Hidrológiai Közlöny, 2014 (94. évfolyam)

2014 / 4. szám - Kiss Melinda - Józsa János: A Fertő tó energiaháztartásának meghatározása örvény-kovariancia módszerrel

39

molekuláris léptékű hőcserén keresztül történik, míg a molekuláris határrétegen kívül a turbulens örvények által generált konvekción keresztül. Nappal a hő a sugárzás által felmelegített felszínről a felszín feletti hidegebb légrétegek irányába szállítódik, éjjel pedig megfordul a folyamat iránya, a hőáram negatív lesz és a hidegebb felszín felé irányul.

A latens hőáram ( LVE ) ezzel szemben a halmazállapot-változásra fordított energiamennyiség. Ha a levegő a felszín közvetlen közelében nedvesebb (nagyobb a fajlagos nedvességtartama) mint a felette lévő légtömeg, ami általánosságban a nappali órákra jellemző, akkor a felszín párolog. A párolgás hőt von el, így a felszín hőmérsékletének csökkenésében nyilvánul meg, tehát ebben az esetben a hőszállítás a felszíntől a légkör fele irányul. Ezzel ellentétes irányú folyamat a kondenzáció, amely általában éjszaka harmat formájában jelenik meg, amikor is a felszín hidegebb, mint a felette lévő légréteg.

Az alsóbb rétegekbe jutó hőáram ( Hc ) a felületegységen átáramló hőmennyiség. Pozitív, ha a felszínről a mélyebb rétegek felé irányul, és azokat melegíti, illetve negatív, ha onnan érkezik és a felsőbb hidegebb vízréteg hőmérsékletét növeli. A hőszállítás a szenzibilis hőáramhoz hasonlóan történik, a molekuláris határrétegen belül molekuláris diffúziós folyamatokkal, azon kívül pedig az áramló víz mélyebb rétegeiben zajló konvekcióval. Esetünkben nem a vízfelszín, vagy a mederfenék a vizsgált kontroltérfogat alsó határa. Az alsó síkot úgy igyekeztünk megválasztani, hogy ott a konvektiv és sugárzási hőcsere közel nullára csökkenjen, ugyanis Arya (2001) alapján ekkor Hc elhanyagolhatóvá válik.

A tárolt hő ( AHs ) az energiatározás időegységre eső megváltozása a réteg egységnyi felületére nézve, amely a következő módon fejezhető ki:

AHs=\jt(pcT)ck,

ahol p a közeg sűrűsége, c a fajhője, T a hőmérséklete és z a vastagsága. Az integrál a réteg teljes vastagságára értendő. Ez a tag lényegében megadja a rétegbe beérkező és onnan távozó energia különbségét. Ha a beérkező e- nergia nagyobb, mint a kijutó energia, akkor fluxus-konvergenciáról beszélhetünk, ami a réteg felmelegedését e- redményezi, míg nagyobb kijutó energia esetén fluxusdivergencia és a réteg hülése tapasztalható. A tárolt hő a vízben és a növényzetben - jelen esetben a nádasban - tárolt hő összegeként határozható meg. Utóbbihoz járul hozzá a nádas levegő szenzibilis és latens hőtározása, magának a biomasszának a hőtározása, illetve a fotoszintézisre fordított hő (Moderow et al., 2009). Munkánk során a vízben tárolt hőt és a nádas levegőjének szenzibilis hőtározását számszerűsítjük a fenti séma alkalmazásával.

Az energiamérleg számítása során a fentebb bemutatott tagokhoz képest elhanyagolhatóan kicsi a csapadékból, felszíni és felszín alatti hozzáfolyásból származó e- nergia, továbbá a nádas és nyíltvízi zónák közötti oldalirányú energiaszállítás (Lövstedt, Bengtsson, 2008), továbbá elhanyagolható az advekció hatása is.

KISSM^JÓZSAUAFertő4óenergia4^

í,

HTs

LyE

Ky

HTS

LfF.

.... L

, t

V

<

)

í

}

)

Tr*

)

<

! < \ >

< |

.

1

1 >1

i

<

)

(

)

<

)

ui

^7

)

AH$

<

>

" í

<

>

<

(

>

<

)

—

>

(

>

{

<

)

(

>

)

(

>

<

V

(

' 1

>

~\

(

\ \ \ \ \

V \' Vn

V

Ihc

.......nr

1. ábra: A kontrolréteg energiamérlegének sematikus ábrája a) a nádasban és b) a nyílt vizen

Örvény-kovariancia módszer

A módszer elméleti alapjait már több mint fél évszázada lefektették (Montgomery, 1948; Obukhov, 1951), azonban gyakorlati alkalmazása csak az utóbbi évtizedekben terjedhetett el nagypontosságú műszerigénye és az adatfeldolgozás gépigénye miatt.

Alapötlete, hogy a légmozgás felfogható úgy, mint különböző méretű és élettartamú három-dimenziós örvények horizontális és vertikális áramlása, sodródása. A turbulens örvények mérete a magassággal nő, ugyanis kis magasságokban a felszín, mint szilárd határfelület közelsége korlátozza a nagyobb örvények kialakulását. Egy tetszőleges pontot tekintve, az örvények adott pillanatnyi hőmérsékletű és nedvességtartalmú légrészecskéket szállítanak adott függőleges sebességgel (ami jellemzően a zérus függőleges átlagsebesség körüli fluktuálás), így ebben a pontban a vertikális fluxus meghatározható a vertikális szélkomponens és az adott mennyiség kovarianciájából (Fokén, 2008; Burba és Anderson, 2010).

Turbulens áramlás esetén a függőleges fluxus felírható a pa levegő sűrűség, w vertikális sebességkomponens és a q specifikus nedvesség szorzatának átlagaként:

F = Pa wq,

ahol q a vízgőz sűrűség és a nedves levegő sűrűségének a hányadosa.

Reynolds dekompozíciót követően, egyszerűsítések alkalmazásával és feltételezve, hogy a légsűrűség változása elhanyagolható, továbbá a felszín horizontális és homogén, azaz az átlagos vertikális sebesség zérus, az örvény-kovariancia módszer alapösszefüggése (Burba és Anderson, 2010):

F*~p~aWq'.

Analóg módon az impulzusáram, a szenzibilis és latens hőáram a következőképp írhatók:

T = paul =-paii'w',

HTS =PaCpT'W' és

LVE = pa^q'w',ahol

u, a szélcsúsztató sebesség (vagy más néven súrlódási, illetve dinamikus sebesség), u a horizontális sebességfluktuáció, w' a vertikális sebességfluktuáció, T a hő