EGY BALATONI HIDRODINAMIKAI ELİREJELZİ RENDSZER FELÉ TORMA PÉTER, doktorandusz BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tsz. torma@vit.bme.hu
TAVI HIDRODINAMIKAI ELİREJELZİ RENDSZEREK Tókezelık operatív feladatai: Vitorlázók és fürdızık biztonsága; ökoszisztéma védelme: vízminıség biztosítása; havária események kezelése; kikötık fenntartása, kotrása; elöntések elleni védekezés. Elırejelzı rendszerek céljai és feladatai: A tó aktuális és közeljövıbeli környezeti állapotának leírása valós idıben segítve ezzel a tókezelıt és a hatóságokat. Döntéstámogató eszköz. Naponta többször automatikusan frissül, de egyéni beállításokkal bármikor indítható.
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN NAGY-TAVAK (USA) Great Lakes Operational Forecast System (GLOFS) Automatikus, fizikai modell alapú elırejelzés: jelenlegi állapot (nowcast) óránként, elırejelzés (forecast) 6 óránként 30 órára elıre. Számított 2D/3D mezık: vízszint, sebesség, hımérséklet. Bemeneti adatok Nowcast Szélsebesség és irány, felhıborítottság, léghımérséklet, harmatpont, (felszíni vízhımérséklet) Mérıhálózat (parti állomások, bóják) Folyamatos Forecast Szélsebesség és szélirány felszíni léghımérséklet Meteorológiai modell: North American Mesoscale NAM 3 óránként Kimenet: www, NetCDF mezık
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN NAGY-TAVAK (Michigan-tó) Felszíni szélmezı Felszínközeli tavi áramkép
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN NAGY-TAVAK (Michigan-tó) Felszíni vízhımérséklet Vízszint
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN BODENI-TÓ (D, CH, A) BodenseeOnline Automatikus, fizikai modell alapú számítása a jelenlegi állapotnak, naponta kiegészítve 3 napos elırejelzéssel. Számított 2D/3D mezık: sebesség, hımérséklet, hullámzás, lebegtetett hordalék, vízminıség (nitrát, foszfát, klorofil) Bemeneti adatok Nowcast Szélsebesség és irány felhıborítottság, léghımérséklet, páranyomás felszíni vízhımérséklet Mérıhálózat (parti és tavi állomások) Folyamatos Forecast Szélsebesség és szélirány felszíni léghımérséklet Meteorológiai modellel inicializált saját szélmodell (MCF) Kimenet: www, Tecplot
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN BODENI-TÓ (D, CH, A) (Lang et al 2010)
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN BODENI-TÓ Felszíni vízhımérséklet Felszíni klorofill
ELİREJELZİ RENDSZEREK A VILÁGBAN BODENI-TÓ Tavi felszínközeli áramkép 1 órás bontásban
ALKALMAZOTT 3D TÓMODELL: FVCOM Finite Volume Ocean Coastal Model U of Massachusetts (Dartmouth) 7 alapegyenlet: folytonosság (1), impulzus (3), hımérséklet (1), sótartalom (1), sőrőség (1). Analitikus megoldásokon keresztül, mérési adatokkal való összevetés útján verifikálva. A 2DH és 3D mezık különbözı idılépéssel haladnak, ez az ún. mode splitting módszer gyors futás Horizontális diszkretizáció: strukturálatlan háromszög háló: jól illeszkedik az összetett geometriákra, lokálisan sőríthetı gyors futás Vertikális diszkretizáció: σ-transzformáció: követi a medergeometriát. Párhuzamosított kód: MPI gyors futás
FVCOM A modell további elınyei: Transzportmodulok: hı, lebegtetett hordalék, tápanyag... Peremfeltételek: idıben és térben változó szélcsúsztatófeszültség, rövid- és hosszúhullámú sugárzás, párolgás, csapadék, felszíni és felszínalatti hozzáfolyás. Beépített részecskekövetés elkeveredés-vizsgálatokhoz Adatasszimilációs módszerek: nudging, optimal interpolation, Kálmán-szőrı Nyílt forráskód a fentiek bıvíthetık
HORIZONTÁLIS DISZKRETIZÁCIÓ: HÁROMSZÖGHÁLÓ
3 NAPOS IDİSZAK SZIMULÁCIÓJA Felbontás: vízszintes síkban ~400 m, 5 réteg mélység mentén így összesen ~31000 cella öböl léptékő áramlások. Intel Core2 Quad CPU
ELSİ ALKALMAZÁS: KYRILL VÍZSZÍNKILENDÜLÉS SZÁMÍTÁSA Szélirány: DNy, max. szélsebesség: 24 m/s
ELSİ ALKALMAZÁS: KYRILL SEBESSÉGMEZİ
ELSİ ALKALMAZÁS: KYRILL VÍZFELSZÍN VÁLTOZÁS
KÖVETKEZİ LÉPÉSEK Modell számítások összevetése mérésekkel; Érzékenységvizsgálat elvégzése a tavat érı idıjárási elemekre és a belsı tavi folyamatokra. Ez rámutat, hogy mely komponenseit kell a modellnek továbbfejleszteni. Pl.: áramlás-hullámzás kölcsönhatása, a tavat érı inhomogén szélcsúsztató-feszültség pontos számítása Eddigi vizsgálatok azt mutatják, hogy a szélmeghajtás pontos leírása a legfontosabb, miután az erıs inhomogenitást mutat. Egy-két szélmérı állomás adatait felhasználva a tófelületet érı szélenergia és annak dinamikája gyengén becsülhetı.
SZÉLMEZİ INHOMOGENITÁSA
SZÉLMODELL FELÁLLÍTÁSA Lehetıségek: Mérıhálózat alapján végzett interpoláció (esetleg divergenciamentességet elıírva) Nagy felbontású meteorológiai modell eredményének transzformálása a tó felületére A szélmeghajtás számításának további javulása várható a belsı határréteg fejlıdés (IBL) figyelembevételével.
ÖSSZEFOGLALÁS Rendelkezésre áll egy hatékony 3D tómodell, amely alkalmazható elırejelzésre: FVCOM Többszörösen verifikált, elsı eredmények bíztatóak. Beépített transzportmodulok: hımérséklet, hordalék, biológia. Nyílt forráskódnak köszönhetıen fejleszthetı, kiegészíthetı. Szélmodell felállítása szükséges a Balatonra.
TORMA PÉTER, doktorandusz BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tsz. torma@vit.bme.hu