartalmaó aatsor tartalmaa. Nálunk a átlagolási iő,5 s volt. Amikor a perces aatokból sármatattuk a 0, illetve 5 perces átlagértékeket, akkor a sélvektorok vektori átlagaiból kapott sélsebességet és -irányt írtuk a aatbáisba. A sámítás során a trigonometrikus sögfüggvények segítségével meghatárotuk minen percben a u és v sebességkomponenst. A meteorológiában a koorináta-renser x tengelye keletre, y tengelye ésakra mutat. Néük a sélkomponenseket sektoronként!. sektor 0 < φ < 90. sektor 90 φ < 80, u sin( ) V, v cos( ) V. 80 80, u sin( ) V, v cos( ) V. 80 0

3. sektor 80 φ < 70 80, u sin( ) V, v cos( ) V. 80 4. sektor 70 φ 360 5. sélcsen 0 360, u sin( ) V, v cos( ) V. 80 A fenti képletekben: φ a sélirány [ ], α a konvertált sélirány [raián], V a perces átlagos sélsebesség [m/s]. A u és v komponensek vektori átlaga aja a 0 és 5 perces / átlagos sélsebességet, V ( u v ). A átlagos sélsebesség komponensek ( u, v ) ismeretében egy egyserű konveriós eljárással ajuk meg a jellemő sélirányt. A sélcsenel együtt össesen kilenc esetet különíthetünk el:. Sélcsen, ekkor minkét komponens: 0 m/s.. A ÉK-i sektor, ekkor a egyik sélkomponens É-i, míg a másik K-i irányból fúj: u arctg( ) u 0, v 0,, 80. v 3. A K-i sél esetén: φ = 90. u 80 arctg( ) 4. A DK-i sélnél: u 0, v 0,, 80. v 5. A éli irányból fújó sélnél: φ = 80. u 6. A DNy-i sél élies és nyugatias komponensből tevőik össe: u 0, v 0,, v 80 arctg( ) 80. 7. Nyugatról fújó sél esetén: φ = 70. u 8. ÉNy-i a sél esetén a sél nyugati és ésaki komponensből áll: u 0, v 0,, v 80 arctg( ) 360. 9. Ésaki sél esetén: φ = 360.

A sórás-aatbáis A mért meteorológiai elemek sórása is rögítésre került. A átlagértékek és a sórások ismeretében határotuk meg a különböő átlagolási iejű aatsorok jellemő sórásait. Tekintsünk egy M hossúságú aatsort, amit l arab n hossúságú résre bontunk: M = l x n. A belső sórás ( b ) nem más, mint a n hossúságú résintervallumon belüli sórás. A külső sórás ( k ) peig a M hossóságú aatsorban sereplő l arab intervallum átlagértékeinek (l aatból sámolt) sórása. / l ( ) k xi xi, l i ahol x i a i-eik (l hossóságú) résintervallumban a aott meteorológiai állapotjelő (x i,j, i =,,, l, illetve j =,,, n) átlaga: x n i x i, j n j. A belső sórásnégyet a egyperces résintervallumokban végett mérések alapján sámítható a aatgyűjtő stanar programjával. Aonos hossúságú résintervallumok esetén a teljes sórásnégyet ( T) a belső és külső sórásnégyetek össege. T b k. A mérés elején 0 perces átlagolási iővel olgotunk. Ekkor aott volt a 0 perces sórás, valamint megbecsültük a egy perces átlagértékeket is. Így urva becslést ahattunk külső sórásra is. E két aat birtokában a fenti össefüggés alapján becsülhettük a perces belső sórás aatokat. Eután a perces aatbáis alapján kisámítottuk a 5 perces átlagolás esetén kapott súrásokat is. A expeíció másoik résében már perces bontásban rögítettük a aatokat, így a belső sórást is. Eekből egyserűen sámítható a 0 és a 5 perces teljes sórás ( T ).

3.5. A neves levegő mérősámai A turbulens áramok meghatároásában a neves levegővel olgounk. E résben a sámításokho sükséges alapvető nevességi karakteristikákat tekintjük át Göt és Rákóci (98) inamikus meteorológiai tankönyve alapján. Mértük a légnyomás, a hőmérséklet és a relatív nevesség értékeket. Eekből könnyen kisámítható a gőnyomás a Magnus-Tettens formula segítségével a hőmérséklet (t [ o C]) és a relatív nevesség (f [%]) ismeretében e f e ( t) /00 0,0 f 6,0 s at bt, ahol a = 7,5; b = 37,3 C. A latens hőáram sámításánál a kicserélőő tulajonság a specifikus nevesség (q), megaja, hogy a egységnyi tömegű neves levegőben mennyi vígő található. Dimeniója: [kg kg ]. q 0,6 e. p 0,378 e A virtuális hőmérséklet (Tv [K]) a a hőmérséklet, amit a renser felvenne, ha nyomása és sűrűsége megegyene a aott neves levegő nyomásával és sűrűségével. Segítségével a neves levegő helyett sára levegővel olgohatunk. Tv T ( 0,608 q). A neves levegő specifikus gáállanója (Rm [J/kg K]: R m R ( 0,608q). A neves levegő állanó nyomáson vett fajhője: c pm cp(,846 q). A neves levegő sűrűsége: p, R Tv ahol R a sára levegő specifikus gáállanója (87 J/kg K), cp, a sára levegő állanó nyomáson vett fajhője (005 J/kg K), p a légnyomás Pa-ban. 3

