Sarkadi Noémi, Geresdi István PTE TTK, Szentágothati Kutatóközpont, Budapest, 2012. november 22-23. 38. Meteorológiai Tudományos Napok A szilárd halmazállapotú csapadékelemek olvadásának számítógépes modellezése
Az előadás vázlata Bevezetés Az olvadás folyamata, modellezési lehetőségei A modell részletes mikrofizika Érzékenységi vizsgálatok hó olvadás graupel olvadás ónos eső képződés Összegzés További tervek 2012.11.27. 2 38. Meteorológiai Tudományos Napok, MTA Budapest
Bevezetés Motiváció 2012.11.27. 3 38. Meteorológiai Tudományos Napok, MTA Budapest
Az olvadás folyamata, modellezési lehetőségei 0 C izoterma olvadás. Labor vizsgálatok: 4 C. A jégfázis olvadásának idealizált modellje (Mason, 1956): nincs lesodródás, nincs cirkuláció Laboratóriumi megfigyelések (Rasmussen et al, 1984): lesodródás mérettől függően Radar megfigyelések (Battan-Bohren, 1952): bright band Forrás: Mason, Q.J.R. Meteorol. Soc., 1956 Forrás: https://www.meted.ucar.edu 2012.11.27. 4 Forrás: http://www.biral.com/content/mrr_brightband
Az olvadás folyamata, modellezési lehetőségei Modellezés: Idealizált esetben a 0 C izoterma elérése után azonnali olvadás. Időtől és esési sebességtől függő modellek Különböző parametrizációs eljárások: Bulk modellek (bulk parameterization) Részletes mikrofizika (bin schemes, detailed microphysics) 2012.11.27. 5 38. Meteorológiai Tudományos Napok, MTA Budapest
Részletes mikrofizikai modell Levegőoszlop, 1D, Δz = 50 m, Δt = 1 s. Dinamika elhanyagolása; környezettel való kölcsönhatás: vízgőz, hőmérséklet Részletes mikrofizika: 36 méretintervallum (vízcseppek, hópelyhek, graupel) Prognosztikai változók: vízcseppekre: koncentráció, keverési arány hópelyhekre: koncentráció, keverési arány, olvadt víz keverési aránya hódara részecskékre: koncentráció, keverési arány, olvadt víz keverési aránya származtatott paraméter: olvadási arány megolvadt_ víz hó/ hódara 38. Meteorológiai Tudományos Napok, 2012.11.27. 6 MTA Budapest q q
Részletes mikrofizikai modell Figyelembe vett folyamatok: diffúziós növekedés ütközések, összeolvadás fagyás/újrafagyás olvadás: nincs lesodródás! ónos eső (visszafagyó hópelyhek jégmaggal nincs ónos eső) Forrás: R. Michael A.L. Stuart, Environ. Res. Lett. 4, 2009 38. Meteorológiai Tudományos Napok, 2012.11.27. 7 MTA Budapest
Érzékenységi vizsgálatok Olvadási folyamatok hatásai: a) hőmérsékleti profil b) relatív nedvesség Kezdeti feltételekre való érzékenység: a) nedves adiabatikus hőmérsékleti rétegződés b) inverziós helyzet c) eltérő keverési arányok 2012.11.27. 8 38. Meteorológiai Tudományos Napok, MTA Budapest
logn [ m -4 ] logn [ m -4 ] Eredmények (1) Hópelyhek olvadása Vízcseppek méret szerinti eloszlása logaritmikus skálán a felszínen Vízcseppek méret szerinti eloszlása logaritmikus skálán 2000 m magasságban t = 10 perc t = 20 perc t = 30 perc t = 40 perc t = 50 perc t = 60 perc t = 10 perc t = 20 perc t = 30 perc t = 40 perc t = 50 perc t = 60 perc 10-4 10-3 log(r) [ m ] log(r) [ m ] 38. Meteorológiai Tudományos Napok, 2012.11.27. 9 MTA Budapest
