Megfigyelési módszerek TGBL1116 Meteorológiai műszerek Bíróné Kircsi Andrea Egyetemi tanársegéd DE Meteorológiai Tanszék Debrecen, 2008/2009 II. félév 1. Műszeres megfigyelés közvetlen (adott légrétegben kell lennie aműszernek) közvetett (távérzékelés) 2. Műszer nélküli ÉSZLELÉS (vizuális) (pl. látástávolság) Időjárási Világszolgálat 1963 WWW (World Weather Watch) - Időjárási Világszolgálat; Három alrendszere: Globális Megfigyelő Rendszer (GOS) Globális Távközlő Rendszer Globális Adatfeldolgozó Rendszer Globális Megfigyelő Rendszer Földbázisú megfigyelések Földfelszíni állomások megfigyelései - szárazföldi és tengeri állomások, Magaslégköri állomások - léggömbök, rakéták által szállított szondák, repülőgépek, radarállomások szinoptikus elv szerinti mérések (egyidejű áttekintés) szinoptikus főterminusok (00:00, 06:00, 12:00, 18:00 GMT); szinoptikus mellékterminusok (03:00, 09:00, 15:00, 21:00 GMT) Űrbázisú megfigyelések kvázipoláris pályán mozgó műholdak geoszinkron pályán mozgó műholdak Űrbázisú megfigyelések 1
Űrbázisú megfigyelések WMO állomás osztályozása: Szinoptikus állomás szinoptikus elv Éghajlatkutató állomás azonos napállás szerint mérés naponta többször, vagy csak 1x pl. csapadékmérő Agrometeorológiai állomás mezőgazdasági kutatások, növényfenológiai megfigyelések, hő- és vízháztartás összetevői Repülésmeteorológiai állomás repülés biztonsága Különleges rendeltetésű állomások radarállomás, viharjelző, műholdkövető,. Ezen állomásfajták viszonylagos fontossága országrólországra változik (számuk, sűrűségük eltérő lehet). Állomástípusok Lehet nemzetközi vagy nemzeti. A nemzetközi állomások tovább csoportosíthatók. Regionális szinoptikus hálózat állomásai: felszíni és magas légköri szinoptikus megfigyeléseket végeznek. Automatikus megfigyelő állomások: szárazföldön üzemelő személyzet nélküli állomások. Óceáni veszteglő hajók, óceáni mérőplatformok: adott helyen folyamatos mérést folytató hajók és lehorgonyzott platformok, melyek meghatározott és igen komplex mérési feladatokat hajtanak végre, illetve adatokat szolgáltatnak a műholdak kalibrációjához. Földbázisú megfigyelések Állomástípusok Kutatóhajók és speciális célokat szolgáló hajók: hosszabb ideig egy bizonyos területen tartózkodnak, és ott különleges mérési programot hajtanak végre. Közlekedő hajók: kereskedelmi és egyéb hajók, melyek útjuk során meghatározott rend szerint meteorológiai megfigyeléseket hajtanak végre; 7000 ilyen hajó van. Automatikus óceáni állomások: lehorgonyzott illetve az áramlatokkal sodródó bójákon működő automata állomások, az adatokat műholdakon keresztül továbbítják. Háttérszennyezést mérő állomások: szennyezéseket mérik, a mesterséges szennyeződésektől leginkább mentes területeken. Állomástípusok Speciális állomások: valamilyen speciális programot hajtanak végre (napsugárzás összetevői, elektromágneses hullámok terjedését, radarmegfigyelések, stb.). Repülőre telepített állomások, illetve meteorológiai ballonok: A repülőre telepített állomások a rendszeresen közlekedő repülőgépekre telepített állomások. A léggömbök, pedig adott magasságban követik a légáramlásokat, és ez által szolgáltatnak adatokat. A nemzeti mérőhálózatok számára is szolgáltatnak adatokat ezen felsorolt állomások, melyeket mindig az adott ország üzemeltet. Regionális szinoptikus hálózat állomásai általában kiemelt szerepet töltenek be egy ország mérőhálózatában; illetve hasonló tevékenységet ellátó állomásból egy ország többet is fenntart, mint a nemzetközi elvárás lenne. Többféle, eddig nem sorolt állomás is létezik a nemzeti hálózatokban. 2
