TEB felszíni modellel

Az éghajlatváltozás városi hatásainak vizsgálata a SURFEX/TEB felszíni modellel Zsebeházi Gabriella

MMT Légkördinamikai Szakosztály 2016. 12. 14.

Tartalom 1. Motiváció 2. SURFEX 3. Kutatási terv

4. Eredmények 5. Kitekintés 2016.12.16.

MMT LDSZO előadóülés

2




3

A városi légkör Sajátos energiaháztartás - kialakulásában szerepet játszik:

Felszíni energia-egyenleg

• utak, épületek (jó hővezető képesség, nagy hőkapacitás) • burkolt felületek • sűrű beépítettség • légszennyezettség • antropogén hőtermelés A városi határréteg szerkezete

Oke, 1987 Oke, 1987 2016.12.16.


4

A város belső részei és a környező beépítetlen területek között elsősorban az éjszakai órákban jelentkező pozitív hőmérsékletkülönbség.

Késő délutáni hőmérséklet [°C]

A városi hősziget (UHI)

EPA, 2008 átlagos UHIintenzitás Szeged, 2002-2003

UHI és a városi lakosság közötti kapcsolat

(Sümeghy, 2004)

Oke, 1987

Pl.

Szeged 2016.12.16.


5

Motiváció: városi éghajlati modellezés módszertanának kialakítása hazánkban

Bizonytalanságok

Bizonytalanságok

2016.12.16.


6

Lehetőségek 1. Regionális éghajlati projekció (10-25 km felbontás)

• Nem igényel nagy számítógépes kapacitást • A fizikai folyamat nincs leírva

Statisztikai modell

• Adott városra érvényes

Wilby, 2003

• Alkalmazható a jövőre?

2016.12.16.


7

Lehetőségek 2. Regionális éghajlati projekció (10-25 km felbontás) • Input: éghajlati modelleredmények  Akár több modelleredmény • Valós fizikai folyamatokat ír le • Lokális skálájú modell

Felszíni modell

 Hosszútávú szimuláció  Teljes városra alkalmazható

• Egy mikroskálájú modellnél kevésbé részletes (km-es felbontású)

2016.12.16.


8

Lehetőségek 3. • Valós fizikai folyamatokat ír le • Részletes információ

Mikroskálájú modell

• Mi legyen a határfeltétel? • Nagy számításigényű

 éghajlati skálájú szimuláció?  bizonytalanság?  Főként kisebb területre alkalmazható (utca, kerület) https://goo.gl/images/KUcWzl

2016.12.16.


9

Lehetőségek

SURFEX

2016.12.16.

Doktori kutatási beszámoló

10

Doktori kutatás

A városi éghajlatváltozás becslése a SURFEX/TEB dinamikus felszíni modell segítségével SURFEX

Témavezetők: Szépszó Gabriella (OMSZ) és Horányi András (ECMWF) Konzulens: Rafiq Hamdi (Belga Meteorológiai Szolgálat )

2016.12.16.

Doktori kutatási beszámoló

11




12

A felszíni modell szerepe Légköri modell

1. modellszint

2016.12.16.


Felszíni modell

H, LE, 

13

PHR felszíni rétege

A felszíni modell szerepe

• •

Nem egyedi épületek  átlagos karakterisztikák Pl. fizikai folyamatok: sugárzás csapdázódása, felszíni energiaegyenleg, kanyon-szél 2016.12.16.


14

SURFEX (= Surface Externalisée) • az ALADIN modellcsalád (ARPEGE, ALADIN, ALARO, AROME) felszíni modellje • leválasztható a légköri modelltől

A felszíni modell visszahathat a légköri modellre

Légköri kényszerek: • léghőmérséklet • légnedvesség • szélkomponensek • felszíni nyomás • csapadék, hó Sugárzási kényszerek: •

A cellák között nincs advekció

rövid- és hosszúhullámú lefele irányuló sugárzás

Outputok: • • • • • •

Masson et al., 2013

Momentum Szenzibilis hőáram Látens hőáram CO2 fluxus Kémiai anyagok aeroszolok

ECOCLIMAP (Δx=1 km) 2016.12.16.