3.6. A felsíni energiamérleg komponensek sámítása E résben áttekintjük a energiamérleg komponensek maghatároására alkalmaott mósereket. A sugárásmérleg komponensek meghatároásával itt nem foglalkounk, hisen a CNR műser megbíható aatokat solgáltatott. A parametriációs eljárások iránt éreklőőknek Ács és Hantel (998), Mésáros (00), Foken (006) munkáját ajánljuk. A követkeő résben a talajhőáram meghatároásával, maj a turbulens áramokkal foglalkounk. Meőgaasági terület felett mértünk. A leárási bionytalanságból sármaó tagot () külön nem elemeük. E témakörben Foken (008) és Moerow et al., (00 ) cikkeire hívjuk fel a figyelmet. 3.7. A talajba jutó hőáram sámítása A Napból érkeő rövihullámú sugárás hatására a felsín felmelegsik. A beérkeő energia egy rése elnyelőik a talajban, a másik rése vissaverőik. A talaj felsíne hossúhullámú kisugárás révén is vest energiát. A talajba jutó hőáram napi menete a mélységgel csökken, s a egyre mélyebben fekvő rétegekben egy fáiseltolóás figyelhető meg. Amíg a felsín köelében kora élután mérjük a legnagyobb hőáramot, aig a 0 cm-es rétegben már késő élután. E a talaj hőveetésének a követkeménye (Göt és Rákóci, 98). A felsínhe köeli 0 5 cm-es rétegben jelentős akár napi 5 C-os hőmérsékleti menetet is mérhetünk, míg a mélyebb 0 cm-es rétegben e a érték már legfeljebb 5 C körüli. A talajba jutó hőáram megaására sámos lehetőség található a sakiroalomban (Liebethal et al., 005; Foken, 006; Liebethal és Foken, 007). E móserek köül néhány fontosabbat ismertetünk. A talajba jutó hőáramot legegyserűbben méréssel határouk meg. Ekkor a talajba egy, vagy több hőárammérő lapka kerül elhelyeésre. A hőárammérő lapka feletti talajréteg hőforgalmát aonban mérni kell. Megjegyeük, hogy a felsínhe cm-nél köelebb általában nem helyeik el a mérőelemeket. A kis vastagság, a növénytakaró, s így a lokális inhomogenitás bionytalanná teheti a mérést. Általában nagyobb mélységbe (5 0 cm) helyeik el a hőárammérőket. A mi esetünkben e a mélység 8 cm volt és hőáram mérővel olgotunk. A hőárammérő lapka alsó és felső lemeborítása köött a két eltérő hőmérséklet miatt gyenge termofesültség lép fel (www.miletonsolar.com). A aott talajmélység hőmérsékletének iőbeli váltoásából a talaj hőraktároása kisámolható. A így előállított értékekből a talajhőáram már egy egyserű sámítással aóik (Liebethal, 005): 4

r U Hfp S S T G, cv c f t t t Hfp P 0. A fentebbi egyenletekben a U Hfp a lapka kimeneti fesültségét, a c Hfp a lapka kalibrációs faktorát, a f P a Philip-korrekciót, a c v a talaj állanó térfogaton vett hőkapacitását, a S a felső talajréteg hőtároását jelenti, míg r a műser mélységét, t a iőt jelöli. A Philipkorrekció függ a lapka és a talaj hőveetésétől, illetve a mérőeskö geometriai aataitól. A talajba jutó hőáram meghatároható a talajban a különböő mélységekben elhelyeett hőmérők segítségével is, miköben felhasnáljuk a előbbi talajhőtároás értékét. A talajban levő kimért hőmérsékleti profilt előbb extrapolálni kell a felsínig T ahho, hogy a értéke előállhasson (Liebethal, 005, Foken, 006): ahol s a talaj hőveetési együtthatója. T S G s, t A ániai mérési expeíció során a mélyebb talajrétegekbe jutó hőáramot két hőárammérő lapkával mértük. A gyári kalibrációt hasnáltuk, így a móser által solgáltatott fesültségből egyserűen sámíthattuk a értékeket W m egységben. Mértük a talajnevességet, ami a sára talaj sűrűségének és térfogati hőtárolási együtthatójának ismeretében mér elég a neves talaj hőtárolásának a meghatároására. Négy sintben rögítettük a talaj hőmérsékletet. Ennek ismeretében egy harmafokú polinom illestésével cm-es rétegenként határotuk meg a réteg fajhőjét és hőmérsékletváltoását a egyes 5-perces intervallumokra. Ebből mér becsülhető a felsőbb rétegek hőtárolása (G s ). Ehhe hoáava a mélyebb rétegek felé történő hőáramot (G ), amit a hőárammérő lapkával mérünk, megkapjuk a felsínről a talajba jutó hőáramot. G G s G, G s cimi ( Ts ) i, i ahol c i, m i, (T s ) i renre a i-eik talajréteg (a mi esetünkben cm vastagságú) fajhője, tömege és hőmérsékletváltoása a visgált iőintervallumban (itt 5 perc). A talaj paramétereket Sather et al. (998) cikkéből vettük. 5

