Hidrológiai Közlöny, 2014 (94. évfolyam)
2014 / 4. szám - Kiss Melinda - Józsa János: A Fertő tó energiaháztartásának meghatározása örvény-kovariancia módszerrel
38 A Fertő tó energiaháztartásának meghatározása örvény-kovariancia módszerrel Kiss Melinda, Józsa János BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rakpart 3., kiss.melinda@epito.bme.hu MTA-BME Vízgazdálkodási Kutatócsoport Kivonat: A tavak energiaháztartásának megismerése nemcsak a tó alapfolyamatainak megértéséhez (hőmérsékletviszonyok, párolgás), hanem vízgazdálkodási feladatok tervezéséhez is (zsilipszabályozás, vízpótlás) hozzájárulhat. Kutatásunkban egy olyan mérési és a- datfeldolgozási módszertant dolgoztunk ki, amellyel az energiamérleg komponensei meghatározhatóak. Esettanulmányként a Fertő tóra végeztük el a vizsgálatokat, amelyek ezután bármely sekély tóra alkalmazhatóak. Munkánk során a nádas és nyílt vízi jellegzónák határán részletes mikrometeorológiai méréseket végeztünk egy örvény-kovariancia rendszer bevonásával, majd a szükséges korrekciók és a bizonytalanság feltárására irányuló érzékenységvizsgálat után számszerűsítettük az energiamérleg komponenseket és elemeztük azok időbeli változását Jelen cikk a mérési és adatfeldolgozási mód ismertetésén túl részletesen bemutatja az energiamérleg-egyenlethez és az örvény-kovariancia technikához kapcsolódó elméleti hátteret. A nádas és nyílt víz energiamérleg-komponensei között - főként a latens hőáramot és a vízben tárolt hőt tekintve - jelentős különbségeket találtunk mind a nagyságot mind a napi és évszakos menetet tekintve. Az eredmények igazolják, hogy a sekély tavak energiaháztartása számszerűsíthető a kidolgozott mérési és adatfeldolgozási eljárással. Kulcsszavak: örvény-kovariancia technika, energiamérleg, sekély tó, nádas, nyílt víz, terepi mérések. 1. Bevezetés Sekély tavak párolgása mind a hidrológiai körfolyamat, mind pedig — latens hőáram formájában — a tó energiamérlegének meghatározó tagja. A tópárolgás sok esetben jelentősen meghaladhatja a felszíni és felszín alatti hozzá- és elfolyás mértékét, ilyenkor a tó vízmérlegét lényegében a csapadék és a párolgás viszonya határozza meg. Különösen igaz ez a Fertő tóra, ugyanis mint különösen sekély és lefolyástalan sztyepptó, a Fertő vízkészletét a párolgás döntően befolyásolja. Sekélysége következtében egy-egy aszályos év után a vízszintje jelentős mértékben lecsökken, ezért a költséges vízpótlás kérdése i- dőről-időre előbukkan (Pannonhalmi és Sütheő, 2007; Wolfram, 2013). A tópárolgás becslésére számos eljárás létezik (Priestley és Taylor, 1972, Kozmáné et al., 1982, Morton et ah, 1985, Szilágyi és Kovács, 2009, Kovács, 2011), azonban a mai napig ennek a vízmérleg elemnek a meghatározása a legbizonytalanabb. A párolgás a vízmérleg többi elemétől független, megbízható becslése azonban elsődleges kritériuma a hidrológiai körfolyamat pontosabb megismerésének és a hidrológiai előrejelzések pontosításának (Kovács 2011). Kutatásunk célja a Fertő tó energiaháztartásának meghatározása volt az energiamérleg-tagok, azaz a sugárzásegyenleg, a szenzibilis és latens hőáram, illetve a vízben tárolt hő mérésén és számszerűsítésén keresztül. Mivel a tó jelentős hányadát nádas borítja, amely tórészek energiaháztartása jelentősen eltérhet a nyílt tórészekétől, így a két jellegzónában külön-külön vizsgáltuk az energiamérleg-komponenseket és azok havi változását. Ehhez az ún. örvény-kovariancia technikát alkalmazva olyan célirányos mérési és adatfeldolgozási módszertant fejlesztettünk ki a tóra, amely a továbbiakban bármely más sekély tóra alkalmazható lehet. Az örvény-kovariancia technika a szélsebesség vertikális komponense (fluktuációja) és különféle skalármen- nyiségek (hőmérséklet, légnedvesség-tartalom) nagy- frekvenciás, szinkronizált mérésén alapul. Ezt tartják a legmegbízhatóbb és legközvetlenebb mérési módszernek a földfelszín és légkör közötti turbulens áramok (impulzus, szenzibilis és latens hő) meghatározására (Fokén, 2008). Jelen munka keretében első lépésként ezeket az energiamérleg-komponenseket határoztuk meg, de mivel a párolgás közvetlenül származtatható a latens hőáramból, így további kutatásunk a párolgás számszerűsítésére irányul. A következőkben részletesen bemutatjuk a vizsgálat elméleti hátterét, ismertetjük a mérés és az adatfeldolgozás módját, és elemezzük a nádas, illetve nyílt vízi zónákban kapott energiamérleg-komponenseket. 2. Elméleti háttér Energiamérleg-egyenlet A földfelszínt a Napból jövő rövidhullámú sugárzás, az ún. globálsugárzás ( Rs^ ) melegíti, melynek egy része reflexsugárzás formájában () visszaverődik. A felhők és légköri gázok által kibocsátott hosszúhullámú sugárzás ( Rli) szintén a felszín energiáját növeli. A sugárzási mérleg negyedik tagja a felszíni hosszúhullámú kisugárzás (RL^) (Arya, 1988 és Fokén, 2008). Azt hogy egy adott felszín mekkora energiával gazdálkodhat, a rövid- és hosszúhullámú sugárzások összege, Rn sugárzásegyenleg adja meg: rn = Rsi + % + RU + rl\ ■ A felszín többletenergiája szenzibilis ( HTS) és latens ( LVE ) hőáram formájában jut vissza a légkörbe, illetve a vizsgált térfogatelem alsó határán (7. ábra) vízbe/talajba jutó hőáramként ( HG) távozik az alsó közegbe, továbbá a vizsgált térfogatelemben (levegőben, víztestben és növényzetben) tárolódik (AHs), és annak felmelegedésére, illetve pl. fotoszintézisre fordítódik (Arya, 1988, Fokén, 2008 és Moderow, et al., 2009). Az adott feladattól függően, vizsgálhatjuk egy választott felület, réteg, vagy kontroltérfogat energiamérlegét (Arya, 1988). Jelen esetben egy olyan réteget tekintünk, amelyet vízszintes síkok határolnak az 7. ábra szerinti módon, így első megközelítésben függőlegesen alkalmazható az egyszerűsített egy-dimenziós energiamérlegegyenlet: Rm = HTS + Ly E + H q + AH $ . A szenzibilis (érzékelhető) hőáram (HTS) az az energiamennyiség, amely a hőmérsékletváltozásra fordítódik. A hőmérsékletváltozás a felszín közvetlen közelében
