Előszó

A könyv, címének megfelelően a meteorológiában alkalmazott numerikus modelleket tekinti át gyakorlati szempontból.

Annak ellenére, hogy a meteorológia még mindig fiatal tudomány, hiszen mai formájának alapjai csak a XX. században kezdtek kialakulni, mára mind az elmélet, mind a gyakorlati alkalmazások terén hatalmas tudásanyagot halmozott fel, ami jelenleg is gyors fejlődésben van.

Az alkalmazások számára legfontosabb és emiatt leginkább változatos és dinamikusan fejlődő terület a jelen könyvben tárgyalt számszerű előrejelzés és numerikus modellezés kérdésköre.

A könyv kettős céllal készült. Egyrészt alkalmazás szintű ismereteket kíván nyújtani a meteorológia szakos hallgatók számára, másrészt képet akar adni a jelenleg alkalmazható modellekről és felépítésükről. Mindazonáltal fontos hangsúlyozni, hogy jelen könyv nem részletes numerikus prognosztikai jegyzet, hanem csak rövid betekintést nyújt a numerikus előrejelzés alapjaiba és a gyakorlatban használt modellek alkalmazásába. Olvasásához szükségesek az egyetemek alapszakjain a meteorológus szakirányon előírt matematikai és fizikai alapismeretek, valamint azok a dinamikus meteorológiai és programozási, programfuttatási és numerikus modellezési ismeretek, amelyek a mesterszakos meteorológus képzést előkészítik. Az ismeretanyag megértése természetesen a Meteorológus szakot mesterszinten elvégzők számára a legegyszerűbb.

Bár a mű világos vonalvezetéssel egymásra épített tartalmakkal haladva vezeti az olvasót az alapismeretektől a felhasználói, modellfuttatási ismeretek felé, a szerzők törekedtek arra, hogy a könyv modulrendszerben is használható legyen, azaz az egyes fejezetek önmagukban is érthetőek legyenek. Emiatt az ismeretanyag feldolgozásakor a szerkesztők tudatosan engedtek olyan redundanciát, ami segíti a könyv kiragadott részleteit tanulmányozó olvasót.

A könyv tartalma sokoldalú, és a meteorológiai modellezés számos területét fedi le, minden esetben törekedve arra, hogy a tárgyalt modellek a futtatás szintjén is hozzáférhetők legyenek a meteorológus hallgatók számára. Az első két fejezet a modellek megértéséhez szükséges elméleti ismereteket tartalmazza. Először tömören összefoglalja a numerikus modellezéshez szükséges dinamikus meteorológiai ismereteket. A megértést segíti, hogy a légköri egyenleteket történeti fejlődésükben vizsgálva, megmutatja az egyenletek illeszkedését a fizika általános törvényrendszeréhez. Az általános ismereteket azonban mindig a későbbi fejezetekben alkalmazott modellezési célokat figyelemben tartva dolgozza fel, elsősorban azokra az összefüggésekre koncentrálva, amelyek a numerikus eljárások folytonos–diszkrét átmenetének megértéséhez szükségesek. Ennek a célnak szem előtt tartásával kerül sor a modellek osztályozására is. A könyv magját a második fejezet képezi, amely a numerikus időjárási modellek felépítésével, a tér- és időskála, a modell inicializáció, a parametrizálás, az egyenletek integrálásának és a kimenő adatok kezelésének kérdésével foglalkozik. Részletesen ismerteti a diszkretizáció véges differencia és Galjorkin-féle módszerét és tárgyalja a stabilitás kérdését. A determinisztikus előrejelzés mellett foglalkozik a valószínűségi előrejelzésekkel és általában az előrejelezhetőség kérdésével. Az időjárási előrejelzések mellett tárgyalja a klímamodellezést is. A modellek illetve gyakorlati módszerek alapgondolatát mindig leegyszerűsített esetek vizsgálatán mutatja be.

