Alkalmazott számszerű előrejelzés

numerikus időjárási és csatolt modellek a gyakorlatban

André Karolina (III, FI)

Balogh Miklós (IV)

Baranka Györgyi (I, VIII)

Bozó László (VIII)

Bölöni Gergely (II, Dinamikai modellek európai körkép, III, FII)

Grosz Balázs (I, III, V, VI)

Gyöngyösi András Zénó (I, III, V, FI)

Horányi András (II, Dinamikai modellek európai körkép, III)

Lagzi István László (VII)

Leelőssy Ádám (VII)

Mészáros Róbert (I, VII)

Mile Máté (III, FII)

Szépszó Gabriella (I, II, III, FII)

Szűcs Mihály (II)

Tasnádi Péter (Előszó, I, III, FI)

Weidinger Tamás (I, III, FI)

Lektorálta 
Geresdi István és Szintai Balázs

Szerkesztette 
Gyöngyösi András Zénó és Weidinger Tamás

E könyv kutatási és oktatási célokra szabadon használható. Bármilyen formában való sokszorosítása a jogtulajdonos írásos engedélyéhez kötött.

Készült a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0073 számú, „E-learning természettudományos tartalomfejlesztés az ELTE TTK-n” című projekt keretében. Konzorciumvezető: Eötvös Loránd Tudományegyetem, konzorciumi tagok: ELTE TTK Hallgatói Alapítvány, ITStudy Hungary Számítástechnikai Oktató- és Kutatóközpont Kft.


