A pilótanélküli repülőeszközök szerepe a határréteg kutatásban – nemzetközi mérési expedíció Szegeden
Weidinger Tamás ELTE Meteorológiai Tanszék Társszerzők: Bottyán Zolt, Gyöngyösi András Zénó, Istenes Zoltán, Szabó Zoltán, Balczó Márton, Varga, Árpád, Bíróné Kircsi Andrea, Horváth Gyula, Tátrai Dávid, Bozóki Zoltán, Józsa János, Kiss Melinda, Bordás Árpád, Wantuch Ferenc, Gemma Simó Diego, Joan Cuxart Rodamilans, Burkhart Wrenger
Tartalom – Bemutatkozás – néhány szó az ELTE Meteorológiai Tanszékről – Az UAV-s mérések helye a meteorológiában – Meteorológiai mérőrendszer fejlesztés
(UAV, turbulencia, határréteg) – Alkalmazási lehetőségek (gyakorlat / kutatás) – A planetáris határréteg szerkezete – Határréteg mérési program (PABLES–2013) Pannonian Atmospheric Boundary Layer Experiment, Szeged 2013
– Összefoglaló megjegyzések
ELTE TTK Meteorológiai Tanszék Alapítva: 1945 Tanszékvezető: Prof. Bartholy Judit Oktató: 10 fő, PhD hallgató: 7 fő Kutatási irányok: – klimatológia, éghajlatváltozás, – felszín-bioszféra-légkör kölcsönhatások, – PHR, terjedési modellek, – dinamikus és szinoptikus meteorológia Oktatás: egyedüliként ad meteorológus MSc diplomát
Skálafüggő időjárási és szennyezőanyagterjedési folyamatok modellezése
TÁMOP Kutatóegyetemi pályázat keretében (2010–2012) Rendszeresített modellfuttatások és parametrizációs eljárások fejlesztése a környezetvédelem, a repülés meteorológia, a szélenergetika és az oktatás szolgálatában
Automatizált, napi előrejelzések készítése a WRF modell segítségével.
Átlagos szimulált planetáris határréteg magasság különbség, eltérő talaj nedvesség hatására.
A Paksi Atomerőműből történő kibocsátás szimulálása különböző szélsebességek esetén a TREX Lagrange típusú részecskemodellel.
Az ábrát készítette: Breuer Hajnalka, egyetemi adjunktus
Szélenergetikai előrejelzés a WRF modellel
Az UAV-s mérések helye a meteorológiában A tér- és időskála kérdése – alkalmazott repülőeszközök, – kutatási, vagy gyakorlati célok (Mit mérjünk?) Műszerezettség – meteorológiai állapotjelzők, nyomanyagok, – energiamérleg, fluxusok, turbulencia Mérés – modellezés – UAV mérés, mint adatforrás – modell produktum, mint UAV célelőrejelzés
Hazai fejlesztésű UAV-eszközök, szoftverek Katonai fejlesztések HM EI Zrt. És HM CURRUS
Meteor-3MA célrepülő Bora felderítő
Repülési idő: 0,5 – 1,5 óra Hatótávolság: 10-50 km
Ikran felderítő
Repülési magasság: 1–3 km
Botta A, 2003 Repüléstudományi Közlemények alapján
Polgári alkalmazások, fejlesztések Intelligens rajban repülő kvadrokopterek ELTE Fizikai Intézet
BHE Bonn Kft fejlesztése Partnerek: BME, Óbudai Egyetem
BME Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék, MTA SZTAKI
A PHR mérése pilótanélküli repülőgéppel – mérőrendszer tervezés BHE Bonn Hungary Kft fejlesztése
Hasznos teher: 3 kg Szenzorok: GPS, 3D pozíció mérése hőmérséklet, nedvesség, légnyomás,szélsebesség, Tervezett fejlesztés: Sugárzás, infrahőmérséklet, nyomanyag és aeroszol mintavevő Tesztrepülés 2012 VI. negyedév Együttműködés a Nemzeti Közszolgálati Egyetem Katonai Repülő és Légvédelmi Tanszék Repülésmeteorológiai Laboratóriumával 2012-2013. TÁMOP-4.2.1.B-11/2/KMR-2011-0001 Kritikus infrastruktúra védelmi kutatások „A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg”.
BHE Bonn Hungary UAV jellemzői Szárnyfesztávolág Törzshossz Maximális felszálló súly Hasznos teher Meghajtás
Utazósebesség Maximális repülési magasság Üzemidő Hatótávolság
3,7 m 1,7 m 17 kg 3 kg 1200 W névleges teljesítményű, 24 V-os kefe nélküli elektromos motor 60-100km/h IAS 3000 m + AMSL ~90 perc 10 - 20 km (domborzatfüggő)
Műszerezettség Szenzor
Mért, számított
Frekv. (Hz)
TMP102
Hőmérséklet
19
0.5°C
0.0625°C
HIH-4030
Nedvesség
19
±3.5%
0.5%
BMP085
Nyomás, bar. magasság
19
±1.0hPa
±0.2hPa
GPS uBlox 6 SPK-GPSGS407A 50 Channel
Pálya, ϕ, λ,
4
Euler szögek (Θ, φ, ψ)
100
16383 LSB/g
±16384 LSB/g
HMC5883L 3-Axis digital compass + Atmega328
Mágneses irány (MagX, Y, Z)
100
1370LBS /gauss
1°
Vaisala HMP50
T
19
±4.0%
1%
Vaisala HMP50
RH
19
±0,6 °C
0,1°C
Prandtl-cső (HCLA12X5EU HCLA-Baro
IAS (sebesség) bar. magasság (Pdin, Pstat)
100
5HP with HCLA 02X5EB and HCLA 12X5EU nyomás érzékelő
IAS, bar. Magasság, Támadási szögek (Pdin, Pstat)
100
3-Axis MEMS gyorsulásmérő, 9-Axis MotionFusion
Pontosság Felbontás
Horiz. <2.5m
±6 Pa, ±5 hPa
±2.5 hPa
Műszerezettség, repülési pálya
Bottyán Zs. et al., 2015, Időjárás, Bírálat alatt
Oktatási vonatkozások – kutató diákok a zentai Bolyai Tehetséggondozó Gimnáziumban
Aktív GPS
Műszerezettség
Témavezető: Bordás Árpád
A planetáris határréteg szerkezete z(m) 2000 Szabad légkör Beszívási zóna Felhõréteg 1000
Átmeneti réteg
Konvektív határréteg Felszíni réteg Dél
Felsô inverzió Beszívási zóna
Stabil (éjszakai) határréteg Felszíni réteg Napnyugta
Stull, 1989: An introduction to boundary layer meteorology, Springer, alapján.