15

ECOCLIMAP felszíni adatbázis • Felhasznált adatok: korábbi felszíni adatbázisok, klíma atlaszok, műholdas adatok

• 1 km-es felbontású • ECOCLIMAP-I: 215-féle felszíntípus (globális) • ECOCLIMAP-II: 273-féle felszíntípus (Európára) • Konstans felszíni paraméterek: albedó, minimális sztóma-ellenállás, …

• Változó felszíni paraméterek (10 naponként): LAI, vegetáció aránya, érdességi paraméter, emisszivitás, …

Forrás: Masson et al., 2003 2016.12.16.


16

TEB = Town Energy Balance séma • Cél: mezoskálájú légköri modellek számára turbulens fluxusok szimulálása a városi felszínek és a legalsó modellszint között • Városi felszín + PHR felszíni rétegében (konstans fluxus réteg) zajló fizikai folyamatok parametrizációja

Kanyon-séma

• Sugárzás: csapdázódik, árnyékolás • Energiaegyenleg tetőre, falra, útra • Hővezetés  felszín több rétegre osztott • Vízegyenleg tetőre, útra

‒ Csatornákba lefolyás ‒ Felszínek kis víztározó kapacitásúak • Antropogén hő- és nedvességfluxus Masson, 2000 2016.12.16.


17

TEB = Town Energy Balance séma Hő- és nedvesség

Turbulens átvitel

• 2 forrás: tető és kanyon-levegő  súlyozott átlag • Ipari kémények antropogén hőés nedvesség kibocsátása légköri energiaegyenleget módosítja • Közlekedés  kanyon levegő • Hőmérséklet diagnosztikusan számított

Momentum Masson, 2000

2016.12.16.

• Kanyon felett: logaritmikus szélprofil • Kanyonban: exponenciális profil MMT LDSZO előadóülés

18




19

Kutatási terv Tesztelés

Validáció

Célja: • Optimális modellbeállítások • Fejlesztés

Célja: • A SURFEX városi éghajlati vizsgálatokra való alkalmazhatóságának megismerése • Városok: Budapest, Szeged

Megvalósítás: • Kényszerek: ALADIN és ALARO • Különböző beállításokkal rövid (néhány éves) szimulációk

Projekció

Megvalósítás: • Kényszerek: több regionális modell több forgatókönyvvel (bizonytalanság)

Megvalósítás: • Kényszerek: ALADIN-Climate (LBC: reanalízis) • Hosszabb (néhány évtizedes) múltbeli szimulációs időszak • Referencia: állomási mérések a városon belül és kívül

• Felszínváltozás (várostervezési döntések) figyelembe vétele

2016.12.16.


20

Kutatási terv Tesztelés

Validáció

Célja: • Optimális modellbeállítások • Fejlesztés

Célja: • A SURFEX városi éghajlati vizsgálatokra való alkalmazhatóságának megismerése • Városok: Budapest, Szeged

Megvalósítás: • Kényszerek: ALADIN és ALARO • Különböző beállításokkal rövid (néhány éves) szimulációk

Projekció

Megvalósítás: • Kényszerek: több regionális modell több forgatókönyvvel (bizonytalanság)

Megvalósítás: • Kényszerek: ALADIN-Climate (LBC: reanalízis) • Hosszabb (néhány évtizedes) múltbeli szimulációs időszak • Referencia: állomási mérések a városon belül és kívül

• Felszínváltozás (várostervezési döntések) figyelembe vétele

2016.12.16.


21




22

Validáció Kárpát-medence, km Carpathian Basin, 10x10 km Szeged, 1x1 km

Szeged, 1x1 km

Interpolation Interpoláció

SURFEX/TEB

ALADIN-Climate

ALADIN-Climate

SURFEX

RCM határfeltétel

ERA-40

Tartomány

Kárpát-medence

Felbontás

10 km

Integrálási időszak

1991–2000

2016.12.16.