Tartalom

Előszó
I. Numerikus időjárási és csatolt modellek: történeti áttekintés, osztályozás, főbb jellemzők, felhasználóbarát alkalmazási lehetőségek
I.1. Történeti áttekintés
I.1.1. Mérések, mérőhálózatok
I.1.2. A légköri kormányzóegyenletek
I.1.3. A numerikus időjárás előrejelzés Richardson modelljétől a mai fejlesztési irányokig
I.2. A hidro-termodinamikai egyenletrendszer alakja, lezárási hipotézisek
I.2.1. Az egyenletrendszer általános alakja
I.2.2. Átlagok és fluktuációk
I.2.3. Az átlagos mozgásokra és a magasabb momentumokra felírt egyenletek
I.2.4. Lezárási hipotézisek
I.3. A légköri és csatolt numerikus modellek osztályozási elvei
I.3.1. Légköri modellek
I.3.2. Áramlástani modellek
I.3.3. Terjedési modellek – a légköri szennyzőanyag-terjedés
I.3.4. Ökológiai modellek
I.4. A numerikus modell, mint kutató és fejlesztő eszköz
Köszönetnyilvánítás
Irodalomjegyzék
II. A numerikus időjárási modellek felépítése: tér- és időskála, adatasszimiláció, diszkretizáció, parametrizációk, valószínűségi előrejelzések, éghajlati modellezés
II.1.  Bevezetés
II.2.  Adatasszimiláció és inicializáció
II.2.1. Adatasszimiláció
II.2.2. Inicializáció
II.2.3. Feladatok
II.3.  Diszkretizáció
II.3.1. Véges különbséges közelítés
II.3.2. Spektrális módszerek
II.3.3. Feladatok
II.4.  Parametrizációk
II.4.1. A parametrizálandó folyamatok
II.4.2. A numerikus modellekben alkalmazott parametrizációs eljárások
II.5.  Valószínűségi előrejelzések
II.5.1. A valószínűségi előrejelzések alapjai
II.5.2. Ensemble előrejelzések
II.6.  Klímamodellezés
II.6.1. Az éghajlati rendszer és modellezése
II.6.2. Regionális alkalmazások
II.6.3. Az éghajlati szimulációk bizonytalanságai
II.6.4. Az éghajlati modellek alkalmazása
II.6.5. Az éghajlati szimulációk eredményeinek felhasználása
II.7.  Összefoglalás és kitekintés
Köszönetnyilvánítás
Felhasznált irodalom
A. Dinamikai modellek
Európai modellezési körkép
III. A WRF és az ALADIN/CHAPEAU modellrendszer
III.1. Az egyetemi oktatásban alkalmazott meteorológiai modellezés filozófiája
III.2. A WRF modellrendszer
III.3. Az ALADIN/CHAPEAU modellrendszer
III.4. Hasonlóságok és eltérések a két modellrendszer között
III.5. A WRF és CHAPEAU egyidejű futtatása és kimenő adatainak egységes kezelése
III.6. További lehetőségek
Köszönetnyilvánítás
Ajánlott irodalom
IV. Általános célú áramlástani megoldók alkalmazása a mérnöki meteorológiában és a meteorológiai feladatok megoldásában. Az OpenFoam szoftvercsomag
IV.1. Bevezető
IV.1.1. A véges térfogat módszer
IV.1.2. Az áramlástani vizsgálatok eszközei
IV.1.3. A szükséges programok telepítése
IV.2. A szimulációs esetek felépítése
IV.3. Oktató feladatok
IV.3.1. Légköri határréteg 2D szimulációja homogén érdességű, sík felszín felett
IV.3.2. Légköri határréteg 2D szimulációja egyszerűsített geometriájú domb felett
IV.3.3. Légköri határréteg 3D szimulációja komplex domborzat felett
Irodalomjegyzék
B. Csatolt terjedési, levegőkémiai és ökológiai modellek
V. A GEOS-Chem és a CMAQ modell felépítése, futtatása
V.1. Bevezető
V.2. A Geos-Chem globális légköri terjedési modell
V.2.1. Általános leírás
V.2.2. A Geos-Chem telepítése, futtatása
V.2.3. A modellezett eredmények feldolgozása, kiértékelése
V.2.4. A közel valós idejű (NRT - Near Real Time) Geos-Chem modell
V.3. A CMAQ légköri terjedési modell
Irodalomjegyzék
VI. A denitrifikációs-dekompozíciós (DNDC) talajmodell
VI.1. A DNDC modell felépítése
VI.2. Meteorológiai paraméterek és a talajklíma
VI.3. A növényi fejlődés paraméterei
VI.4. A talaj bio-geokémiája
VI.4.1. Bomlás (dekompozíció)
VI.4.2. A talaj nitrogén dinamikája – nitrifikáció/denitrifikáció
VI.5. A modell letöltése és telepítése
VI.5.1. A program működése
VI.5.2. A fájlrendszer felépítése
VI.5.3. A modell bemeneti paraméterei
VI.5.4. Művelési módok (lib_farm)
VI.5.5. Poligon határ koordináták (lib_map)
VI.5.6. Hidrológiai adatbázis (lib_soil)
VI.5.7. Termények élettani adatbázisa (lib_crop)
VI.6. A pontszerű (site) üzemmód használata
VI.7. A régiós üzemmód használata, egy esettanulmánynak a bemutatása
VI.7.1. A régiós szimuláció menete
VI.7.2. Példák a modelleredmények megjelenítésére
Köszönetnyilvánítás
Irodalomjegyzék
VII. Terjedési modellek, alkalmazások lokálistól kontinentális skáláig
VII.1. Bevezetés
VII.2. Az ALOHA Gauss-modell
VII.2.1. Az ALOHA modell bemenő adatai
VII.2.2. Az eredmények megjelenítése
VII.3. A TREX-Euler modell
VII.3.1. A program felépítése
VII.3.2. Numerikus megoldás
VII.3.3. Alkalmazások
VII.4. A TREX-Lagrange modell
VII.5. A HYSPLIT modell
VII.6. Az OpenFOAM modell
VII.7. Statisztikai szimulációk
Irodalomjegyzék
VIII. Az AERMOD modell rendszer
VIII.1. Bevezető
VIII.2. Az AERMOD modell felépítése és tulajdonságai
VIII.2.1. AERMET- meteorológiai preprocesszor
VIII.2.2. Az AERSURFACE modul
VIII.2.3. Az AERMAP program
VIII.2.4. Az INTERFACE program egység
VIII.2.5. A PRIME füstfáklya modell
VIII.3. Az AERMOD speciális alkalmazásai
VIII.4. Egy példa az AERMOD alkalmazására
Köszönetnyilvánítás
Irodalomjegyzék
C. Függelék
A. FI. A WRF modell rendszer felépítésének és alkalmazásának rövid ismertetése
FI.1. Alapvető tulajdonságok
FI.2. A WRF modell-rendszer futtatása
FI.2.1. A futtatáshoz szükséges bemenő adatok
FI.2.2. A WPS előfeldolgozó futtatása
FI.2.3. WPS programkomponensek futtatása
F.2.4. Modell integrálás – ARW
FI.2.5. Utófeldolgozás az ARWpost segítségével
FI.3. További lehetőségek
FI.3.1. Eltérő parametrizációs sémák alkalmazása
FI.3.2. Parametrizációs együtthatók módosítása
FI.3.3. Más bemenő adatok alkalmazása
FI.3.4. Rácsfelbontás, beágyazás
FI.4. Példa-szkriptek
FI.4.1. A III. fejezetben található interaktív videót készítő szkript
FI.4.2. A felszínhasználat és talaj textúra parametrizációs együtthatóira való érzékenységet vizsgáló esettanulmány futtatását végrehajtó szkript
FI.4.3. Az FI Függelékben közölt FI.1-es és FI.2-es videókat létrehozó szkript
Köszönetnyilvánítás
Irodalomjegyzék
B. FII. A CHAPEAU modell, telepítése, futtatása, felhasználása
FII.1. Bevezetés
FII.2. A CHAPEAU modell
FII.3. A modell telepítése és a szükséges számítógépes környezet
FII.4. A modell futtatása és utófeldolgozás
FII.4.1. Futtatás
FII.4.2. Utófeldolgozás
FII.5. Megjelenítés az R program segítségével
FII.6. A modell alkalmazása a numerikus előrejelzés oktatásában
Irodalomjegyzék