Földbázisú megfigyelések Globális Távközlő Rendszer Feladata, hogy az országos meteorológiai központok által rendszeresen összegyűjtött aktuális megfigyelési adatokat a kiépített távközlési csatornákon át eljuttassa a regionális, illetve világközpontokba. Világközpontok: Melbourne, Moszkva, Washington Ahhoz, hogy a meteorológiai adatokat hatékonyan és lehetőleg egyértelmű formában lehessen nemzetközileg cserélni, szükség volt egy megfelelő és nemzetközileg egységes - "nyelv" kidolgozására. A szárazföldi állomások szinoptikus jelentéseit az ún. SYNOP kód formájában, a tengerjáró hajók jelentéseit pedig az ún. SHIP kód formájában továbbítják. Globális Adatfeldolgozó Rendszer A regionális és világközpontok a naponta beáramló hatalmas adattömeget feldolgozzák, elkészítik a meteorológiai mezők ún. analízistérképeit. A meteorológiai világközpontok és a regionális központok nagyteljesítményű y szuperszámítógépek p segítségével előállítják a legalább négy napos érvényességű prognosztikus térképeket. Feladatok időbeli csoportosítása: Operatív feladatok (real-time): időjárás előrejelzés (versenyfutás az idővel); illetve Regisztratív feladatok (non-real-time): éghajlati adatfeldolgozás (ütemezett). Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) Fejlődésének mérföldkövei 1780 óta Buda (Budapest) lényegében folytonos adatsorral rendelkezik 1850 megalakul az Osztrák Meteorológiai Intézet, a hazai modern hálózat kiépülésének kezdete 1870 - Magyar Királyi Országos Meteorológiai és Földdelejességi Intézet megalakulása 3
Fejlődésének mérföldkövei 1891 azidőjárási előrejelzések és a napi időjárás jelentések rendszeres kiadása 1897 azidőjárás c. folyóirat megjelenése 1900 700 állomásból álló hálózat, 1911-ben 1400 fölötti 1925 magas légköri megfigyelések elindítása 1927 azelső szonda fellövése II. világháború során ideiglenes intézet Debrecenben (vezetője: Berényi Dénes) 1945 az ELTE Meteorológiai Tanszéke megalakul 1950 A geofizikai részleg leválik Országos Meteorológiai Intézet Fejlődésének mérföldkövei 1970 Szervezeti és névváltoztatás (OMSZ) Központi Meteorológiai Intézet Központi Előrejelző Intézet Központi Légkörfizikai Intézet 1975-84 országos radarhálózatat kiépítése (automatizálása 1985-re ért véget) 1989-től gazdasági és szervezeti átalakítások Az OMSZ alapvető feladatai A meteorológiai és levegőkörnyezeti mérő- és megfigyelőrendszer működtetése; A meteorológiai és levegőkörnyezeti egőkörn e eti adatok gyűjtése, rendszerezése, elemzése; Időjárás-előrejelzés készítése. OMSZ állomástípusai: Meteorológiai főállomás, vagy szinoptikus főállomás: állandó, szakképzett személyzet mérési programját tekintve legsokoldalúbb: szinte minden meteorológiai elem, időjárási jelenség megfigyelése; óránkénti észlelés; szabványos műszerkert; adatok óránkénti továbbítása kódolva. Éghajlati állomások, vagy klímaállomások: tudományos munkatársakból álló személyzet; mérési programját tekintve a fő irányvonal: hőm., csap. + légnedv., szél, talajhőm.; észlelés a főterminusokban; adatok havonkénti kódolt továbbítása. Csapadékmérő állomás: kb. 900 állomás, naponta egyszeri csapadékmérés (06 GMT). Magyarországi megfigyelőhálózat Az OMSZ által üzembetartott állomástípusok 1. Meteorológiai főállomás, Szinoptikus főállomás (MILOS 500) 1. 1. MILOS 500-al szerelt állomás, ahol észlelést is végeznek Észlelés 10 percenként klíma jellegű, 1 óránként szinoptikus megfigyelés Mindemellett egyéb berendezéseket is tartalmazhat, és speciális méréseket is végezhetnek. Állandó, szakértő személyzet (technikusok), elsősorban az automata karbantartására. 24 ilyen állomás van. 4
