Automata Meteorológiai Mérőállomás

Az automata VAISALA típusú állomás a Pécsi Tudományegyetem Ifjúság úti campus-ának területén található három részletben. Az állomás 2008 novembere óta szolgáltat rendszeres meteorológiai adatokat. A központi állomás az atlétika pálya nyugati oldalán helyezkedik el, itt találhatók a léghőmérséklet, légnedvesség, csapadék, talajhőmérséklet és levélnedvesség szenzorok. Utóbbi levélfelületek nedvességéről szolgáltat információkat. Az állomás második része a D-épület liftaknájának tetején található, itt találjuk a szélsebesség, szélirány és globálsugárzás szenzorokat. A szenzorok csatolása szabványos, így a különböző mérési programokhoz tetszőleges műszerkombinációt lehet összeállítani. Az állomás harmadik helyen levő része egy égkamera az E-épület északi oldalán, ÉNy-i irányba tájolva.


Az állomás mérési programja teljesen automatizált. Az automata állomás egy perces gyakorisággal gyűjti a következő adatokat: hőmérséklet (lég és talaj), relatív páratartalom, légnyomás (állomásszinti, műszerszinti, és tengerszinti), csapadékmennyiség, csapadékintenzitás, szélirány, szélsebesség, globálsugárzás, levélnedvesség.



Hőmérséklet, harmatpont és a relatív páratartalom mérése



Az egyik legalapvetőbb meteorológiai paramétert az ellenállásmérésen alapuló platina hőmérő szolgáltatja. A mérés elve az, hogy a platina ellenállása csak a hőmérséklettől függ, és ezt nagy pontossággal lehet megmérni, illetve átalakítani hőmérsékleti értékké. A léghőmérsékletet 2 méter magasan méri az automata, azonban a talajfelszín alatt is találhatunk hőmérőt, amely 5, 10 és 20 centiméteres mélységekben méri talajhőmérsékletet. A szenzor a hőmérséklet mellett a relatív páratartalmat is méri, ebből és a léghőmérsékletből ezt követően bármely nedvességre vonatkozó paraméter kiszámolható, mint például a harmatponthőmérséklet vagy a páradeficit. Egy egyszerű összefüggés segítségével a relatív páratartalom és a léghőmérséklet ismeretében kb. 1 oC-os pontossággal (30% relatív páratartalom felett) számolható a harmatpont hőmérséklet:

Td=Ta—100 - hr
5

, ahol Ta az aktuális léghőmérséklet Celsius fokban, Td pedig a harmatpont-hőmérséklet. Az egyszerű összefüggés értelmében minden 1oC hőmérséklet-különbség növekedés az aktuális és a harmatpont-hőmérséklet között 5 százalékkal csökkenti a relatív páratartalmat (a megközelítés természetesen némi hibával terhelt, főleg alacsony légnedvesség esetén, lásd. 1. ábra). Természetesen léteznek pontosabb, de egyben bonyolultabb összefüggések is, mint pl. a Tetens-egyenlet módosított formája (bővebb információ pl.: Campbell, 1998):

Td=
  c lnea
a
  b - lnea
a		  

, ahol ea az aktuális gőznyomás, a, b és c pedig konstansok, ahol víz esetében a = 0,611, b = 17,502, c = 240,97.


1. ábra: 1. A relatív páratartalomból számolt harmatpont hőmérsékletek 9,3oC léghőmérséklet esetén



Légnyomás mérés



A szenzorban három darab mérőszelence helyezkedik el, eme három eszköz által mért légnyomások átlagaként alakul ki a műszerszinti légnyomás (hPa). Ezt az értéket a műszerhez tartozó kalibrációs adatok segítségével 0 fokos hőmérsékletre számítja át az automata. A léghőmérséklet ismeretében, program az alábbi egyenlet segítségével határozza meg a tengerszinti légnyomást:


log p1 = log p2 + 0,01485(h/Tm)

, ahol p1 és p2 a két mérőponton mért légnyomás hPa mértékegységben, h a mérőpont tengerszint feletti magassága, Tm pedig a két mérőpont átlaghőmérséklete. A tengerszint hőmérséklet kiszámolható az alábbi összefüggéssel, ha 0,65oC-os melegedést feltételezünk 100 méter magasságcsökkenéssel:


T1 = T2+
( h
100		 0,65 )


Az állomásszinti és a műszerszinti légnyomás alig különbözik, mivel mindössze két méter a különbség, bár a mért nyomásértékekből ez is kiolvasható (kb. 0,2 hPa). Közismert, hogy a tengerszint feletti magasság növekedésével exponenciálisan csökken a légnyomás, közelítőleg kiszámolható az alábbi összefüggés segítségével (kPa-ban):



 
Pa=101,325 e
(-h
8200		)

A Mount Everesten (8848 m) átlagosan mindössze 34 kPa ez az érték, tehát a tengerszinten mért átlagérték (101, 325 kPa) alig több mint egy harmada.