Az alapozó fejezetek után konkrét modellek részletes és a modellek futtatásához is segítséget adó leírása következik. A meteorológiai gyakorlatban használatos modellek mellé bekerültek a mérnöki gyakorlatban alkalmazott meteorológiában is felhasználható modellek. A III. fejezet a meteorológiai modellezésben ma Magyarországon használt két modellel foglalkozik. Semmiképpen sem lép fel azonban a kezelési útmutató igényével, hiszen a modellek futtatásához önmagában is kötetnyi leírás tartozna. Az elméleti alapok mellett a numerikus modellek gyakorlati (technikai) részleteibe tehát két modellen keresztül nyújt betekintést. Ezek a modellek egyrészt képviselik a nemzeti meteorológiai szolgálatok által használt és fejlesztett modelleket, másrészt pedig illusztrálják az ingyenesen elérhető szabad forráskódú („fekete doboz” típusú) modelleket. Az egyik ilyen modell az ALADIN modell oktatási és kutatási célra használható változata az ALADIN/CHAPEAU, a másik pedig a bárki számára hozzáférhető WRF. Hangsúlyozzuk tehát, hogy ma mindkét modell elérhető Magyarországon, sőt a meteorológus hallgatók mindkét modell alapjait elsajátíthatják képzésük során.

A könyv a mérnöki gyakorlatban alkalmazott általános célú áramlástani megoldók (más néven CFD – Computational Fluid Dynamics megoldók) használatát a nyílt forráskódú OpenFOAM® (Open Field Operation and Manipulation) szimulációs rendszer felhasználói szintű tárgyalásán keresztül mutatja be. Ezek a programcsomagok elsősorban a mérnöki gyakorlatban előforduló feladatok megoldására készültek, ezért a légköri áramlások szimulációjához a program kódja módosításra került, függvénykönyvtárak készültek a neutrális rétegződésű légköri áramlások modellezéséhez, továbbá módosított turbulencia modell is csatolódott a rendszerhez.

A könyv harmadik nagy blokkja a csatolt terjedési, levegőkémiai és ökológiai modelleket mutatja be. A folyamatosan fejlődő bio-geokémiai modellek fő célja az ökoszisztémák szén- és nitrogén (C és N) ciklusához kapcsolódó C- és N nyomgázok kicserélődésének szimulációja. A modellekkel ellenőrizhetjük, hogy a talaj-bioszféra-légkör közötti kicserélődési folyamatokat jól értelmeztük-e, valamint alátámaszthatjuk a terepi mérések, megfigyelések helyességét. A modellek közül a DNDC (DeNitrification-DeComposition) modell kerül részletes ismertetésre, mert minden tekintetben alkalmazható a hazánkra is jellemző mezőgazdasági és füves területek leírására.

A légszennyezés problémakörének kezelésére a könyv néhány – az ELTE Meteorológiai Tanszéken is hozzáférhető és futtatható – különböző szemléletű terjedési modellt mutat be példaként. Tárgyalja az ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres) modellt, amely egyszerű gaussi terjedési modell, és közvetlen veszélyhelyzetek elhárítására készült. Bemutatásra kerül a TREX-Euler és a TREX-Lagrange, valamint a HYSPLIT modell. Foglalkozunk az OpenFOAM modell néhány, az ELTE TTK Meteorológiai Tanszékén készült fejlesztésével is. A gyakorlatorientált levegőkörnyezeti modellezést az Országos Meteorológiai Szolgálatnál is alkalmazott AERMOD modellrendszer képviseli.

Az egyes fejezeteket részletes irodalom és internetes hivatkozási jegyzék zárja. 

Az alkotók nevében is remélem, hogy az új típusú e-könyvet haszonnal forgatják mindazok, akik a numerikus meteorológiai modellek iránt mélyebben érdeklődnek.

Budapest, 2013. május 5.

Tasnádi Péter