Megfigyelt paraméterek hőmérséklet, légnyomás, légnedvesség, maximum és minimum hőmérséklet, radiációs minimum hőmérséklet, csapadék, hó vastagság, szélirány - erősség időkép, időjárás, felhőzet, látástáv, talajállapot, sugárzás (hosszú be-, ki-, rövid be-, kisugárzás) speciális jelenségek megfigyelését. Az OMSZ által üzembetartott állomástípusok 1.2. MILOS 500-al szerelt állomás, ahol észlelők nem dolgoznak Észlelés 10 percenként klíma jellegű, 1 óránként szinoptikus Nem tartalmaz vizuális észleléseket. Nincs állandó, szakértő személyzet (technikusok). Az automata karbantartása rendszeres, de állandó felügyeletet nem igényel. 11 ilyen állomás van. Az OMSZ által üzembetartott állomástípusok 2. Éghajlati állomások (QCL 50 automatával) 2000-ig 55 ilyen automatát állítottak fel; ezek a következő paraméterek megfigyelését végzik: Szélsebesség, szélirány, léghőmérséklet, légnedvesség, talajfelszín hőmérséklete, talajhőmérséklet (5, 20, 50cm) csapadék (mennyiségi és igen nem). Az észlelés 10 percenként kerül továbbításra, csak belföldi használatra, és elsősorban klimatológiai célból. Emberi felügyelet csak ritkán, karbantartási célból szükséges. Az állomások elzárt területeken vannak, főleg állami épületek területén, nemzeti parkokban, oktatási intézményekben. A MILOS 500 és a QCL 50 mérési automaták elérhető pontosságai Mért paraméter Elérhető pontosság MILOS 500 QCL 50 Szélsebesség ±0,1 m/s + + Szélirány 5.6 + + Léghőmérséklet ± 0,1 C és ±0,3 C + + Légnedvesség ± 3% + + Talajfelszín hőmérséklete ± 0,1 C és ±0,3 C + + Talajhőmérséklet ékl (5, 20, 50 cm) ± 01 C 0,1 C + + Csapadék ±3% + + Csapadék detektor + + Globálsugárzás ±2% + Légnyomás ± 0,3 mbar + UV-B sugárzás ±5% + Bitt-szonda (gamma dózis) + Jelen idő szenzor + Az OMSZ által üzembetartott állomástípusok 3. Csapadékmérő állomások Hozzávetőlegesen 800 ilyen állomás üzemel. 06:45 órakor csapadékmérést hajtanak végre. Ezek még a régi rendszer szerint működnek, egy észlelő van, és ő küldi el havonta a mért csapadékértékeket. A megfelelő állomássűrűség elérése érdekében van szükség az ilyen típusú állomásokra. Az OMSZ által üzembetartott állomástípusok 4. Obszervatóriumok Speciális programokkal rendelkeznek, sok esetben egybeesnek egy meteorológiai főállomással; kutatóhelyek is lehetnek, azaz az észlelést közvetlenül (helyileg ugyanott) követi a kiértékelés. 4.1. Időjárási radarállomások Budapest Pestszentlőrinc, Pogányvár, Nyíregyháza-Napkor. Időjárási radarberendezés segítségével, zivatardetektálást és területi csapadékmérést végeznek, valamint figyelemmel kísérik az időjárási folyamatokat. 4.2. Szinoptikus magaslégkör kutató állomások Vagy aeorológiai obszervatórium. Magassági légállapot és szélméréseket végeznek Budapesten és Szegeden. 4.3. Egyéb speciális állomások Agrometeorológiai (Szarvas, Kecskemét, Martonvásár,), növényfenológiai, városklimatológiai, háttérszennyezés mérő, viharjelző állomás (Balaton) és más különleges feladatot ellátó állomás. Ezek egy jelentős része időleges. 5
Az OMSZ által üzemben tartott állomástípusok Meteorológiai megfigyelések eszközei WMO Commission for Instruments and Methods of Observation (CIMO) határozza meg az egységes követelményeket. Mérések minősége különös fontosságú: Adatok homogenitását, összehasonlíthatóságát határozza meg. WMO regionális központjai Regional Instrument Centres (RICs) tartanak fenn - standard műszerek Nemzetközi műszer összehasonlítás helyszínei: Algiers (Algeria), Cairo (Egypt), Nairobi (Kenya), and Gaborone (Botswana) RA I Beijing (China) and Tsukuba (Japan) RA II Buenos Aires (Argentina) RA III Bridgetown (Barbados), San José (Costa Rica), and Mount Washington (United States) t RA IV Manila (Philippines) and Melbourne (Australia) RA V Trappes (France), Bratislava (Slovakia), and Ljubljana (Slovenia) RA VI Sugárzásmérők kalibrációja World Radiation Centre (WRC) Davos, Switzerland World Radiation Data Centre (WRDC) St. Petersburg, Russian Federation Regionális központok: Budapest (Hungary) Davos (Switzerland) St. Petersburg (Russian Federation) Norrköping (Sweden) Trappes/Carpentras (France) Uccle (Belgium) Lindenberg (Germany) Mérések reprezentativitása - légköri folyamatok méretei Mikrolépték (< 100 m) for agricultural meteorology, e.g. evaporation; Toposkála, vagy lokális lépték (100 m-3 km), e.g. air pollution, tornadoes; Mezoskála (3-100 km), e.g. thunderstorms, sea and mountain breezes; Makroskála (100-3 000 km), e.g. fronts, various cyclones, cloud clusters; Planetáris skála (larger than 3 000 km), e.g. long upper tropospheric waves. Meteorológiai műszerkert Elhelyezése, kitettsége a mérendő adatok reprezentativitását határozza meg. Szinoptikus és éghajlatkutató állomás kültéri műszereit 25 m x 25 m területnél kisebb területen kell elhelyezni. Tipikus műszerkert kisebb 6x9, vagy 7x10m terület 6