3.8. A turbulensáramok sámítása Ey-kovariancia móser A Metek USA- sónikus anemométer aataiból 5 percenként határotuk meg a impulus és a senibilis hőáramot. Elvégetük a nyers aatok sűrését. A kiugró pillanatnyi értékeket (a sórás négyseres értékénél nagyobb eltérések a várható értéktől) kisűrte a Fortran nyelven írt program. A várható érték becslésénél lineáris trensűrést. A átlagos vertikális sebességet a D koorináta-renser forgatással tették nullává. Nem alkalmaták a Schotanus-korrekciót a senibilis hőáramra, illetve a spektrális Moor-féle korrekciót (Weiinger et al., 999; Barca, 00; Mauer és Foken, 004; Törék, 009). Korábbi tapastalatok alapján e két ellentétes irányú korrekció jó köelítéssel kiegyenlíti egymást, s a latens hőáram mérések sem álltak renelkeésre, a sámított Bowen-arány peig sok esetben hibával terhelt (pl. kis hőmérséklet és nevességkülönbségek esetén). A visgálataiban felhasnáltam a már kisámított impulus és senibilis hőáramot. A sónikus anemométer mérési sora a terepi sámítógép és a tápellátás problémái miatt nem teljes. Nem volt irekt latens hőárammérés sem. Eért a folyamatosan renelkeésre álló graiens-mérésekből sámolt turbulens áramokat a sektoronkénti (45 o ) kisorítási rétegvastagság meghatároásán kerestül illestettük a irekt árammérésekhe, oly móon, hogy a graiens móserrel sámított senibilis hőáram négyetes átlagban a lehető legjobban illeskejen a irekt árammérésekhe. Graiens móser A Monin-Obukhov-féle hasonlósági elmélet alapegyenleteit már felírtuk a előő fejeetben. Most a univerális függvények alakjával, illetve a alapegyenletek integrál alakjával ismerkeünk meg. At néük, hogy a sélsebesség, hőmérséklet, specifikus nevesség és a NH 3 koncentrációkülönbség ismeretében hogyan ahatók meg a áramok. Kiinulási egyenleteink: u u u u* u* u ( ) ln( ) u* ( ( )) ln f ( ) u u ln, ahol: a imeniónélküli magasság, f ( ) ( ) a itt alkalmaott univerális függvény. A univerális függvények alkalmaásának gaag iroalma van. Stabilis u u 6

esetben ( 0 ) általában logaritmikus lineáris, labilis esetben ( 0) függvényeket hasnálnak. Néük a fenti egyenlet integrálját! hatványkitevős u * u ln u ( ) u ( ), ahol ( ) f u ( ) ln const. Hasonló össefüggések írhatók fel a hő, a nevesség és a nyomanyag áramra. T* T* v H ( ) ln ln H ( ) H ( ), q* q* q E ( ) ln ln E ( ) E ( ), c* c* c Fc ( ) ln ln Fc ( ) Fc ( ). A graiens Richarson-sám is egyserűen felírható: g v ln( / ) ( H ( ) H ( )) Ri v u LMon ln( / ) ( u ( ) u ( )). A fenti egyenlet alapján u és H ismeretében már megolható a fenti egyenlet egy iterációs eljárással (nem minen esetben léteik analitikus megolás). Ha ismerjük L Mon értékét és a univerális függvények integrál alakját, akkor már egyserű olgunk van: u *, T *, q *, c * ismeretében már megahatók a turbulens áramok is (Weiinger et al., 000): q * u * u, ln u ( ) u ( ) q, ln E ( ) E ( ) c * v T*, ln H ( ) H ( ) c, ln Fc ( ) Fc ( ) továbbá a előő fejeet alapján: u *, H cp u * T*, LE Lu * q*, Fc u * c*. 7

A fenti egyenletekben kihasnáljuk, hogy a hőre, a nevességre és a nyomanyag áramokra ugyanolyan alakú univerális függvényeket alkalmaunk, így aok integrálja is megegyeik, vagyis: ( ) ( ) ( ). H E Fc A és a inex jelöli a két mérési sintet, ami függ a mért meteorológiai elemtől. Megjegyeük, hogy itt a magasság helyett a kisorítási rétegvastagsággal csökkentett értékkel sámolunk (, ). Visgálatainkban három különböő univerális függvény együttest alkalmatunk (3. tábláat). A függvény típusa Stabilis rétegőés ( 0 ) Labilis rétegőés ( 0 ) Dyer (974) 0,4 5, ha 0 u ( ), ha 5, ha 0 H ( ), ha Högström (988) 0,40 4,8, ha 0 u ( ) 0,6, ha H ( 0,95( 5,6 ), ha 0 ) 0,94, ha u H u H / 4 ( ) ( 6 ) ( ) ( 6 ) / / 4 ( ) ( 9.3 ) ( ) 0,95(,6 ) / Weiinger et al, (000) 0,40 5,5, ha 0 u ( ), ha 7,5, ha 0 H ( ) 6, ha u H / 4 ( ) ( 6 ) ( ) (,5 ) / 3. tábláat. A univerális függvények alakja stabilis és labilis rétegőés esetén. Stabilis esetben ( ) logaritmikus lineáris profil alkalmaásával éltünk, e felett peig a univerális függvényeket állanónak tekintettük. E egy rögített kritikus Richarson-sám alkalmaását jelenti. Ilyen esetekben a turbulens áramok már nulláho tartanak. Labilis esetben hatványkitevős profilokkal olgounk. A három univerális függvény együttes köül legtöbbsör a Dyer (974) által aott formulát alkalmaák. A egyes függvénytípusok integrál alakját a 4. tábláatban kööljük Foken (006) alapján. 8