Éjfél
Napkelte
Konvektív határréteg Felszíni réteg Dél
A nappali és az éjszakai planetáris határréteg szerkezete: földi és marsi példa
A konvektív határréteg profiljai z Szabad Légkör Beszívási zóna Geosztrófikus
Aktuális
Keveredési réteg
Felszíni réteg Θ
u
c
r
Pannonian Atmospheric Boundary Layer Experiment Szeged 2013 Pannóniai határréteg mérési expedíció, 2013 szeged – PHR szerkezet (lokális inhomogenitások, stabil PHR fejlődése mérés és modell 1D PHR, WRF összehasonlítás) – mérési technikák koncentrált alkalmazása –– UAV mérőrendszer tesztelése – kötött ballonos és kvadrokopteres mérések (nemzetközi részvétel – német, spanyol) – hazai intézetek közötti kapcsolatrendszer szélesítése – Intenzív mérési periódus (2013. október 25–29.)
Mérőhelyek – OMSZ, Szeged repülőtér
4 4
Tátrai D. et al., 2014, EGE poszter
1. Mikrometeorológia (energiamérleg komponensek, infrahang SZTE-vízgőzmérő) 2. Kötött ballon, kvadrokopter, felszíni mérések 3. OMSZ obszervatórium, SODAR, sugárzásegyenleg, GPS
4. UAV indítási pont
Résztvevő intézetek Országos Meteorológiai Szolgálat – Horváth Gyula – felszíni és rádiószondás mérések, – Windprofiler, RASS, – Radiométer, – UAV-ra szerelt Vaisala szonda mobil üzemmódban
Rádiószonda 2013. 11. 26. 00 UTC – erős szél, felszínközeli inverzió
Mikrometeorológia mérőállomás – felszíni energiamérleg BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, ELTE Meteorológiai Tanszék
Közreműködők: Kiss Melinda, Józsa János, Weidinger Tamás, Gyöngyösi András Zénó
Sugárzási mérleg komponensek Globálsugárzás Sugárzási egyenleg Talajba jutó hőáram
Energia mérleg komponensek (2013. november 28-29.)
METEK Doppler SODAR Kibocsátott/ átbocsátott jel visszavert/ vett jel
Bíróné Kircsi Andrea Debreceni Egyetem Met. Tanszék Mérési időszak: 11. 20. – 12. 04. Időbeli felbontás: 10 perc Térbeli felbontás: 30 m-től 10 m-es lépésekben Rétegvastagság: az esetek 60%-ában legalább 400 m
Szélsebesség (m/s) 2013 11. 28.
Szélsebesség (m/s) 2013 11. 29.
Vertikális szondázás BHE Bonn UAV
Kötött ballon Gemma Simó Diego, Prof. Joan Cuxart Rodamilans Univ. Palma de Mallorca
Kvadrokopter Burkhart Wrenger University of Applied Science, Ostwestfalen-Lippe, Germany
WRF meteorogram 2013. november 27-29.
WRF meteorogram 2013. november 27-29.
Bottyán Zs. et al., 2015, Időjárás, Bírálat alatt
Mért és modellezett szélsebesség komponensek (2013. november 28. 09 30 UTC)
Négyszög repülések: – a szélmérés bizonytalan, – DE a tendenciákat visszaadja Módszerválasztás és az átlagolás kérdése Szabó Z., 2014: Diplomamunka, ELTE Met.
Mért és modellezett hőmérsékleti és relatív nedvesség (2013. nov. 28. 06 UTC)
Bottyán Zs. et al., 2015, Időjárás, Bírálat alatt
Összefoglalás, tervek – A pilótanélküli repülőeszközök helyet követelnek a meteorológiai és határréteg mérésekben – Folyik az optimális mérési stratégiák kialakulása – Oktatási vonatkozások – kreativitás, problémamegoldás – TÁMOP program keretében mérőrendszert fejlesztettünk ki a meteorológia állapothatározók profiljainak és a turbulencia intenzitásának mérésére – Nemzetközöi mérési kampányt szerveztünk a határréteg folyamatainak vizsgálatára. – Mérésösszehasonlítás, modellezás (WRF, 1D határréteg modell). – 2015 július első fele: nemzetközi határréteg mérési expedíció Szegeden. Oktatási (nyári gyakorlat) és kutatási lehetőségek, mérés-összehasonlítás, stabil PHR fejlődés megértése, modellezés
Köszönöm a figyelmet
