VI.5. A modell letöltése és telepítése

A DNDC kis teljesítményű számítógépekre is könnyedén telepíthető és futtatható. A modell ingyenesen letölthető az internetről. A teszt adatokkal történő gyakorláshoz pedig az alábbi linken érhető el a program: http://meteor38.elte.hu/dndc/

A program Windows operációs rendszer alatt fut. Linux alatt még a Wine programmal sem működik, így Linuxos gépen kizárólag virtuális gép segítségével használható. A fenti linkről letöltött tömörített mappát a C:\ könyvtárba kell kicsomagolni. A mappa tartalmazza az összes szükséges adatot, ami a program futtatásához szükséges.

VI.1. videó. Telepítés

VI.5.1. A program működése

A DNDC modell, akárcsak más ökológiai modellek, előre meghatározott számítási folyamatok alapján dolgozik. Sok modell esetében lehetőség van a parametrizációs séma megválasztására, a hazai viszonyokhoz illeszkedő paraméterek beállítására, finomhangolására a forráskódban. Ez a DNDC modell esetében sajnos nem lehetséges, mivel a program zárt forráskódú. Parametrizálás szempontjából a legtöbb, amit tehetünk, hogy a lehető legrészletesebb és legpontosabb bemeneti adatokat adjuk meg.

A modell kétféle üzemmódban működik. Az első esetben egy pont, például egy mérőállomás környezetében lejátszódó folyamatokat szimulálja. Ezt site üzemmódnak hívják. Ilyen esetekben igen pontos eredmények várhatók, mivel a bemeneti, helyben mért paraméterek megegyeznek a szimulált terület valós adataival.

A másik üzemmódban nagyobb területre, régióra történik a futtatás. Ebben az esetben előre definiálni kell a cellákat, amelyekre meg kell adni egyenként a bemeneti adatokat. Ilyenkor előre meghatározott ponthoz tartozó, az adott területre (rácsnégyzetre) vonatkozó átlagos mérési adatokat kell megadni a programnak, ami természetszerűleg nem lehet olyan pontos, mint a pontbeli mérés. Gondoljunk csak arra, hogy egy 10 km x 10 km-es területen is hányféle vegetációs típus és milyen változatos mikroklíma lehet. A bemeneti adatok általában statisztikai adatbázisokból származnak. Ennél az üzemmódnál figyelembe kell venni, hogy a cellák számának növekedésével a modell futási ideje és az adatbázis mérete is drasztikusan megnőhet.

VI.5.2. A fájlrendszer felépítése

A C:\ meghajtó alá kicsomagolt DNDC mappát megnyitva a következő almappákat találjuk:

  • climte_files,

  • Database,

  • Library,

  • Result,

  • spot,

illetve a DNDC működéséhez szükséges dll fájlokat, valamint a program elindításához szükséges DNDC86H.exe fájlt. A climte_files mappa tartalmazza a site futtatásokhoz szükséges, adott ponthoz tartozó meteorológiai fájlokat. A Database mappa a régiós futtatások adatbázisát tartalmazza. Felépítése a következő:

  • Database

    • Germany

      • GIS

        • None

          • None_1.txt

          • None_2.txt

          • None_3.txt

          • None_4.txt

          • None_5.txt

      • Lib_clim

        • 2009

          • 1

          • 2

          • 3

          • .

          • .

          • ahány cellára futtatjuk a modellt

        • 2010

          • 1

          • 2

          • 3

          • .

          • .

          • ahány cellára futtatjuk a modellt

      • Lib_farm

        • farm0000

        • farm0001

        • .

        • .

        • farm0105

    • Lib_map (üres)

    •  

A GIS mappán belüli fájlok a következő adatokat tartalmazzák:

None_1.txt:

  • 1. oszlop: a cellák azonosító száma

  • 2. oszlop: az adatbázis neve

  • 3. oszlop: a cella sorszáma

  • 4. és 5. oszlop: a cella középpontjának φ–λ (földrajzi szélesség és hosszúság) koordinátái.

None_2.txt:

  • 1. oszlop: a cellák azonosító száma

  • 2. oszlop: a cella sorszáma

  • 3. oszlop: a légköri nitrogén ülepedési aránya (mg N dm-3 vagy ppm)

None_3.txt:

  • 1. oszlop: a cellák azonosító száma

  • 2. és 3. oszlop: a talaj szerves széntartalmának (SOC) maximuma és minimuma (C kg–1)

  • 4. és 5. oszlop: a talaj agyagtartalmának (Clay) maximuma és minimuma

  • 6. és 7. oszlop: a talaj pH maximuma és minimuma

  • 8. és 9. oszlop: a száraz talaj sűrűségének (bulk density) maximuma és minimuma (g cm–3)

None_4.txt: ez a file a cella ID-ket, a termény információkat tartalmazza, vagyis  a termények nevét, azonosító számukat és az adott cellában a terület nagyságát hektárban, amelyen az adott terményt termelik (VI.5. ábra).

VI.5. ábra. A None_4.txt felépítése.

None_5.txt: a cellák határát leíró koordinátákat tartalmazza, amelyek csak abban az esetben szükségesek, ha szeretnénk megjeleníteni a DNDC-vel modellezett területet. Ez a funkció tényleges hozzáadott információt nem tartalmaz, és indokolatlanul nagymértékben lassítja a modell futtatását, így használata nem javasolt.