9 A függvény típusa Mon u L ) ( Integrál alak ) ( ) ( ln ) ln( ) ( a 0 a 0ln Mon L Mon b a L L Mon a b a ln / Mon L Mon b a L ln ln x x a, ahol / L Mon b x 4 / 3 3 Mon L Mon b a L ) ( ) ( ln ln ln y arc tg y arc tg y y y y a, ahol 4 / 3 L Mon b y 4. tábláat. A univerális függvényekből sármatatott integrál alak. A sektoronkénti kisorítási rétegvastagság kisámítása A egyes sektorokban (ésaki: 337,5 o,5 o, ésakkeleti:,5 o 67,5 o,, ésaknyugati: 9,5 o 337,5 o ) meghatárotuk a kisorítási rétegvastagság () értékét különböő univerális függvények alkalmaásával, oly móon, hogy a Metek sónikus anemométer aataiból sámított (Hs) és a különböő értékek mellett (cm-es bontásban váltotattuk értékét) a graiens móserrel sámított Hg senibilis hőáramok négyetes átlagban a legkevésbé térjenek el egymástól. i i i Hg Hs, min. A ey kovariancia móserrel sámított senibilis és latens hőáram alkalmaásával általában nem tujuk leárni a energiamérleget. A renelkeésre álló energia (A = Rn G) meghalaja a irekt árammérésekből kapott (H+LE) turbulens áramokat. A mi esetünkben a leárás 77%-os, ami elfogaható érték. Képlettel kifejeve:

i 00, Rn G i H LE i i i i ahol i a egyes méréseket jelöli. A leárási bionytalanság egyik magyaráata, hogy a turbulens tulajonságsállítás egy résért a nagyobb skálájú reneett örvények (pl. reneett, koherens struktúrák, konvekció, termikek) a felelősek. A Bowen-arány móser A Bowen-arány móser alkalmaásával a nem merül fel a leárási bionytalanság. A Ey kovariancia mósernél nagyobb senibilis és latens hőáramokat kell kapnunk (a renelkeésre álló energia ugyan a mara). Ha móosítjuk a senibilis hőáramot, s így a stabilitást, akkor ugyanakkora sélsebesség különbséghe is más impulusáram, más u* tartoik A új, nagyobb senibilis hőáram és a megváltoott impulusáram egy új kisorítási rétegvastagság becslést igényel. A megváltoott turbulencia karakteristikák móosítják a nyomanyag-áram becslését is. A követkeőkben eel a kéréskörrel foglalkounk. Arra a kérésre keressük a válast, hogy a különböő móserek alkalmaásával mekkora bionytalanságot kapunk a turbulens áramok, illetve a nyomanyag fluxusok becslésében. Arra a kérésre is válast keresünk, hogy a eltérő turbulens áramok mellett hogyan váltoik a kisorítási rétegvastagság becslése. Termésetesen a sélsebesség ( u ), a virtuális potenciális hőmérséklet ( v ) és a specifikus nevesség ( q ) különbségek aottak. A Bowen-arány móser lényege, hogy a mérésékből ismert a renelkeésre álló energia, ami megegyeik a senibilis és a latens hőáram össegével Rn G A H LE. A senibilis és a latens hőáram arányát is ismerjük. Aal a feltételeéssel élünk, hogy a hőre és a nevességre vonatkoó turbulens iffúiós együttható megegyeik. Bow H LE cpk LK H E q v cp L v q 0,6 p cp L T v, e 30