Tartomány

Szeged

Felbontás

1 km


1991–2000


23

Validáció

Nyári városi hősziget-intenzitás 1991–2000

SURFEX, 1km

ALADIN, 10km

2-m hőmérséklet 1991–2000, nyár, 00UTC

A városi hősziget jelensége kimutatható 2016.12.16.


 

UHI i  Tu i  Tn

i

i : rácspontok 24

Validáció

Nyári UHI, 1999–2000 ‒ Kicsi eltolódás a menetben ‒ Éjszaka alábecslés

ALADIN hibái öröklődnek UHI [°C]

UHI-intenzitás [°C]

Hőmérséklet-különbség [°C]

Éves menet, 1999–2000

UHI-intenzitás az év első felében jó

2016.12.16.


25

Tesztkísérletek ALADIN-Climate

RCM határfeltétel

ERA-Interim

Tartomány

Közép-Európa

Felbontás

10 km


1 év (2001)

SURFEX

Mely beállításokra a legérzékenyebb a modell a városi éghajlat szimulációja szempontjából?

2016.12.16.

Kényszerek csatolása

1h/3h

Kényszerek magassága

20 – 50 m

Város az ALADIN-ban

TEB/ISBA

2-m hőmérséklet

Diagn / progn.

Felszíni paraméterek

ECOCLIMAP / mérés


26

Tesztkísérletek ALADIN-Climate

RCM határfeltétel

ERA-Interim

Tartomány

Közép-Európa

Felbontás

10 km


1 év (2001)

SURFEX

Mely beállításokra a legérzékenyebb a modell a városi éghajlat szimulációja szempontjából?

2016.12.16.

Kényszerek csatolása

1h/3h

Kényszerek magassága

20 – 50 m

Város az ALADIN-ban

TEB/ISBA

2-m hőmérséklet

Diagn / progn.

Felszíni paraméterek

ECOCLIMAP / mérés


27

Kényszerek csatolása 03UTC

Nyári UHI UHI-hiba napi menete (ref. állomási mérések)

>

1h

3h

bias3h > bias1h Idő (UTC)

2016.12.16.


28

Mi okozza ezt? Felszínre érkező direkt rövidhullámú sugárzás egy 2001. júliusi napon

• Az ALADIN-ban a sugárzás kumulatívan tárolódik • SURFEX számára pillanatnyi értékek kellenek  számítani kell 𝑋𝑡 − 𝑋𝑡−1 3600ℎ

h=1,3

Idő (UTC)

2016.12.16.


29

Mi okozza ezt? Felszínre érkező direkt rövidhullámú sugárzás egy 2001. júliusi napon

• Az ALADIN-ban a sugárzás kumulatívan tárolódik • SURFEX számára pillanatnyi értékek kellenek  számítani kell 𝑋𝑡 − 𝑋𝑡−1 3600ℎ

h=1,3

Idő (UTC)

2016.12.16.


30

Mi okozza ezt? Felszíni energiamérleg komponensei a városi pontban nyáron

EXP_3h: RN napi menetében eltolódás RN=SW + LW RN = H + LE + G

Az energia-elosztás napi menete változik

Az ALADIN outputok 3 óránkénti mentése nekünk nem elég

2016.12.16.


31

Összefoglalás • Városi éghajlatváltozási hatásvizsgálatok végzése az OMSZ-ban • Eszköz: SURFEX felszínleíró modell • Éghajlati információ: ALADIN-Climate Hőmérséklet-validáció, 1991–2000 • SURFEX alkalmas a városi hősziget térbeli megjelenésének és időbeli menetének szimulációjára • ALADIN hibái megjelennek a SURFEX eredményekben  éghajlati modelleredmények minősége különösen fontos Tesztkísérletek, kényszerek csatolása • Sugárzás az ALADIN-ban kumulatív mennyiség  pillanatnyi értékek számítása 1 / 3 óránként (lineáris interpoláció)  napkelte és napnyugta tájékán a 3 órás lépés nem elég

Rövidtávú tervek: az érzékenységvizsgálat folytatása  mely tagokra a legérzékenyebb a modell? 2016.12.16.


32

Köszönöm szépen a figyelmet!

TEB felszíni modellel

Recommend Documents