EGY BALATONI HIDRODINAMIKAI ELİREJELZİ RENDSZER FELÉ
TORMA PÉTER, doktorandusz BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tsz.
[email protected]
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
Forecast
Szélsebesség és irány, felhıborítottság, léghımérséklet, harmatpont, (felszíni vízhımérséklet)
Szélsebesség és szélirány felszíni léghımérséklet
Mérıhálózat (parti állomások, bóják) Folyamatos
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
Forecast
Szélsebesség és irány felhıborítottság, léghımérséklet, páranyomás felszíni vízhımérséklet
Szélsebesség és szélirány felszíni léghımérséklet
Mérıhálózat (parti és tavi állomások) Folyamatos
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.
[email protected]
