A területi párolgás becslése MODIS-képek segítségével Szilágyi József Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék
Elméleti háttér
•
A párolgás nagyon hatékonyan hőti a földfelszínt → földfelszín nappali átlaghımérséklete (Ts) és a felszín párolgási intenzitása (ET) összefügg
•
Megfigyelésekbıl tudjuk (a SEBAL, METRIC modell részei): a felszínközeli léghımérséklet gradiens (dzTa) egyenesen arányos a felszín hımérsékletével
•
Ha létezik egy bizonyos térbeli felbontás amin belül (azaz a cellák között) a felszíni tulajdonságok nem változnak lényegesen → a felszín energiamérlege és aerodinamikai ellenállása (ra) közel konstans → szenzibilis hıátvitel (dzTa / ra ) egyenesen arányos Ts–el → ET egyenesen arányos Ts-el
MODIS képek
A MODIS képek 1 km-es felbontású Ts adatai (2000-tıl) ideálisak: •
A növényzettel borított felszín albedója minimálisan változik a cellák között (Magyarország, Nebraska: ~17±1.2%) → a felszín nettó energiája közel állandó sík ill. dombos vidéken
•
A felbontás elég nagy ahhoz, hogy a legtöbb cella többféle növényzetfajtát tartalmazzon → ra közel állandó marad a cellák között napi ill. hosszabb periódusra (neutrális légrétegzıdés esetén ra a felszíni érdesség logaritmusától függ csak)Slide 4
•
A felbontás elég finom ahhoz, hogy regionális ill. vízgyőjtı-szintő modellezéshez használható legyen
A Ts értékek transzformálása ET értékekké (CREMAP módszer) A lineáris transzformáció két alappontja (Szilágyi, 2011) : --
A Ts értékek regionális átlaga (
) ill. a regionális átlagpárolgás (E) a Komplementáris Összefüggés (KÖ) segítségével Morton (1985) WREVAP programjából
--
A leghidegebb cellák hımérsékletátlaga (), mely cellák a párolgás lehetséges maximális (az adott térbeli skálaméreten) szintjén (Ew) hőtik magukat a Priestley-Taylor (1972) egyenlet szerint, hiszen az 1 km-es méret a P-T egyenlet érvényességének alsó térbeli határa (Brutsaert, 1982)
A CREMAP módszer kalibráció-mentes
A transzformáció alkalmazása •
A Ts – ET transzformáció havi alapon történik, márciustól novemberig, Magyarországra 3 magassági zónában
•
A havi idılépcsı szinte teljesen kiszőri a MODIS értékek felhık általi torzítását
•
Ez a hidrológiai modellek tipikus idılépcsıje
•
Adatigény: Ts [MODIS (globális)], léghı (Ta), harmatpont (Td), globál sugárzás (Rs) [PRISM és GEWEX (USA) ill. OMSZ CLAVIER (Mo.)]
A módszer verifikációja örvény-korrelációs és vízmérleg ET értékekkel
Köszönet Barcza Zolinak (ELTE), a CarboEurope állomások fenntartóinak ill. a VITUKI-nak az adatokért!
A területi párolgás évi átlagai (2000-2008) mm-ben
150 m-es felbontású növényzetborítás mőholdkép
Az évi átlagpárolgás (ET) és csapadék (P) hányadosa. Térbeli átlag: 89.2%, míg a vízmérlegbıl kapott érték: 89.6% Erdı ET (620 mm) kb. 15 %-al nagyobb, mint P
Az erdı leszívja a talajvizet, így lokális vízgyőjtıt hoz létre. Ezt VITUKI tanulmányok támasztják alá.
Major és Neppel, 1988
Egyéb alkalmazások:
A talajvíz utánpótlódás mértéke a Duna-Tisza hátságon
Nebraska (USA) ET (2000-2009)
(39)
(31.5)
(23.5)
(16)
Az ET értékek nemcsak az öntözött területek pontos helyét mutatják meg, hanem az eltérı talajféleséget (és így növényborítottságot ill. földhasználatot) is jelezhetik.
ET / P (2000-2009)
Összefoglalás
• CREMAP egy egyszerő, kalibráció-mentes területi párolgásbecslı módszer, minimális adatigénnyel (Ts, Ta, Td, Rs), ~1 km-es minimális térbeli ill. havi (min. heti) idıfelbontással • Ideális növényzettel borított sík ill. dombvidéki területekre • Jelenleg pontosabb, mint bármely más regionális ill. globális párolgásbecslı módszer (örömmel veszek bármilyen komoly összehasonlítást, amely megcáfolna)
Irodalom: Brutsaert, W., 1982. Evaporation into the Atmosphere, D. Reidel, Dordrecht, the Netherlands. Major P., Neppel, F. Talajvízszint süllyedések a Duna-Tisza közi homokhátságon, Viz. Kozl., 70(4), 1988. Morton, F., Ricard, F., Fogarasi, F., 1985. Operational estimates of areal evapotranspiration and lake evaporation – program WREVAP. National Hydrological Research Institute Paper #24, Ottawa, Ontario, Canada. Priestley, C., Taylor, R., 1972. On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters, Monthly Weather Rev. 100, 81-92. Szilágyi, J., Kovács, A., 2011. A calibration-free evapotranspiration mapping (CREMAP) technique for spatially-distributed regional-scale hydrologic modeling, J. Hydrol. Hydromech., 59(2): 118-130. Szilágyi, J., Kovács, A., 2010. Complementary-relationship-based evapotranspiration mapping (CREMAP) technique for Hungary, Periodica Polytechnica, 54(2), 95-100. Szilágyi, J., Kovács, A., Józsa, J., 2011. A calibration-free evapotranspiration mapping (CREMAP) technique, in Labedzki, L (ed.) Evapotranspiration, INTECH, Vienna, Austria, ISBN 978-953-307-251-7, http://www.intechopen.com/books/show/title/evapotranspiration Szilágyi, J., Kovács, A., Józsa, J., 2012. Remote-sensing based groundwater recharge estimates in the Danube-Tisza sand plateau region of Hungary, J. Hydrol. Hydromech., 60(1): 64-72.