Meteorológiai műszerkert Szinoptikus állomásoknak szinoptikus (makro) léptékben kell reprezentatívnak lenni É-D tájolású műszerkert nyílt területen Rövid füves talaj, alacsony érdességű hely (z0=0,003m) Környező akadályok (fák, épületek, falak) magasságuknak legalább 2-4x távolságra helyezzék el a műszerkertet. Műszerkerten belül a műszerek elhelyezésének szabályai vannak Meteorológiai műszerkert Napfénytartam-, sugárzásmérés, szélirány- és szélsebesség-, illetve csapadékmérésnél különös fontosságú a kitettség. Nyílt íltterület ültkll kell az árnyékhatás ékhtá miatt itta sugárzás és szélmegfigyelésekhez. Csapadékmérés esetén hibaforrás a túl nyitott terep. Meteorológiai műszerkert Felhőzet és látástávolság észlelésekhez célszerű a nyílt tér, a tág látóhatár, ahol a horizont nem korlátozott. Éjszakai megfigyelésekhez (látástávolság) pedig a nem célszerű a terület extrém megvilágítása Tengerparton esetén a parti sziklafal okozhat hibát a szélsebesség megfigyelésekben 7
Meteorológiai műszerkert Elnevezés a legközelebbi településről Földrajzi koordináták:(wgs 84-EGM96) World Geodetic System 1984,vagy Earth Geodetic Model 1996 (WGS 84-EGM96) Tengerszint feletti magasság: csapadékmérő, a hőmérőházikó, vagy légnyomásmérő tengerszint feletti magassága, vagy átlagos tszfm Kulcsproblémák az automata állomásokkal Új mérőrendszer, új szenzorok Párhuzamos mérések Metadatok gyűjtése Adatminőség, homogenitás Folyamatosság biztosítása Klimatikus követelmények teljesítése a kezdetektől Új rendszer hatása Megoldás: párhuzamos mérések Temp ( C) Annual mean max and min temperatures at Lord Howe Island 23.0 22.0 21.0 20.00 19.0 Site relocation 18.0 17.0 16.0 15.0 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 Megoldás: párhuzamos mérések Megoldás: adatok az adatokról - metadata Metadata gyakran nem teljes, nem elérhető, kevés adat áll rendelkezésre Jó minőségű metaadatokhoz folyamatos hozzáférést kellene biztosítani: Adatelemzésekhez Minőségellenőrzéshez Állomások minősítéshez, kiválasztásához pl.rcs, RBCN, GSN Hálózat monitorozásához megrendelők és nemzetközi követelmények teljesítéséhez Éghajlati rekordok felismerése és kalibrálásához 8
Megoldás: adatok az adatokról - metadata Meteorológiai állomás kitettsége Műszerek ellenőrzése Évente 2x Helyszínben és kitettségben történt változások dokumentálása Műszerek rendszeres összehasonlítása, helyi standardokkal Kitettségre érzékeny műszerek esetén a környezet rendszeres ápolása, tisztítása Elvárható kritériumok a műszerekre Ismert legyen a pontossága, bizonytalansága; Stabilitás, megbízhatóság; Konvencionális i működés, kalibrálás és szervizelési lehetőségek; Egyszerű felépítés; Tartósság robosztus felépítés; Elfogadható ár; Iróberendezések, adatgyűjtők Forgódob időbeli pontossága Papír és tinta Mechanikus alkatrészek védelme Elektronikus jelek továbbítását zavaró tényezők kiszűrése sugárzás stb Elektronikus adatgyűjtők esetén a hideg elleni védelem fontos Megfigyelések időpontjai Észlelés hivatalos időpontja a barométer leolvasásának időpontja Nemzetközi megállapodás alapján UTC, vagy GMT Magyarországon 1966 január 1-től egységesítették az észlelési időpontokat (MEZ-Közép európai idő) 9
Időzónák Magyarországi észlelési időpontok Főterminus: 06:45 12:45 18:45 00:45 Mellékterminusok: 03:45 09:45 15:45 21:45 Köszönöm a figyelmet! Bíróné Kircsi Andrea kircsia@delfin.klte.hu http://meteor.geo.klte.hu 10