Hidrológiai Közlöny, 2014 (94. évfolyam)
2014 / 4. szám - Kiss Melinda - Torma Péter: Sekély tavi energiaáramok fluxus-gradiens eljárás-alapú becslése örvény-kovariancia mérésekből
48 Sekély tavi energiaáramok fluxus-gradiens eljárás-alapú becslése örvénykovariancia mérésekből Kiss Melinda - Torma Péter MTA-BME Vízgazdálkodási Kutatócsoport Kivonat: A Fertő tavon a nádas és nyílt vízi jellegzónák határfelületén hosszú idejű örvény-kovariancia és további mikrometeorológiai méréseket végeztünk, amelyek segítségével az impulzusáram illetve a szenzibilis és látens höáramok meghatározására, valamint utóbbiból a párolgás becslésére eljárást dolgoztunk ki A becsült energiaáramok a széliránytól függően különböző mértékben mutatják a nádasra és a nyílt vízi zónára jellemző értékeket Meghatároztuk az egyes mérések forrásterületeinek arányát, majd a fluxus-gradiens módszerrel egyidejűleg, külön-külön a két jellegzóna felett becsültük az egyes állapotváltozók áramait- Ezek alapján, a forrásterületek arányával súlyozva számítottuk az átmeneti zóna fluxusait, ami jó egyezést mutatott a mért értékekkel- Ezen túlmenően a mért komponensek alapján vizsgáltuk az energiamérleg zárását- Az alapesetben 73 %-os zárást az örvény-kovariancia módszer során alkalmazott korrekciók kis mértékben, a hőmérsékleti rétegződés illetve a mérési terület homogenitása viszont jelentősen befolyásolta. Végül számszerűsítettük a két jellegzóna havi párolgásösszegeit és összevetettük azokat a Fertő tóra alkalmazott más párolgásbecslő eljárások eredményeivel. Azt találtuk, hogy a nyári hónapokban a nádas párolgása jelentősen meghaladta a nyílt viz párolgását, míg májusban illetve az őszi hónapokban a két zónában közel azonos volt a párolgás mértéke. Kulcsszavak: örvény-kovariancia, tópárolgás, fluxus-gradiens, Monin-Obukhov, nádas, nyilt víz. 1. Bevezetés A turbulens energiaáramok mérésére és becslésére sekély vízfelületek felett az elmúlt években számos kutatás irányult. Ezek különféle mérési eljárásokon és becslö módszereken, továbbá különféle bonyolultságú modelleken alapultak. Többek között Burba et al. (1999) a Bo- wen-arány energiamérleg módszerrel (BREB), Lenters et al. (2011) LAS (Large Aperture Scintillomter) mérésekkel, Biermann et al. (2013) örvény-kovariancia technikával és egy sekély vízi hidrodinamikai modellel (HM, Hydrodynamic Multilayer Model), Kugler et al. (2015) pedig standard meteorológiai mérések felhasználásával, F- Lake modellel illetve a Monin-Obukhov hasonlósági elméleten alapuló ellenállás-modellel határozta meg a turbulens energiaáramokat. A sekély tavi energiafolyamatok vizsgálatának fontosságát hangsúlyozza, hogy az energiamérleg komponensei a tó számos jellemzőjét alapvetően befolyásolják. A vízbe jutó hőenergia határozza meg, hogy milyen mértékben és dinamikával melegszik fel a víztest, tehát mekkora a beérkező sugárzási energia azon hányada, amely a tóvíz felmelegítésére fordítódik. Ennek ismerete mind a tavi ökoszisztéma, mind a tóhasználat számára nagy fontosságú. A szenzibilis hőáram (HTs) adja meg, hogy a sugárzási energia hányad része fordítódik a tó feletti levegő felmelegítésére illetve lehűtésére. A latens hőáram (LvE) pedig a sekély tavak hidrológiai körfolyamatában nagy súllyal szereplő párolgás mértékét adja meg. Mivel számos sekély tó felszínének