Hidrológiai Közlöny, 2014 (94. évfolyam)
2014 / 4. szám - Kiss Melinda - Torma Péter: Sekély tavi energiaáramok fluxus-gradiens eljárás-alapú becslése örvény-kovariancia mérésekből
JCIS^M^^ORM^^^^ekél^av^nergiaáiMOI^__ 51 Hogy a fluxus-gradiens eljárással az egyidejűleg külön nádasra és nyílt vízre meghatározott turbulens energiaáramokat összevethessük a mért áramokkal, ezáltal ellenőrizve az eljárás pontosságát, a forrásterületeket vettük alapul. Minden időlépésben meghatároztuk a nádas és a nyílt víz relatív hozzájárulását a mért energiaáramokhoz, majd ezekből súlyozott áramokat számoltunk: HT5,,y=HT5^FW10^HTv(lOO-FtJ/10( ahol HTsnáJm és HTs a nádas állomáson, illetve a nyílt vízi állomáson mért szenzibilis hőáram, és ETnáJas a nádas forrásterület százalékos aránya. Analóg módon a súlyozott latens hőáram és az impulzusáram is meghatározható. 4.3 Az adatpótlás módja A modellezett idősorokban adathiányos időszakok keletkeztek a következő okokból kifolyólag: a mérőműszerek vagy adatrögzítők átmeneti hibái, a rossz adatminőség miatt kizárt értékek illetve a hibaszűréssel eltávolított értékek következtében. Ahhoz azonban, hogy a havi párolgásösszeget meghatározzuk, hiánytalan idősorokra van szükség. Az adathiány feltöltésére egy eljárást dolgoztunk ki Pintér (2009) és Faige et al. (2001) alapján. Elsőként ún. „look-up” táblázatokat generáltunk a hasonló környezeti tényezőkkel rendelkező adatok átlagolásával. Ezek a relatív nedvességtartamon, globálsugárzáson és mérési időponton alapultak, ugyanis ezektől a jellemzőktől találtuk a legerősebb függését az energiaáramoknak. Ezt követően egy többlépcsős eljárással, a különböző adathiány-típusokat különbözőképp kezelve, pótoltuk az impulzus áramot és a szenzibilis és latens hőáramot. 5. Eredmények 5.1. Mért energiaáramok A mért impulzus-, szenzibilis és latens hőáramot, az e- nergiaáramok átlagos napi menetének görbéit és az ezekből levont következtetéseket Kiss és Józsa (2015) tartalmazza. Jelen munkában példaként a 2013 júniusára számszerűsített energiamérleg-tagok átlagos napi menetgörbéit mutatjuk be (4. ábra). A maradéktag (rés) mutatja meg, hogy az energiamérleg mennyire jól zár, vagyis a beérkező, tárolt és távozó energia előjeles összege menynyivel tér el nullától. Ez az érték napközben a 100 W/m2-t is elérheti, ami átlagosnak mondható, ugyanis az energia-fluxusokkal foglalkozó kutatások legnagyobb részében a maradéktag napközben 50 és 300 W/m2 között alakul (Fokén, 2008; Twine et al., 2000; Wilson et al., 2002). Az energiamérleg-zárás vizsgálatát a 4. ábra: Az energiaáramok átlagos napi menete 2013 júniusában, a nádasban (csak a nádasból legalább 95 %-os részesedéssel érkező áramok figyelembevételével). Jelmagyarázat: Rn - sugárzásegyenleg, HTs - szenzibilis hőáram, L, E - latens hőáram, G - az alsóbb rétegekbe jutó hőáram és a tárolt hő összege, rés - maradéktag 5.2. Az energiamérleg zárása, korrekciók hatása Az elégtelen zárás lehetséges okai A termodinamika 1. főtétele (az energia-megmaradás törvénye) alapján a földfelszínre érkező és az onnan távozó energia közel azonos nagyságú, a köztük lévő különbség a földfelszín által tárolt energia (AHs). E három tag összege adja az energiamérleget, aminek így maradéktagja (rés) elméletileg nulla: rés = Rn- {HTs + LVE + Hc + AHs) Ezzel szemben a valóságban számos kutatás tapasztalatai mutatják (Fokén 2008, Twine et al., 2000, Wilson et al., 2002, stb.), hogy az energiamérleg-komponensek egymástól független mérése során a földfelszín energia- mérlege nem zárható teljes mértékben: A vizsgált területtől, a mérés kivitelezésétől és egy sor egyéb jellemzőtől függő nagyságú maradéktag jelenik meg az egyenletben (rés í 0). A lezáratlan energiamérleg jellemzője, hogy az elérhető energia (RN - Ha - AHS) meghaladja a turbulens energiaáramokat (HTS + LVE), tehát a módszer vagy az e- lőbbit felül-, vagy az utóbbit alulbecsüli. A vizsgált időszakban az elérhető energia és az energiaáramok kapcsolatát az 5. ábra mutatja a legkisebb négyzetek elvén előállított regressziós egyenessel, az elméleti tökéletes zárást jelentő 45°-os egyeneshez képest. 5. ábra: Regressziós kapcsolat az elérhető energia és a turbulens energiaáramok közt Amikor az 1980-as években az energiamérleg-zárási probléma előtérbe került, elsőként a műszerek pontatlanságát és a rossz adatminőséget okolták. Ezt követően a- zonban számos interkalibráció (Finkelstein és Sims, 2001) és műszerfejlesztés történt (Halldin, 2004), melyek bizonyították, hogy a fluxus- és sugárzásmérés pontosságának jelentős növelése ellenére sem szüntethető meg a mérlegben jelentkező egyenlőtlenség. A legújabb kutatások azt mutatják, hogy az általánosan alkalmazott 30 perces átlagolási idő jelentős, akár napos léptékűre történő növelésével (Charuchittipan et al., 2014), illetve a pontbeli mérések helyett térbeli átla- golásos módszerekkel (pl. scintillometeres méréssel, Be- yrich et al. 2006) a szenzibilis és latens hőáramok nagysága növelhető és a maradéktag közel zérusra csökkenthető. Ezek alapján Fokén (2008) arra a következtetésre jutott, hogy nemcsak az örvény-kovariancia módszerrel kimérhető kis örvények játszanak szerepet az energia- mérlegben, hanem az alsó határréteg olyan nagyobb mé-