Csapadékmérés



A csapadékmennyiség meghatározását a Lambrecht cég által gyártott automata billenőedényes csapadékmérő végzi. A mérés elve, hogy a 159,6mm átmérőjű (200 cm2 gyűjtőfelület) gyűjtőhengerből a csapadékvíz, vagy az elolvasztott hó egy billenő edénybe/csészébe folyik, ahol egy adott mennyiség összegyülekezése után az edény/csésze átbillen. Egy mágneses kapcsoló (reed relé) érzékeli a billenést, és jelet küld az adatgyűjtőnek. Egy billenés 0,1 mm csapadéknak felel meg a használt csapadékszenzor esetében. A billenések számlálásával és azok egyperces rögzítésével nem csak a csapadék összes mennyiségét tudjuk meghatározni, hanem a csapadékintenzitást is nagy pontossággal tudjuk mérni. Egyébként az állomás erületén rendelkezünk egy hagyományos Oláh-Csomor-rendszerű (módosított, duplafalú Hellmann) csapadékmérővel, valamint egy Decagon (Decagon Devices Inc. Pullman, WA, Egyesült Államok) gyártmányú ECRN-100 billenőedényes csapadékmérővel is (utóbbi felbontása 0,2 mm) is.



Szélsebesség, szélirány



A szélsebesség mérésére egy kúpos kialakítású kanalas szélkerék szolgál, elektronika számolja a forgórész fordulatainak számát. A műszerrel mérhető legkisebb szélsebesség 0,1 m/s, a legnagyobb szélsebesség 50 m/s. A szélirány meghatározását végző szélzászló optikai elektronika segítségével 2,5° pontossággal mér. A szél nagymértékű változékonysága miatt pillanatnyi értékek nem kerülnek rögzítésre, csak tíz percre vonatkozó átlagos irány és átlagos sebesség, illetve ezen időszakban a mért legerősebb szélsebesség és annak iránya.



Levélnedvesség



A szenzor azon időtartam meghatározására szolgál, ami idő alatt a leveleket harmat borítja. Ennek az információnak a növényvédelemben van nagy szerepe.



Globálsugárzás



A globálsugárzás azon sugárzások összessége, amely a horizont feletti térrészből érkezik. Része a napból érkező direkt sugárzás, és az égboltról érkező diffúz vagy szórt sugárzás. A mértékegysége W/m2, ami azt mondja meg, hogy hány wattnyi teljesítményű sugárzás érkezik adott időpontban egységnyi (1 m2) felületre.



OTT Parsivel2 - csapadékmérő



Bemutatás:

Lézer alapon működő optikai műszer, amely az összes csapadékfajtát képes detektálni. A folyékony halmazállapotú részecskék (vízcseppek) 0,2 - 8 mm mérettartományban, a szilárd halmazállapotú részecskék (pl. hópelyhek, hódara, jégszemek) 0,2 - 25 mm közötti mérettartományban mérhetőek. A részecskék esési sebessége 0,2 - 20 m/s közötti tartományban mérhető.

A mért méret és esési sebesség alapján a következő csapadék típusok különíthetők el:

A méréseket egy speciálisan erre a célra kifejlesztett szenzor fej végzi. Az optikai elven működő eszköz az alábbi ábrán látható módon fényt bocsát ki.

A részecskék méretének mérése:

Amennyiben a lézersugáron nem hatol át részecske, úgy a maximális feszültség érték érkezik a vevő egységbe. A lézersugáron áteső részecskék azonban átmérőjüktől függően blokkolják a vevőegységbe érkező lézersugár egy részét, így csökken a mért feszültség érték, amelyből meghatározható a részecskék mérete.

A részecskék sebességének mérése:

A szenzor azt az időtartamot méri, ami a részecske lézersugárba esése és onnan való kijutása között eltelik.