A lib_clim mappában lévő almappák az adott évek meteorológiai adatbázisát tartalmazzák. Annyi fájl van az almappán belül, ahány cellára osztottuk a modellezett területet, azaz minden egyes cellához meg kell adni a napi maximum és minimum hőmérsékletet, valamint a csapadékot cm-ben.

VI.5.3. A modell bemeneti paraméterei

A modell bemeneti adatbázisa a szükséges talajtani, kémiai és mikrobiológiai adatokat, valamint a meteorológiai fájl elérési útját tartalmazza. A meteorológiai fájlt a VI.6. ábrán bemutatott formátum szerint kellett megadni.

VI.5.3.1. Meteorológiai bemeneti adatsor (lib_clim):

A fájl egy terület, cella egyéves adataira vonatkozik. A bemeneti adatok a napi maximum és minimum hőmérsékletet, a csapadék mennyiségét, illetve pontfuttatás esetén a napi globálsugárzás értékeket tartalmazzák. A megfelelő kezdeti adatok beállítása nagyon fontos a modell futtatásakor. Ezekben az esetekben a kapott eredmények maximum 10–15%-ban térhetnek el a mért értékektől. Pontatlan, vagy hibás kezdeti adatok esetén a mért értékek és a kapott DNDC modelleredmények közötti különbség akár a 30%-ot is meghaladhatja.

A szükséges meteorológiai adatok több forrás alapján is létrehozhatók. Korábbi kutatásokhoz az OMSZ által létrehozott interpolált adatbázis biztosította a bemeneti adatokat, amelyet az automatizált mérő és megfigyelő rendszer (kb. 300 állomás) segítségével sikerült létrehozni, illetve hitelesíteni. Ugyancsak jó bemeneti adatforrás az ELTE Meteorológiai Tanszékén is használt WRF numerikus előrejelző modell.

VI.6. ábra. A DNDC modell  meteorológiai bemeneti adatállománya.

VI.5.3.2. A WRF model validációja

A WRF modell (lásd a III. fejezetet is) – s általánosan a numerikus modellszimulációk – minden szempontból megfelelő adatforrás a DNDC modell számára. Az ilyen típusú modellfuttatások a valóságos meteorológiai adatokon felül (időjárási előrejelzések) alkalmasak a megváltozott klíma modellezésének hatását szimuláló bementi adatok létrehozására is (pl. talajhasználat változása, vagy regionális éghajlati modellekből származtatott adatsorok használata, mint a DNDC modell meteorológiai meghajtója).

A WRF modell alkalmazása előtt azonban meg kellett vizsgálni, hogy valóban alkalmas-e mérési eredményekből interpolált adatokkal megegyező színvonalú bementi adatokat biztosítani a DNDC modell számára. Ehhez két évet, a 2009 és 2010 év mérési és modellezési eredményeit hasonlítottuk össze. Kétféle WRF parametrizációt használtunk, mivel első esetben (LSM Land-Surface Model parametrizáció) a WRF nem kezelte megfelelően a csapadék mennyiséget (VI.7. ábra), ami az arra érzékeny N2O fluxusban (VI.4. ábra) jelentkezett a csapadékos 2010-es évben. Az eltérés mintegy 18%-os volt. A WRF modell új beállításai (Noah LSM) után az eltérés minimálissá vált, így a WRF modell a Noah LSM parametrizációval már megfelelő bementi adatforrás a DNDC számára.

Látjuk, hogy a csatolt időjárási-ökológiai modellek alkalmazása egyben meteorológiai problémákra (parametrizációk beállítása) is ráirányítja a figyelmet. Ez a modellhiba – mivel elsősorban szélenergetikai becslésekre használtuk a WRF-et nem jött ki.

VI.7. ábra. A WRF modellparametrizációk hatása a havi csapadékmennyiség kiszámítására. Eltérés az LSM (Land-Surface Model) és a Noah LSM WRF parametrizáció alapján kapott havi csapadékban az OMSZ interpolált adataihoz viszonyítva a 2009 és 2010-es évre.

VI.5.4. Művelési módok (lib_farm)

VI.8. ábra. Az egyes növényfajták agronómiai művelési adatbázisa.

A lib_farm mappában található fájlok írják le a növények termesztésének, művelésének módját, vagyis az öntözés, műtrágyázás, legeltetés adatait, valamit az ültetés, illetve a kaszálás idejét (VI.8. ábra).

VI.5.5. Poligon határ koordináták (lib_map)

Ebben a mappában az egyes cellák határait leíró koordináták találhatók, amelyek segítségével a modell kirajzolja a modellezett területet. Ez a funkció jelentősen megnöveli a futási időt és nem szolgáltat extra információt, így használata nem javasolt.

VI.5.6. Hidrológiai adatbázis (lib_soil)

VI.9. ábra. a különböző talajtípusok hidrológiai tulajdonságait leíró adatbázis (lib_soil).

A talajadatbázisban szerepel többek között a talaj textúra, a porozitás a szabadföldi vízkapacitás, a hervadáspont és a talaj specifikus hőkapacitása is (VI.9. ábra).

VI.5.7. Termények élettani adatbázisa (lib_crop)

Ez az adatbázis az egyes növénytípusok élettani adatait tartalmazza (VI.10. ábra).

VI.10. ábra. Az egyes növényfajták fiziológiai és fenológiai adatbázisa.