ahol a korábbi jelüléseknek megfelelően p a légnyomás, T v, e a két sinten mért virtuális hőmérséklet és a gőnyomás különbsége. Visgálatainkban a Bowen-arányt 3 és +3 köött váltohatott. Ettől eltérő esetben a átlagos értékekkel sámoltunk. E a expeíció során e 0,67-nek aóott. Megjegyeük, hogy a (,; 0,8) intervallumba eső aatokat is kiártuk a visgálatokból, hisen ha a Bowen arány, akkor matematikailag nem lehet meghatároni a senibilis és a latens hőáram értékét. Néük a fluxus sámítás lépéseit!. A renelkeésre álló energia és a Bowen-arány ismeretében (graiens mérések) kisámítottuk minen negye órára a senibilis és a latens hőáramot.. A kisámított új senibilis hőáram, virtuális hőmérséklet és sélsebesség különbség ismeretében arra a kérésre kerestük a válast, hogy milyen sektoronként váltoó kisorítási rétegvastagság mellett illeskeik a graiens móserrel kisámított új senibilis hőáram a Bowen-arány móserrel sámított értékhe. A új értéket úgy határotuk meg, hogy a sektoronként korábban kisámított értékeket sektortól függetlenül ugyanaal a értékkel móosítottuk. (Nem állt renelkeésünkre elég információ egy ennél pontosabb sámításho.) Vagyis aott virtuális hőmérséklet és sélsebesség különbség, illetve a sektoronként optimaliált érték mellett négyetes átlagban köelítjük meg a legjobban a Bowen-arány móserrel becsült latens hőáramot. E sámításnak a a értelmet, hogy új becslést kaptunk a -re, a stabilitásra és a inamikus hőmérsékletre (T * ) és a inamikus sebességre (u * ), vagyis újra becsültük a ammónia áramot. 3

Rn, Gglobál sugárás [W/m ] 4. Eremények A ániai mérési expeíció aatfelolgoásával kapcsolatos eremények köül válogatunk. Elősör a meteorológiai elemek meneteit ismertetjük, maj a sugárási mérleg komponensekkel foglalkounk. Et követi a turbulens áramsámítás bemutatása. Visgáljuk a energiamérleg leárási hibáit, s foglalkounk a különböő móserekkel sámított turbulencia karakteristikák össehasonlításával is. Kitérünk a kisorítási rétegvastagság meghatároására is. A fejeetet a ammónia fluxus sámítására kapott ereményekkel árjuk. 4.. Meteorológiai állapotjelők A légköri folyamatok hajtóereje a napsugárás. Nappal a energia mérleg maximális értékei általában 40-480 W/m körül, míg a globálsugárásé 670-770 W/m köött váltotak. A 9. ábrát semlélve a április.-ei nap kilóg a sorból. E, a már korábban (3.3. fejeet) említett hiegcsepp követkeménye, ugyanis a erősen felhős, borult égbolt hatására jelentősen lecsökkent a globálsugárás ( K ) és a felsíni energiamérleg (Rn) maximális értékei renre 57 W/m, illetve 67 W/m. 900 800 Globál sugárás Rn, sugárásegyenleg 700 600 500 400 300 00 00 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-00 Nap (009. 04. 9 9.) 9. ábra. A CNR Kipp & Zonnen sugárásegyenleg-mérővel mért globálsugárás ( K ), és sugárásegyenleg (Rn). A méréseket köép-európai iőben végetük. A hiegcseppet követő 3 napos iősak után ismét csökkenő tenencia látható. E a Britsigetek felett örvénylő markáns teknő előolali helyetének volt kösönhető. A mérőhely 3

T [ o C] fölé köepes és magas sintű felhőet érkeett, ami jelentősen csökkentette a bejövő rövihullámú sugárást. Április 8-án a globálsugárás maximális értéke 583 W/m, míg a sugárásegyenlegé 350 W/m volt. Követkeő lépésként néük a lég- és felsínhőmérséklet menetét (0. ábra). Ennek alakulását a sugárási aatok, illetve a avekciós hatások alakítják. Sembetűnő, hogy a infra-hőmérővel mért felsínhőmérséklet sokkal hamarabb éri el a maximális értékét, mint a,75 méteres magasságban (a felső sinten) levő hőmérséklet. E annak kösönhető, hogy a levegő a felsín felől melegsik. Nagy volt a napi hőmérsékleti ingás, hiába a tenger köelsége (Dánia minen pontja cc. 60 km-nél köelebb van a tengerhe). Április -én hajnalban fagyott a alsó 3 m-es rétegben, míg április 5-én a felsínhőmérséklet vált fagypont alattivá. A felsín és a levegő köött a éli órákban általában 3 5 C-os volt a ifferencia. A éjsakai és hajnali órákat inveriós rétegőés jellemi (stabilis egyensúlyi helyet). Április 5.-én pélául a hajnali,75 méteres magasságban 4 C; 0,95 méteres magasságban C, míg a talajsinten - C körül alakultak a mért hőmérsékleti értékek. 30 T(,75 m) T(0,95 m) Tfelsín 5 0 5 0 5 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-5 Nap (009. 04. 9 9.) 0. ábra. A felsíni és a két mérési magasságban mért léghőmérséklet menete a expeíció ieje alatt. (A alsó mérési sint április. 0. óráig 0,75 m-en volt) A. ábrán a felsíni-, valamint a talajhőmérséklet, illetve a Campbell-féle levélnevesség-mérő senor aatait ábráoltuk. A felsínről a talaj mélyebb rétegeibe a hő lassan aóik át, et bionyítja a mért hőmérsékleti maximumok iőbeli eltolóása. Eenfelül a mélyebb rétegekbe egyre kevesebb hő jut le; emiatt a 0 cm-es mélységben lévő hőmérséklet csupán 4 5 C-ot váltoik a nap folyamén, amíg a cm-es mélységben 33