A részecske méretéből és az esési sebességéből a következő paraméterek határozhatók meg:
(1) méret szerinti eloszlás; (2) csapadék típusa; (3) a csapadékrészecskék kinetikus energiája; (4) csapadékintenzitás; (5) radar reflektivitás; (6) látástávolság.


OTT Parsivel2 lézer szenzor működési elv. Forrás: OTT Parsivel2 manual



OTT Pluvio2 L - csapadékmérő



Bemutatás:

A csapadékmérő automatikusan meghatározza a csapadék intenzitását, illetve a lehullott csapadék mennyiségét. Mérleg elven működik, halmazállapottól függetlenül méri a gyűjtő edény súlyát. Nagy pontosságú, rozsdamentes acél terhelésmérő cella szolgál szenzorként, amely a környezeti hatásoknak ellenálló védőburkolattal rendelkezik, illetve beépített hőmérséklet szenzorral, amely kompenzálja a mérés során fellépő hőmérsékletváltozásokat. Minden 6. másodpercben a csapadékmérő meghatározza a csapadékgyűjtő edény súlyát 0,001 mm felbontással (= nyers adat). A mért adat és az üres állapotú csapadékmérő tartály súlya közti különbség adja a tartályban lévő csapadék pontos mennyiségét. Egy adott pillanatban a röviddel korábban mért tartálytartalmak közötti különbségből adható meg a csapadékintenzitás mm/min vagy mm/h mértékegységben kifejezve. Az akkumulált csapadékmennyiséget a 6 másodpercenként mért intenzitás értékekből határozzuk meg.

Az adatok real-time és non-real-time adatként jelennek meg.

Real-time output (RT): a csapadékesemény kezdete után a 0,1 mm/min intenzitásnál nagyobb intenzitású csapadék mért értéke 1 percen belül jelenik meg. Előny: gyors reakció idő és viszonylag pontos intenzitás érték.

Non-real-time output (NRT): a mérési eredmény a csapadékesemény megindulását követő 5 percen belül jelenik meg. Előny: még pontosabb mért csapadék intenzitás.

A mérőműszer az adatokat 0,01 mm pontossággal szolgáltatja.



CHM 15k Nimbus - ceilométer



Lidar (Light detection and ranging) elven működő felhőalap mérő, amely rövid lézer impulzusokat bocsát ki a légkörbe. A kibocsátott lézersugarak a légkörben lévő aeroszol részecskékről és levegő molekulákról verődnek vissza. A lézersugár visszatérési ideje és a visszavert jelt intenzitásából kapott jelet értékeli ki a szoftver. Megállapíthatók a különböző felhő- és aeroszol rétegek magassági szintjei, a felhőbe hatolási mélység, illetve a vertikális látástávolság. Ezek mellett a szoftver meghatározza a légkör állapotát:
(1) sem köd, sem csapadék nem fordul elő; (2) eső; (3) köd; (4) hó, vagy fagyott eső.


Példa a ceilométer által készített, egy napra vonatkozó diagramra. A jobb oldali skála az ún. visszaszórási keresztmetszetet [m-1sr-1] mutatja.


Adatgyűjtés és tárolás



Az adatgyűjtő automatából bizonyos időközönként a hozzá csatlakoztatott számítógép legyűjti az adatokat és azokat egy adatbázisba írja. Innen tetszőleges segédprogram alkalmazásával a felhasználók elő tudják hívni a kívánt információkat. Internetes kapcsolaton keresztül ez a számítógép kapcsolatba tud lépni az Országos Meteorológiai Szolgálat adatbázisaival, így az adatok bekerülnek a nemzeti meteorológiai megfigyelési hálózat adatai közé.



Érdekesség



A mai napig (2017. április 19.) ha nem is a mi állomásunkhoz, de Pécshez kötődik a legmagasabb napi minimumhőmérséklet értéke hazánkban, melynek értéke 27, 9 oC, melyet 2007. július. 20.-án regisztrált a mérőműszer a pécs-árpádtetői állomáson. (http://owww.met.hu/eghajlat/Magyarorszag/rekordok/).
Ekkor még nem mért az Ifjúság úti állomás, ugyanis összefüggő adatsorunk erre az állomásra csak 2008. november 1. óta van.



Irodalom



Campbell, G. S. (1998): Environmental Biophysics. 2nd ed. Springer-Verlag New York Inc.

Hozzáférési szintek

A szerver ezt a webfelületet is szolgáltatja, különböző hozzáférési szintekkel, egyes menüpontok csak a megfelelő hozzáférés birtokában érhetők el.


Kapcsolatok