10.3. Hazai villámdetektáló hálózatok az 1990-es évektől

10.3.1. A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer

Magyarországon 1997-ben kezdődtek meg a kísérleti mérések a SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszerrel először három állomáson (Budapest Pestszentlőrinc, Sárvár, Véménd). 1998-ban ezt két másik állomással egészítették ki (Zsadány és Varbóc). 2002-ben a budapesti antennát Bugyi községbe helyezték át. Mivel Szlovákiában is hasonló rendszert telepítettek, a két ország villámdetektáló hálózatát integrálták. A SAFIR rendszer óriási mennyiségű adatot szolgáltat a villámok helyéről, időpontjáról és a villámok elektromos paramétereiről. Az Országos Meteorológiai Szolgálat 2012-ben jelentősen átszervezte a villámdetektáló hálózatot. Jelenleg 4 hazai állomáson (Budapest Pestszentlőrinc, Siófok, Napkor, Szeged) történik észlelés, amit 3 szlovákiai állomás (Maly Javornik, Milhostov, Lucenec) adatai egészítenek ki (10.3. ábra).

A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer mérőállomásai Magyarországon és Szlovákiában

10.3. ábra: A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer mérőállomásai Magyarországon (Budapest Pestszentlőrinc, Siófok, Szeged és Napkor) és Szlovákiában (MAly Javornuk, Lucenec, Milhostov). Magyarországon 2012 előtt Bugyi, Véménd, Zsadány, Varbóc és Sárvár állomásokon történt a villámdetektálás.

A SAFIR rendszer a villámlás helyének meghatározását interferometriás irányméréses elven végzi, amely módszer a nagyfrekvenciás (VHF) dipólantennára beérkező elektromágneses hullámok közötti fáziseltolódáson alapul. A fáziskülönbség az alábbi módon számítható (SAFIR Technical Training, 2003):

,

(10-1)

ahol Δφ a fáziskülönbség, φ1, φ2 az antennára érkező jel fázisai, D az antennák közti távolság, λ a hullámhossz, θ a beeső sugárzás iránya. Mivel egy antenna-párral nem lehetne az összekötő egyenesre tükrözött irányokat megkülönböztetni, ezért az állomásokat 5 dipólantenna párral szerelték fel, amelyek egymással 72 fokos szöget zárnak be (10.4. ábra).

A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer villámdetektáló antennája

10.4. ábra: A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer villámdetektáló antennája (www.vaisala.com)

A megfigyelési frekvencia a 108–118 MHz sávtartományba esik. Ezenkívül egy kis frekvenciájú (LF) antennát is alkalmaznak. A nagy érzékenységű szenzorok a lecsapó (Cloud to Ground – CG) villámok mellett lehetővé teszik a felhőn belüli (Intra Cloud– IC), kisebb energiájú villámok detektálást is, ami a légi közlekedés és a viharjelzés számára kiemelt jelentőségű. A felhőn belüli villámok ugyanis hamarabb kialakulnak, mint a lecsapó, ezáltal a viharok detektálása is korábban megtörténhet.

A SAFIR rendszer alkalmas a villámlások jelalakjának és a keltett elektromos tér nagyságának a detektálására, a villámok helyének, időpontjának és elektromos paramétereinek meghatározására (Sándor és Wantuch, 2004). A 10.5. ábra egy teljes nap alatt a SAFIR rendszer által detektált villámok területi eloszlását mutatja az előfordulás ideje szerint színezve, megkülönböztetve a felhő-föld és a felhő-felhő villámokat.

A detektáló állomások hatótávolsága 250 km, elméleti pontossága 0,35 fok. A villámok detektálásának elvi pontossága 98% felett van. A gyakorlatban azonban gyakran merülnek fel problémák a pontos helymeghatározás terén (Dombai, 2006). A rendszer a villámlás helyét 100 μsec-onként 2 km-nél kisebb pontossággal észleli.

Az első néhány évben gyakoriak voltak a szenzorhibák, hosszantartó állomáskiesések okoztak

problémát, az ország lefedettsége nem mindig volt biztosított. 2003-ban a sárvári állomást villámcsapás érte, ezért szükség volt a műszerek teljes cseréjére.

A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer által egy teljes nap alatt detektált villámok területi eloszlása

10.5. ábra: A SAFIR (System d’Alerte Foudre par Interferometrie Radioelectrique) rendszer által egy teljes nap (2008.05.05.) alatt detektált villámok területi eloszlása az előfordulás ideje szerint színezve, megkülönböztetve a felhő-föld és a felhő-felhő villámokat (a felhő-föld villámokat karika, a felhő-felhő villámokat pont jelöli). Meghatározható a teljes mérési tartományra, vagy egy adott területen (pl. Magyarországon belül) tetszőleges időszakra a villámok összes száma villámtípusonként. A bemutatott esetben az adott napon a vizsgált területen összesen 12425 felhővillám és 1932 lecsapó villám fordult elő. (Forrás: Országos Meteorológiai Szolgálat).

