Geosztrófikus Aktuális A planetáris határréteg szerkezete, felszín-légkör kölcsönhatások Weidinger Tamás 1. Mi a mikrometeorológia? 2. A PHR szerkezete Tartalom 3. A légköri hidro-termodinamikai egyenletrendszer, lezárási hipotézisek 4. A keveredési rétegvastagság modellezése ELTE Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék 5. A felszínközeli réteg turbulens kicserélıdési folyamatai, a fluxusmérések módszertana 6. Ajánlott témakörök A szerzı köszönetet mond a és a a TÁMOP-4.2.1.B-11/2/KMR-2011-0001 pályázat támogatásáért A Föld-légkör rendszer energiaháztartása A párolgás a Napból jövı energia 23%-a, a szenzibilis hıszállítás pedig a 7%-a A nagyskálájú idıjárási jelenségek, illetve az általános cirkuláció mozgásrendszereinek fejlıdéséhez szükséges energia túlnyomórészt a planetáris határrétegen keresztül kerül a légkörbe. (Arya, 1988) A mikro- és mezoskálájú folyamatok fejlıdésében a felszín mint termikus és mechanikus kényszer szerepét, energiaháztartását, a turbulens kicserélıdési folyamatok jelentıségét, természetességénél fogva nem kell külön hangsúlyozni. A planetáris határréteg szerkezete A konvektív határréteg jellegzetes profiljai z z(m) 2000 Szabad Légkör Felhõréteg Beszívási zóna Szabad légkör Felsı inverzió Beszívási zóna Beszívási zóna 1000 Átmeneti réteg Keveredési réteg Konvektív határréteg Felszíni réteg Konvektív Stabil (éjszakai) határréteg határréteg Felszíni réteg Felszíni réteg Felszíni réteg Dél Napnyugta Éjfél Napkelte Dél Θ u c r
Tényleg, hogy fúj a szél? A stabilis határréteg jellegzetes profiljai z Szabad légkör Megmaradó beszívási zóna Aktuális Átmeneti réteg Geosztrófikus Stabil (éjszakai) határréteg Θ u A nappali és az éjszakai határréteg szerkezete. Milyen különbségeket látunk? Miért hasonló szerkezető a földi és a marsi határréteg? u, u, v, v, w, w, p, p, T, T, ρ, ρ, ρ v,, q ρ v /ρ /ρ ΘT(p 0 /p)r/cp A termodinamikai egyenlet: A kontinuitási egyenlet: dθ Θ 1 dq. dt T c p dt dρ ρdiv V. dt A vízgızre vonatkozó kontinuitási egyenlet: Az állapotegyenlet: dq 1 M. dt ρ p p α RT ρ _ x x+ x', y y+ y', x x, y ' 0 xy x y+ x' y' x x s s Lezárási probléma A meteorológiai elırejelzésekben az átlagértékek idıbeli változását vizsgáljuk, erre írunk fel egyenleteket DE megjelennek a második momentumok is. Több az ismeretlen, mint az egyenlet Le kell zárni az egyenletrendszert. n-ed rendő lezárás n-ed rendő momentumokat használunk.
A turbulens kicserélıdés A határréteg szerkezet mérése pilótanélküli repülıgéppel Fluxus c c w w c ** u ** K ( c // z) Hasznos teher: 3 kg Tervezett szenzorok: GPS, 3D pozíció mérése hımérséklet, nedvesség, légnyomás,szélsebesség, Sugárzás, infrahımérséklet, aeroszol mintavevı Tesztrepülés 2012 VI. negyedév Ha a talaj ill. ill. növényzet az az adott tulajdonság nyelıje Együttmőködés a Nemzeti Közszolgálati Egyetem Katonai Repülı és Légvédelmi Tanszék Repülésmeteorológiai Laboratóriumával 2012-2013. TÁMOP-4.2.1.B-11/2/KMR-2011-0001 Kritikus infrastruktúra védelmikutatások A projektaz Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásávalvalósul meg. Példák UAV alkalmazásra: Carlo T200 (University Braunschweig, Spiess et al., 2007) Tervezett meteorológiai mőszer-együttes Mért mennyiség Mőszer típusa Ár [Ft] Hımérséklet, relatív nedvesség Vaisala HMP50 (Campbell) 105 000 Hımérséklet, relatív nedvesség SHT75, digital humidity and temp. 10 000 Pillanatnyi hımérséklet Vékonyfilm termoelem 21 000 Infra