N [m -4 ] log(n) [m] N [m -4 ] log(n) [m] Olvadási arány N [m -4 ] log(n) [m] Olvadási arány Olvadási arány Eredmények (2) Hódara/graupel olvadása 6x10 5 h = 3000 m 5x10 5 4x10 5 3x10 5 2x10 5 1x10 5 10-1 0 10-5 3,0x10-3 10 6,0x10-4 -3 9,0x10-3 -3 1,2x10-2 log(r) [ m ] r [ m ] t = 5 min t = t 5 = min 30 min t = 60 min N felszín N h = 2000 m N h = 3000 m Fr felszín Fr h = 2000 m Fr h = 3000 m 4x10 5 t = 30 min h = 2000 m 3x10 5 2x10 5 10-1 1x10 5 10-2 4x10 5 3x10 5 2x10 5 0 3,0x10-3 6,0x10-3 9,0x10-3 1,2x10-2 h = 1000 m t = 60 min 1x10 5 10-1 0 2012.11.27. 10-5 3,0x10-3 10 6,0x10-4 -3 9,0x10-3 -3 1,2x0-2 r [m] log(r) [m]
logn [ m -4 ] Olvadási arány logn [ m -4 ] Olvadási arány logn [ m -4 ] logn [ m -4 ] logn [ m -4 ] Olvadási arány logn [ m -4 ] Olvadási arány Eredmények (3) Inverziós helyzet (1) Hópelyhek méret szerinti eloszlása és olvadási aránya 1000 m magasságban a 30. percben 10 4 konc. olv. arány Hópelyhek méret szerinti eloszlása és olvadási aránya 1500 m magasságban az 5. percben 10 5 konc. olv. arány Vízcseppek méret szerinti eloszlása a felszínen különbözõ idõpontokban t = 5 perc t = 10 perc t = 15 perc t = 20 perc t = 25 perc t = 30 perc 3,0x10-3 6,0x10-3 9,0x10-3 1,2x10-2 r [ m ] Vízcseppek méret szerinti eloszlása különbözõ idõpontokban 1500 m magasságban 10 4 3,0x10-3 6,0x10-3 9,0x10-3 1,2x10-2 r [ m ] t = 5 perc t = 10 perc t = 15 perc t = 20 perc t = 25 perc t = 30 perc 10 5 Hópelyhek méret szerinti eloszlása és olvadási aránya 1500 m magasságban a 15. percben konc. olv. arány 10 5 Hópelyhek méret szerinti eloszlása és az olvadási arány 1500 m magasságban a 30. percben konc. olv. arány 10 4 log(r) [ m ] 10 4 log(r) [ m ] 3,0x10-3 6,0x10-3 9,0x10-3 1,2x10-2 r [ m ] 3,0x10-3 6,0x10-3 9,0x10-3 1,2x10-2 r [ m ] 11
logn logn Olvadلsi arلny logn logn logn Olvadلsi arلny logn logn Hópelyhek méret szerinti eloszlása és Vízcseppek méret szerinti eloszlása az olvadási arány különbözõ idõpontokban különbözõ magasságokban, eltérõ idõpontokban Eredmények (3) Inverziós helyzet (2) eltérõ magassági szinteken felszín 10 5 konc. olv.arلny 10 6 h = 500 m h = 1500 m t = 15 perc 10 4 h = 1500 m t = 5 perc 10 5 10 4 logr logr h = 1000 m 5,0x10-4 x10-3 1,5x10-3 2,0x10-3 r (m) 5,0x10-4 x10-3 1,5x10-3 2,0x10-3 h = 1250 m r (m) 10 6 h = 1500 m t = 30 perc h = 1250 m t = 30 perc 10 5 logr logr h = 1500 m 10 4 5,0x10-4 x10-3 1,5x10-3 2,0x10-3 r (m) t = 5 perc t = 10 perc t = 15 perc t = 20 perc t = 25 perc r (m) t = 30 perc 5,0x10-4 x10-3 1,5x10-3 2,0x10-3 2012.11.27. 10-5 10-4 2-3 logr
Következtetések, eredmények összefoglalása, további tervek Az eredmények összefoglalása/következtetések: (i) (ii) az olvadás jelentősen befolyásolja a hőmérsékleti rétegződést; érzékenység a relatív páratartalomra; (iii) a lesodródás elhanyagolása miatt jóval kevesebb eső; (iv) ónos eső: a) kezdeti keverési arány, méret szerinti eloszlás b) újrafagyás kezelése (hódara-hó átmenetek) További kutatási tervek: az ónos eső képződésének részletesebb vizsgálata radar képek a modelleredmények verifikálása 2D modell dinamikai hatások 2012.11.27. 13
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!