T [ o C], Levélnevesség (0 ) mért hőmérséklet napi menetében 0 5 C-os különbségek vannak. Ennek oka a hőtárolás és veetés (Göt és Rákóci, 98). A levélfelület nevesség is jellegetes napi menetet mutat. A éjsaka és hajnal a harmatképőés iősaka. A levelek nevesek, ami a napfelkeltét követően a besugárás, a felhőet és a sélsebesség értékeitől függően különböő sebességgel elpárolog, így nappal, illetve a kora esti órák jelentős résén sára marat. A mérési iősakban nem volt csapaék, így a nappali órákban a levelek is sáraak voltak. E a információ a ökológiai és levegőkémiai moelleők sámára fontos. 30 5 Ts( cm) Ts(5 cm) Ts(0 cm) Ts(0 cm) Tfelsín Levél nevesség 0 5 0 5 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-5 Nap (009. 04. 9 9.). ábra. A felsíni és a ; 5; 0; 0 cm-es mélységben uralkoó talajhőmérséklet és a levélnevesség menete a expeíció ieje alatt (0 sára, neves a levél). A két sinten mért relatív nevesség éjsakai és nappali menete látványosan eltért egymástól, amit a. ábrán mutatunk be. A relatív nevesség napköben jellemően 30 60%, míg a éjféli és hajnali órákban 75 00% köt váltoott. A két mérési sinten a pirkaatot megelőő néhány órában eltérő nevességi visonyok alakultak ki. A alsóbb réteg hőmérséklete hamarabb köelítette meg a kisugárás miatt a harmatpontot, így 7 alkalommal (5-5 perces átlagok) forult elő 00%-os relatív nevesség. A magasabb sinten a maximális relatív nevesség értéke nem halata meg a 95%-ot. A kora élelőtt folyamán a hajnalban képőött harmat a lég- és felsínhőmérséklet emelkeése miatt elpárolog. A felsínköeli légtér a késő élutáni, kora esti órákban volt a legsáraabb. A relatív nevesség napköben jobban váltoott (fluktuált), mint éjsaka, ugyanis a mérés tágabb környeetéből a légmogás könnyebben be tuta sállítani a eltérő nevességű levegőt. 34

sélsebesség [m/s] f [%] 00 90 80 70 60 50 40 f(0,95 m) Nap (009. 04. 9 9.) f(,75 m) 30 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0. ábra. A,75 méteres és 0,95 méteres magasságban mért relatívnevesség váltoása a mérési expeíció során. (A alsó mérési sint április. 0 óráig 0,75 m volt.) A légmogás a mérési iősak elején nappal a felsín köelében, a alsó mérési sinten általában gyenge, míg a 3,5 m-es magasságban mérsékelt erősségű volt (termésetesen a sélsebesség nő a magassággal.). Április 5.-én és 7.-én előbb a élkeleti, maj a élnyugati sél élénkült meg. A 3,5 méteres magasságban elhelyeett Young 053 sélmérő 7 m/s-os sélsebességet mért. Éjsaka a légmogás általában gyenge volt és sélcsen is előforult. A két sinten mért sélsebességet és a átlagos sélirányt a 3. és 4. ábrán kerülnek bemutatásra. 8 7 6 sélsebesség (0,95 m) sélsebesség (3,5 m) 5 4 3 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0 Nap (009.04. 9 9) 3. ábra. A két sinten 3,5 méteres és 0,95 méteres magasságban mért sélsebesség menete a expeíció ieje alatt. (Április. 0. óra után a mérési sint, m lett.) 35

G [W/m ] Sélirány [ ] 360 35 sélirány 70 5 80 35 90 45 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0 Nap (009.04. 9 9.) 4. ábra. A átlagos sélirány menete a expeíció ieje alatt. Egyes iősakokban többsör is jelentősen váltoik a sélirány. Ennek a oka a gyenge váltoó irányú sél. 4.. Turbulens áramok, energiamérleg komponensek A eremények bemutatásának követkeő lépéseként térjünk rá a hőáramok (talajba jutó (G), senibilis (H) és a latens (LE) hőáram) értékeinek a bemutatására. 50 Ts(0-0 cm) Ts(0-8 cm) + lapka 8 cm Ts(0-30 cm) 00 50 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-50 Nap (009.04. 9 9) -00 5. ábra. A G talajba jutó hőáram menete a mérés ieje alatt. A 0-0 cm-es, illetve a 0-30 cm-es réteg hőtárolásának becslése alapján, illetve a felső 8 cm-es réteg hőtárolása és a önkalibráló hőárammérő lapkák aatai alapján. A három móserrel kapott eremények jó egyeést mutatnak. A talajba jutó hőáram (G) napi meneteit a 5. ábrán láthatjuk. A meghatároási móser i.) talajhőáram-mérő lapka, illetve ii.) a egyes alrétegek (cm-es felbontás) 36