hımérséklet MLX90614 infra hımérı 11 500 Nyomásmérı MEMs Barometric Pressure sensor 7 000 Sugárzás mérleg komponensek IESRE Two-channel reflectometer 35 000 Szélsebesség Airspeed V3 microsensor 18 000 Szélsebesség pillanatnyi értéke 5 pontos nyomás-mérı fejlesztés 380 000 Aeroszol mintavevı M-Dust II 128 000 Pozíció és helyzetjelzı D2523T Helical GPS, DIYDrones 66 000 Sugárzásmérı Sebességmérı Infra hımérı Vékonyfilm hıelem A mikrometeorológia, mint alkalmazott tudományterület Mikrometeorológiai mérések Erdıhátpuszta 1950-1965 Talaj mintavétel Erdıhátpusztai Mikroklímakutató Állomás Kelemenszék a mikroklimatikus kutatás mégis inkább csak az utolsó tíz évben nyert nagyobb lendületet, különösen a modern ökológiai növényföldrajzi kutatásokkal kapcsolatban (Bacsó Nándor és Zólyomi Bálint 1934, Mikroklíma s növényzet a Bükk-fennsíkon, Idıjárás, 1934) Meteorológiai mérıkert
A felszíni energiamérleg, turbulens áramok Rn Rn sugárzási egyenleg H szenzibilis hıáram Rn --G H + LE + Res Res Res--maradéktag G talajba jutó jutóhıáram LE LE latens hıáram Turbulens áramok meghatározása Direkt árammérések: 5-20 Hz mérési frekvencia Eddy akkumulációs technika: szélsebesség mérés 5-20 Hz, nyomanyag mérés a feláramlás függvényében Profilmérés: 5-30 perces átlagos profilok, hasonlósági elmélet alkalmazása Energiaháztartási mérések: Rn +G + H + LE ( 0 ) Kamrás mérési technika: ismert tétfogatú kamrában mérjük a koncentráció változását. B F F Módosított Bowen-arány módszer c Egy skalár fluxus és a T H 1 2 hımérséklet fluxus aránya w' c' Eddy kovariancia (gyors szenzorok) w' T ' Kc[ C( z1 ) C( z2 )] Gradiens módszer, K [ T ( z ) T ( z )] több szint profil módszer Direkt árammérı mőszerek és és az az adatgyőjtı egység Relaxációs eddy akkumuláció Hiperbolikus relaxációs eddy akkumuláció Cowc ( flassú ) Co ( f ) wt lassú A spektrumok hasonlóságán alapuló eljárás Bandpass Covariance Bugac-puszta O 3 és NO koncentráció és fluxusmérés Bugacpuszta EU FP7 ECLAIRE program Dinamikus kamra NO fluxus méréshez
Kamrás mérések Dániai Expedíció, 2009 Plexi kamra Helsinki Egyetem Olasz fejlesztéső mérıkamra nyomáskiegyenlítıvel Dániai Expedíció, 2009 Debreceni mérıállomás Annual variation of surface radiation balance Daily averages Szonikus anemométer W/m2 Shortwave Balance 350 Longwave Balance 300 Radiation Balance 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 1 30 59 88 117 146 175 204 233 262 291 320 349 Julian day 2009 Mikrometeorológiai állomás a 2009. májusi dániai (Bjerringbro) EU6 NitroEurope mérési kampányon. Balról jobbra: szonikus anemométer, gradiens mérı oszlop, Wasul-Flux - fotoakusztikus ammóniamérı, csapadékmérı, tápegység és adatgyőjtı modul, sugárzásmérı oszlop (Pogány Andrea felvétele). A mérési feladatok, s az ahhoz kapcsolódó adatfeldolgozás Nyomanyag fluxus mérések Bugacon (O 3, NO, NO x ) (EU FP7 ECLAIRE) Barlangi mérıállomás kiépítése (T, Rh, CO 2, ph, vezetıképesség, csepegı víz) Pilótanélküli repülıre szerelhetı meteorológiai és levegıkörnyezeti szenzorok (TÁMOP pályázat) Milyen kutatási feladatok vannak? 1. Ózon fluxus számítás optimalizálása - Bugac 2. A átlagolási hossz várhatóérték és a kovariancia optimális becslése 3. A légoszlop teljes víztartalmának összehasonlító elemzése 4. Szélenergetikai és sugárzási energia becslések verifikálása és pontosítása 5. Hogy mőködik az ALADIN modell egyetemi változata?
Milyen idı lesz a hétvégén?
Köszönöm a figyelmet