Hidrológiai Közlöny, 2014 (94. évfolyam)
2014 / 4. szám - Kiss Melinda - Józsa János: A Fertő tó energiaháztartásának meghatározása örvény-kovariancia módszerrel
40 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2014. 94. ÉVF. 4, SZ. mérsékleti fluktuáció, q a specifikus nedvesség fluktuáció, cp az állandó nyomáson vett fajhő és ). a párolgáshő. A vertikális sebességkomponens és az adott skalár mennyiség kovarianciája szinkronban lévő, diszkrét idősorokból numerikusán az alábbi módon kapható: uV = TTT X - Wk íxk "**)]. 1 k=0 ami a torzítatlan becslés képlete. Tehát, ha a horizontális és vertikális sebességet, léghőmérsékletet és specifikus nedvességet elegendően nagy, a turbulens fluktuációt rögzíteni képes frekvencián, szinkronizáltan mérjük, akkor az impulzusáram, a szenzibilis és a latens hőáram a fenti összefüggésekkel számítható. A nyomanyagok turbulens áramának mérése hasonló elven történik, azonban munkánk nem terjed ki ezek vizsgálatára. A levezetésben bemutatott feltételeken túl számos további feltétel kötődik a módszerhez, melyek egy része megfelelő mérési terület kiválasztással és mérőállomás kialakítással kielégíthető, más része nagyban függ az i- dőjárási viszonyoktól (Burba és Anderson, 2010; Pintér, 2009): A mérési pont megfelelően reprezentálja a szélfelőli területet. A mérés a kívánt felszínre jellemző belső határrétegben (vagy más szóval talajközeli rétegben) történjen. Ez a feltétel különös figyelmet érdemel váltakozó jellegzónák (pl. nádas — nyílt víz) határán, azaz az ún. belső határréteg (IBL — internal boundary layer) fejlődés kezdeti szakaszán. A vertikális légmozgást elsősorban turbulens örvények generálják, tehát a légmozgás legyen turbulens. A vizsgált terület legyen horizontális és homogén: ekkor a fluktuációk átlaga nulla illetve az á- ramlásban a konvergencia és divergencia, valamint a légsűrűség-változás elhanyagolható (Bous- sinesq-feltétel). A mérőműszerek nagyon kis (sebesség, hőmérséklet-, sűrűség-, stb.) változást is nagy pontossággal rögzítsenek. Mivel a legkörültekintőbb mérési kialakítás ellenére sem teljesíthető minden feltétel maradéktalanul, így korrekciók alkalmazására van szükség (Fokén, 2008). Elsőként megbízhatósági tesztet és hibaszürést kell végezni a műszerek elektronikai problémáinak és a kedvezőtlen meteorológiai körülmények (pl. csapadék) hatásának kiszűrésére. Ezt követi a kezdeti (vagy „nyers”) kovarianciák számítása. Mivel az egyes szenzorokkal mért idősorok között időeltolódás lehetséges pl. a szenzorok közötti távolság, vagy a műszerek légbeszívása miatt, így a kovariancia-függvény előállításán keresztül meg kell keresni a kovarianciák maximumát. A kezdeti kovarianciákat ezután számos korrekciónak kell alávetni, melyek iteratív lépéseken keresztül hajthatók végre. Közülük a legfontosabbak a koordinátaforgatás, Moore korrekció, Schotanus korrekció és WPL korrekció. 1. Koordinátaforgatás: az örvény-kovariancia módszer egyik feltétele, hogy az átlagos függőleges szélsebességkomponens nulla legyen. Az erre alkalmazott korrekció, a koordinátaforgatás egyrészt beforgatja a horizontális szélsebességet az átlagos szélirányba (új x-tengely), másrészt az új y-tengely körüli forgatással nullává teszi az átlagos függőleges szélsebességet. Ennek két módja van, melyek elsősorban az átlagolási időben különböznek: a kétszeres forgatás („double rotation”) (Kaimal and Finnigan, 1994) fél óránként határozza meg a forgatás szögét, míg a „planar fit” módszer (Paw U et al., 2000 és Wilczak et al., 2001) hosszabb, akár éves periódusra átlagol. 2. Moore korrekció: az alkalmazott szenzorok jellemzőihez és az örvény-kovariancia rendszer mérési frekvencia-beállításaihoz kapcsolódóan spektrális veszteségek keletkezhetnek a mérés során, azaz egyes frekvenciatartományok nem kerülnek reprezentatív módon rögzítésre. Ezek korrigálása minden egyes spektrális veszteséget okozó jellemzőhöz (az időbeli felbontáshoz, mérési úthosszhoz és szenzor-szeparációhoz) meghatározott átviteli függvényekkel történik (Moore, 1986). 3. Schotanus korrekció: a szonikus anemométer nem az aktuális hőmérsékletet méri, hanem a hangsebesség és a hőmérséklet közt fennálló összefüggést felhasználva a hangsebességből az ún. szonikus hőmérsékletet számítja, ami megegyezik a virtuális hőmérséklettel. Az aktuális és a szonikus hőmérséklet közti eltérés oka, hogy a hang- sebesség nem csak a léghőmérséklettől függ, hanem kis mértékben a légnedvességtől is. így a szenzibilis hőáram meghatározásához a szonikus hőmérséklet fluktuációja helyett a légnedvesség hatásának kiszűrésével az aktuális hőmérséklet fluktuációját kell figyelembe venni (Schota- nus et al., 1983). 4. WPL korrekció: Hogy egyszerűsítéseket tehessünk a módszer elméletében, elhanyagolható légsürűség-vál- tozást feltételeztünk. Ez azonban a valóságban nem teljesül maradéktalanul, így sűrűségkorrekcióra van szükség Webb et al. (1980) alapján. Mivel az adatminőség nagyban függ a mérési körülményektől és a felhasznált korrekcióktól, a feldolgozás fontos része az adatminőség ellenőrzése. Ennek célja, hogy az adott meteorológiai viszonyok mellett megadja, milyen mértékben teljesültek a módszer feltételei (pl. stacionaritás). Az általunk alkalmazott átfogó teszt magába foglalja az állandósult állapotok (stacionaritás) tesztjét („steady-state test”) és az integrált turbulens jellemzők tesztjét („integral turbulence characteristics test”). Előbbi az átlagolási időszakban meghatározott statisztikai paramétereket hasonlítja össze az időszakon belüli rövidebb szakaszok paramétereivel, utóbbi pedig a fluxus-variancia hasonlóságának vizsgálatán keresztül becslést ad a turbulencia fokáról (Fokén és Wichura, 1996). A két teszt összesített eredményeiből Fokén (1999) átfogó minősítési rendszere alapján egy 1-től 9-ig terjedő skálán kapjuk meg a fluxusok minőségét minden egyes időlépésben, amely alapján dönthetünk az adatok további felhasználásáról. 3. Terepi mérések a nádas-nyílt víz jellegzónák határán Méréseink helyszíne a Fertőrákosi-öböltől keletre húzódó Püspök-sziget összefüggő nádas nyelvének és az ettől keletre lévő nyílt vízi zónának a határa volt (2. ábra). A nádas - nyílt víz jellegzónák határán két mikro-