jelentős hányadát vízi növényzet borítja, amely tórészek energia-folyamataikban és párolgásukban jelentősen eltérhetnek a nyílt vízi tórészektől, ezért szükséges az egyes jellegzónákban az energiamérleg-tagok külön-külön történő számszerűsítése, illetve a nyílt tórészek párolgásának és a növényzettel benőtt tórészek evapotranszspirációjának különválasztott becslése. Kutatásunk elméleti alapjait és a terepi mérések első eredményeként a Fertő tó felszíni energiamérleg-komponenseit Kiss és Józsa (2015) foglalta össze. Jelen munka célja a nádas - nyílt víz átmeneti zónában örvény-kovariancia (EC) állomással mért energiaáramok szétválasztása és egyidejű becslése mind a nádas, mind a nyílt víz felett, ezekből pedig a két jellegzóna havi párolgás-összegeinek számszerűsítése és azok összevetése a Fertő tóra alkalmazott más párolgásbecslő eljárások eredményeivel. 2. Párolgásbecslő módszerek A tavi párolgásbecslésre, mint ahogy kimondottan a Fertő tó párolgásbecslésére is, számos eljárás létezik. Az egyes módszerek igen eltérő mennyiségű és típusú adatot igényelnek. A kis adatigényü eljárások előnye, hogy a hosszú idejű standard meteorológiai mérésekből immár hosszú idejű párolgás adatsorok állíthatók elő, a nagy pontosságú, de csak kampányszerűen végzett mikrometeorológiai méréseken alapuló összetettebb, nagy adatbázison alapuló eljárások viszont lehetővé teszik a párolgás megbízhatóbb becslését, ezáltal pedig ezeknek a párolgás adatsoroknak a pontosítását. Az örvény-kovariancia módszer összehasonlító vizsgálataihoz több más párolgásbecslő módszert választottuk, olyanokat, amelyek a legelterjedtebben alkalmazott és a szakirodalomban legpontosabbnak tartott eljárások. A Fertő tó nyíltvízi párolgásának számítására kidolgozott empirikus sémák közül a Kozmáné által módosított és az EDUVIZIG által párolgásbecslésre alkalmazott formulát (Antal et al, 1982) és Neuwirth (1980) formuláját alkalmaztuk. Felhasználtuk továbbá az energiamérlegen alapuló Bowen-arány módszert, az aerodinamikai és energiamérleg módszerek kombinációjából született Penman-e- gyenletet (Penman, 1948), és az energiatagokat kiküszöbölő, kizárólag standard meteorológiai adatokat igénylő de Bruin formulát (de Bruin, 1978). A módszerek bővebb összefoglalását pl. Tímár (2014) tartalmazza. Ezek mellett a párolgás térbeli leírására alkalmas, műhold felvételeken alapuló Morton-féle párolgásbecslő modellt alkalmaztuk (Morton et al., 1985). Ebben a WREVAP program megfelelő moduljával (CRLE) becsültük a nyílt víz párolgását, míg a nádas párolgását a lineáris transzformáción alapuló CREMAP programmal számszerűsítettük (Baros és Zsoldos, 2013; Szilágyi és Kovács 2011). 3. Terepi mérések és adatfeldolgozás A mérések helyszínét, a méréskialakítást és a szenzorok jellemzőit Kiss és Józsa (2015) részletesen ismerteti. Két mikrometeorológiai mérőállomást működtettünk a nádas - nyílt víz határzónában, egyiket a nádasban, másikat a nyílt vízen. Mindkét állomáson két-két magasságban végeztünk szél-, légnedvesség- és léghőmérséklet- mérést, továbbá rögzítettük a vízhőmérsékletet a vízfelszínen és közepes mélységben. Mivel egyetlen komplett örvény-kovariancia rendszer állt rendelkezésre, ezért ezt a vizsgálat elején (2013. 05. 03. -07. 01. között) a nádas állomáson, a vizsgálat második részében (2013. 07. 28. -