talajhőmérsékletet váltoását felhasnáló sámolás jelentős egyeést mutat. 0 W/m -es eltérések csupán éjsaka jelentketek. A április -ei hiegcsepp ténykeése itt is megfigyelhető. A talajba jutó hőáram napi maximális értékei a két felhős napot (04.. és 04. 8.) lesámítva jellemően 90-30 W/m, a éjsakai minimumok peig -40 W/m és -80 W/m köött váltotak. Eek nagy értékek. A sakiroalomban általában a sugárásegyenleg 0%-ával vesik figyelembe a talajba jutó hőáramot. Itt a köel telített talajnevesség, a éppen kikelő, még nem árt tavasi gabona állomány és a magas besugárás lehetnek a magyaráó okok. A különböő móserek esetén a cm-es rétegek hőtárolása alapján becsültük a felsínről a talajba jutó hőáramot. A referencia mósernél, csak a felső 8 cm-es réteg tárolását, illetve a talajhőáram-mérő lapkák alapján kapott, a mélyebb talajrétegek felé irányuló hőáram össegét tekintettük. Elősör alkalmatuk a mérőrenserben a új típusú hőárammérőt. Eért ellenőritük a mérést a hagyományos, egyserűbb becslési móserrel. At feltételetük, hogy 0, illetve 30 cm-es mélység alatt már nem váltoik a talajhőmérséklet a visgált 5 percben. A senibilis és latens hőáram graiens és Bowen-arány móserével történő meghatároásáho meg kellett ani a kisorítási réteg vastagságot (a emelt felsín magassága) sektoronként. A sámításokho a sónikus anemométerrel mért senibilis hőáram solgál referenciaként. Ehhe illestettük a graiens móserrel sámított senibilis hőáramot. A illestő paraméter a kisorítási rétegvastagság. A ereményeket a 6. ábrán mutatjuk be 3 különböő univerális függvény együttes alkalmaásával. ÉNY É 0.8 0.6 graiens Bowen-arány ÉK ÉNY É 0.8 0.6 graiens Bowen-arány ÉK ÉNY É 0.8 0.6 graiens Bowen-arány ÉK 0.4 0.4 0.4 0. 0. 0. NY 0 K NY 0 K NY 0 K DNY DK DNY DK DNY DK D D D 6. ábra. A különböő univerális függvények alkalmaásával sámított kisorítási rétegvastagsága méterben (). A Bowen-arány móserrel sámított nagyobb hőáramok ugyanolyan graiensek mellett kisebb kisorítási rétegvastagságokat anak. (Balról jobbra halava: Dyer (974), Högström (988), Weiinger et.al. (000).) 37

u*[m/s] A Bowen-arány móserrel kisámított hőáramho sintén a paraméteren kerestül illestettük a graiens méréseket. Látható, hogy a graiens móserrel sámolt értékek magasabbak, mint a Bowen-arányal móserhe történő illestéssel kapottak. E érthető, hisen a sónikus anemométerrel kapott hőáramok alapján nem árható le a energiamérleg. Nagyobb hőáram, ugyanolyan graiensek mellet kisebb értékekkel kapható meg. E a hasonlósági elméletből követkeik, s jól péláák a eremények is. A két eset köötti eltérések jellemően 0 0 cm kööttiek. A három univerális függvény együttes (Dyer, 974; Högström, 988; Weiinger et.al., 000) segítségével meghatároott értékek visonylag köel vannak egymásho. Jól látsik a vegetációk köti különbség: a alacsony cc. 0 5 cm-es tavasi gabona és a 80 cm körüli átlagos magasságú repce köött (Vessük össe a., 3., 6. és a. ábrát!) A követkeőkben a sónikus anemométer alapján, illetve a graiens és a Bowen-arány móserből sármaó u * értékeit a 7. ábrán semléltetjük. A sámaatokban kisebbnagyobb eltérések jelentketek. Általánosságban elmonható, hogy a Bowen-arány móser ata a legnagyobb u * értékeket. Április 4-én, 5-én, 7-én és 8-án minhárom móser u * értékei nagyok, hisen nagy volt a sélsebesség (erős mechanikus turbulencia). u* (sónikus) 0.9 u* (graiens) 0.8 u* (Bowen-arány) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0. 0. 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0 Nap (009.04. 9 9.) 7. ábra. A három móserrel (sónikus anemométer, graiens móser, Bowen-arány móser) meghatároott u * értékeinek a menete a mérési expeíció alatt, Dyer (974) alapján. A senibilis hőáram (H) iőbeli váltoását a 8. ábrán láthatjuk. A nappali maximális értékei jellemően 00 00 W/m kötiek. Éjsaka a graiens móser és a sónikus anemométer által mért aatokból sámolt áram értéke legtöbbsör a 0 és 50 W/m -es intervallumban mogott, e néha 70 W/m -es érték is előforult. A Bowen-arány 38