10.3.2. A FLASH projekt

2005 júniusában az Országos Meteorológiai Szolgálat bekapcsolódott a FLASH (Full Lightning Detection Austria, Slovakia, Hungary) projektbe, melynek során a SAFIR rendszeren műszaki felülvizsgálatot végeztek. Ebben a közép-európai egyesített villámlokalizációs programban a Vaisala, az ALDIS, a ZAMG, az Austro-Control, az SHMI (Slovak Hydrometeorological Instituta) és az OMSZ (Országos Meteorológiai szolgálat) vett részt. A FLASH program fő célja a különböző adatok integrálása, a közép-európai hálózat kialakítása és a szorosabb együttműködés volt.

10.3.3. A LINET (Lightning Detection Network)

A LINET (Lightning Detection Network) villámdetektáló hálózat 2007 májusában indult Magyarországon (10.6. ábra) egy közép-európai kezdeményezés részeként több szervezet közreműködésével. A hálózathoz tartozó állomások a közvetkezők:

  1. Penc (Kozmikus Geodéziai Obszervatórium),

  2. Debrecen (Debreceni Egyetem)

  3. Sopron (Magyar Tudományos Akadémia, Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Geodéziai és Geofizikai Intézete),

  4. Szeged (Országos Meteorológiai Szolgálat) – (10.7. ábra)

  5. Pécs-Pogány (Országos Meteorológiai Szolgálat)

A LINET (Lightning Detection Network) villámdetektáló hálózat állomásai Magyarországon

10.6. ábra: A LINET (Lightning Detection Network) villámdetektáló hálózat állomásai Magyarországon. A hálózat állomásai: Penc (Kozmikus Geodéziai Obszervatórium), Debrecen (Debreceni Egyetem) Sopron (Magyar Tudományos Akadémia, Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Geodéziai és Geofizikai Intézet), Szeged (Országos Meteorológiai Szolgálat), Pécs-Pogány (Országos Meteorológiai Szolgálat).

Az adatokat az Országos Meteorológiai Szolgálat továbbítja a LINET müncheni központjába, ahonnan 2 percenként kapnak kárpát-medencei kompozit térképeket.

Az állomások hatótávolsága diszkriminációval kevesebb mint 100 km, diszkriminációval kb. 250 km. A LINET főként a lecsapó villámok detektálására alkalmas. A SAFIR esetén a felhő–felhő és a lecsapó villámok aránya 5:1, míg a LINET esetében 1:1, tehát a LINET jóval kevesebb felhőn belüli villámot detektál.

A LINET (Lightning Detection Network) villámdetektáló antennája az Országos Meteorológiai szolgálat szegedi meteorológiai állomásán

10.7. ábra: A LINET (Lightning Detection Network) villámdetektáló antennája az Országos Meteorológiai szolgálat szegedi meteorológiai állomásán

Irodalomjegyzék

Bent, R.B. és Lyons, W.A.. 1984. Theoretical evaluations and initial operational experiences of LPATS (lightning position and tracking system) to monitor lightning ground strikes using a Time-of-arrival (TOA) technique. Preprints of the Seventh International Conference on Atmospheric Electricity, Albany, New York, American Meteorological Society. pp. 317–324.

Dombai, F.. 2006. Hazai villámlás lokalizációs és radar adatok összehasonlító elemzése, doktori értekezés. Földtudományi Doktori Iskola, Budapest.

Fényi, Gy.. 1901a. Zivatarjelző készülék. Időjárás. 5. 230–234.

Fényi, Gy.. 1901b. A zivatarok napi periódusa a kalocsai zivatarjelző alapján. Időjárás. 5. 256–260.

Fényi, Gy.. 1901c. A zivatarjelző elméletéhez. Időjárás. 5. 351–352.

Galló, V.. 1964. Tapasztalatok az ötcsatornás villámszámlálóval. Időjárás. 68. 81–85.

Krider, E.P., Noggle, R.C., és Uman, M.A.. 1976. A gated, wideband magnetic direction finder for lightning return strokes. Journal of Applied Meteorology. 15. 301–306.

Lee, A.C.L.. 1986a. An experimental study of the remote location of lightning flashes using a VLF arrival time difference technique. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 112. 471. 203–229.

Lee, A.C.L.. 1986b. An operational system for the remote location of lightning flashes using a VLF arrival time difference technique. Journal of Atmospheric Oceanic Technology. 3. 4. 630–642.

Lee, A.C.L.. 1989. Ground truth confirmation and theoretical limits of an experimental VLF arrival time difference lightning flash locating system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 115. 489. 1147–1166.

SAFIR. 2003. SAFIR 3000 Technical Training 2.1. A Vaisala cég kiadványa.

Sándor, V. és Wantuch, F.. 2004. Repülésmeteorológia. Tankönyvkiadó, Budapest.

World Meteorological Organization. 2008 (WMO, 2008). Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. WMO-No. 8. Geneva. ISBN 978-92-63-10008-5.

http://www.vaisala.com/