LE [W/m ] H [W/m ] móserével meghatároott senibilis hőáram minimális éjsakai értékei egy-egy esetet lesámítva -0 W/m körül alakultak. Itt nagyok a eltérések. 300 50 00 H (sónikus) H (graiens) H (Bowen-arány) 50 00 50 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-50 Nap (009.04. 9 9) -00 8.ábra. A senibilis hőáram értékének váltoása a expeíció ieje alatt, Dyer (974) alapján. A latens hőáramra (LE) napi menete a 9. ábrán láthatjuk. Itt irekt árammérések nem voltak. A graiens móser és a Bowen-arány mósere által meghatároott értékek menete hasonló. Termésetesen a Bowen-arány móserrel aótak a nagyobb értékek A éjsakai órákban a Bowen-arány móser a éjféli, míg a graiens móser a hajnali órákra tette a latens hőáram minimumát, a értékek eltérőek, e éjsaka lévén kis absolút értékűek. A Bowen-arány sajátosságát figyelembe véve nem meglepő, hogy a latens hőáram minimális értékei: LE gra : 65 0 W/m, LE Bowen : 0 és 0 W/m köt váltotak. A maximális értékek 40 60 W/m körül alakultak. 300 50 00 50 00 50 LE (graiens) LE (Bowen-arány) 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-50 Nap (009.04. 9 9) -00 9. ábra. A latens hőáram (LE) menete graiens és Bowen-arány móserrel, Dyer (974) univerális függvényével. 39

Rn, G, H, LE, Delta [W/m ] Rn, G, H, LE, Delta [W/m ] A turbulens áramok bemutatása után a követkeő két ábrán (0. és. ábra) a energiamérleg leárását elemeük Dyer (974) univerális függvényeit alkalmava. (E terjet el a nyomanyag ülepeés moelleésében, s séles körben alkalmaák a légköri moellekben is a felsínköeli réteg parametriálásában is.). Néük a graiens móser alkalmaását. A leárási tag (Δ) nem más, mint Rn G H LE. A 0. ábrán látható, hogy a nappali órákban nagy a bionytalanság, -60 és 0 W/m köötti. Megjegyeük, hogy a teljes leárás 77%-os, ami elfogaható más haai és külföli mérésekkel össehasonlítva, tehát nem mérési, vagy sámítási hibáról van só. 500 Rn G H LE Delta 400 300 00 00-00 -00 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0 Nap (009.04. 9 9.) 0. ábra. A felsíni energiamérleg komponensei és a leárási tag menete a ániai mérési expeíció során. A turbulens áramokat graiens móserrel sámoltuk Dyer (974) univerális függvényével. 500 Rn G H LE Delta 400 300 00 00 0 09 0 3 4 5 6 7 8 9 0-00 -00 Nap (009.04. 9 9). ábra. A felsíni energiamérleg komponensek menete a Bowen-arány móserrel. 40

H (graiens) [W/m ] u* (graiens) [m/s] A Bowen-arány mósere során a leárás teljes, emiatt ott nincs értelme leárási tagról (Δ) besélni. Iga, ennek ára van, ugyanis a sónikus anemométerrel kapottnál nagyobb áramokkal, így nagyobb turbulens iffúiós együtthatókkal olgounk. A nyomanyag áramok (itt a ammónia áram) is nagyobbak lesnek, különösen labilis rétegőés esetén. Nagyobb inamikus sebesség, hőmérséklet és specifikus nevesség értékekkel sámolhatunk (u *, T *, q * ). 0.9 0.8 0.7 Dyer (974) Högström (988) Weiinger et al. (000) Linear (Dyer (974)) 0.6 0.5 0.4 0.3 y = 0.96x R = 0.7706 0. 0. 0 u* (sónikus) [m/s] 0 0. 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9. ábra. A graiens móser által sámolt u* össevetése a sónikus anemométerével. 00 50 y = 0.9895x R = 0.73 00 50 H (sónikus) [W/m ] 0-00 -50 0 50 00 50 00-50 -00 Dyer (974) Högström (988) Weiinger et al. (000) Linear (Dyer (974)) 3. ábra. A graiens móserrel sámolt senibilis hőáram (H) össevetése a sónikus anemométer aataiból sámított értékekkel. 4

A követkeő lépésként a általunk alkalmaott három univerális függvény együttessel kapott ereményeket hasonlítjuk össe (. és 3. ábra). Minhárom móser sinte egyformán jól alkalmaható, kicsi a kötük levő eltérés. E látsik a sónikus anemométerrel kapott hőáramokho való illestés jóságának a visgálatánál. A jó illeskeés perse itt termésetes, e a inamikus sebességnél is hasonló korrelációs együtthatókat kapunk. A egyes 5 perces aatokat figyelve aonban már jelentős eltérések aóhatnak a sónikus anemométerrel sámított és a graiens móserrel illestett értékek köött. Minkét esetben egy kissé fölé becsült a graiens móser. 4. ábra. A április -én ajló trágyáás a expeíció mérési helysínén. Végeetül a ammónia fluxusának mentét mutatjuk be különböő móserekkel (sónikus anemométer, graiens és Bowen-arány) és különböő univerális függvényekkel sámolva a 5. ábrasoron. A sónikus anemométer aataira támaskoó, illetve a graiens móser segítségével meghatároott értékek a vártnak megfelelően jó egyeést mutatnak. A Bowen-aránnyal sámolt aatok a korábban említett megemelt hőáramok és a nagyobb impulusáramok miatt magasabb áramokat solgáltatnak. Nincs jelentős eltérés a különböő univerális függvények alkalmaásánál. 4