A megfigyelési alaprendszer

A felszíni mérések területén világszerte egyre nagyobb tért hódítanak az automata meteorológiai állomások, ahol teljesen vagy részlegesen automatikusan történik a mérés és az adatok tárolása vagy továbbítása. Telepítésük célja a felszíni megfigyelések megbízhatóságának növelése. Ez a már meglévő állomáshálózat sűrűségének növelésével (új állomások, nehezen megközelíthető területen telepített automaták), a csak nappal, részlegesen észlelő állomások méréseinek kiterjesztésével, új technológiák alkalmazásával, valamint a mérési technika egységesítése által a mérések homogenitásának biztosításával érhető el. Az automata állomások ugyanakkor a folyamatosan változó észlelési követelményeket és szükségleteket is jobban kielégítik, csökkentik az emberi hiba lehetőségét, s mindemellett hosszú távon még gazdaságosabbak is. A fentiek miatt a magyarországi állomáshálózat döntő részét automatizálták.

12.15. ábra: Vaisala MILOS-500 felszíni automata meteorológiai mérőállomás. Az állomás mérési programja során az alábbi állapotjelzőket méri: léghőmérséklet és relatív páratartalom a felszín felett 2 m magasságban, fűszinti (radiációs minimum) hőmérséklet 5 cm magasan, talajhőmérséklet különböző mélységekben, globálsugárzás 2 m magasan, csapadékmennyiség és -intenzitás a felszín felett 1 m magasan, szélirány és szélsebesség a felszín felett 10 m-es magasságban, légnyomás, felhőalap (lézer ceilométerrel), jelenlegi időjárás (jelenidő szenzorral). Az

adatokat a központi adatfeldolgozó egység gyűjti, alakítja át, tárolja és továbbítja.

Az automata állomások három fő részből állnak: az érzékelők (szenzorok), a központi adatfeldolgozó egység és a perifériák. Az elektromos szenzorok által mért értékeket a központi adatfeldolgozó egység gyűjti össze. Ennek feladata a különböző, előre beprogramozott számítási feladatok elvégzése, az adatok átmeneti tárolása és azok továbbítása is. A mérésekhez különböző perifériák is tartoznak, például energiaellátó-rendszer, számítógép, monitor stb.

A hazai szinoptikus állomásokon a finn Vaisala cég MILOS-500 típusú automatáit telepítették (12.15. ábra). Ezek 2 másodpercenkénti mintavételezéssel és 10 perces átlagolási idővel határozzák meg a légköri állapothatározók értékeit. A mért adatokat óránként továbbítják a központba. Az egyes műszerek elhelyezése a Meteorológiai Világszervezet ajánlásai alapján történt.

A levegő hőmérsékletének mérése sugárzás-árnyékoló alatt vagy hőmérőházban történik a talajfelszín felett 2 m-es magasságban. Ehhez egy Pt100-as, platina ellenálláshőmérőt használnak, melyben a léghőmérséklet változásával egyenes arányban változik az elektromos ellenállás. Hasonló módon mérik a hőmérséklet talajközeli értékét (a fűszinti vagy radiációs minimum hőmérsékletet) a felszín felett 5 cm-re. A légnedvességet a hőmérővel egybeépített műszer méri a 2 m-es szinten. A mérés során a levegő relatív páratartalma meghatározható egy kis kondenzátor kapacitásának változásából.

A nyomás mérését is az elektromos kapacitás mérésére vezetik vissza. A központi adatfeldolgozó egység dobozában található elektromos barométer a pontosság növelése érdekében három aneroid cellából áll, és a három mérés átlagaként határozzák meg a légnyomás pillanatnyi értékét. A felszíni meteorológiai állomáson mért légnyomásérték az ún. műszerszinti légnyomás. Mivel azonban a légnyomás függ a tengerszint feletti magasságtól, ezért annak érdekében, hogy a különböző magasságban lévő állomások adatait össze lehessen hasonlítani, ezt az értéket átszámítják tengerszinti légnyomásra. A tengerszintre redukált nyomásértékek alapján készülnek a légköri mozgásrendszereket bemutató felszíni nyomástérképek (lásd 12.2. ábra).

A szélirány és a szélsebesség mérése a felszín felett 10 m-es magasságban történik. A szél sebességét forgókanalas szélmérővel mérik, melynek indulási küszöbe 0,4 m/s. A mérés során a szélkanalak tengelyének forgása által keltett elektromos impulzusokból határozható meg a szél sebessége. A szél irányán azt az irány értjük, amerről a szél fúj.

Meghatározása alumínium szélzászlóval történik. Ez egy függőleges tengely körül forgó test, melynek egyik végén a szél útjában akadályt képző vitorla található. A szél hatására a vitorla mindig a legkisebb ellenállást jelentő aktuális szélirányba fordul be. A szélzászló tengelyének forgásából egy fototranzisztor segítségével 64 szélirány különböztethető meg.

A csapadék a légköri páratartalomból folyékony vagy szilárd halmazállapotban a felszínre hulló víz. A csapadékmennyiség mérése során azt a milliméterben kifejezett vízmennyiséget határozzák meg, mely a sík terepen képződne lefolyás, hozzáfolyás, szivárgás és párolgás nélkül. A főállomásokon automatizált billenőedényes csapadékmérőket használnak, melyek mind a csapadék mennyiségét, mind az intenzitását (az időegység alatt lehullott csapadékot) képesek mérni. A csapadékmérőt úgy helyezik el, hogy a 200 cm²felfogó felület a felszín feletti 1 m-es magasságban legyen. A csapadékmérő fűthető, benne a hó, jég formájában hulló csapadék fölolvad, ezáltal meghatározható annak vízegyenértéke. A felfogott csapadék egy tölcséren keresztül a kétrészes billenőedényes mérőrendszerbe jut. A billenőedény formája olyan, hogy vízzel megtelve átbillen és kiürül. Az átbillenések 0,1 milliméterenként történnek és ezek összesítéséből meghatározható a lehullott csapadék mennyisége. Egy milliméter csapadék egy négyzetméternyi felületen egy liter víznek felel meg. A lehullott hó víztartalma tág határok között mozog. Általában 1 cm frissen hullott hó 1 mm víznek felel meg, de enyhébb időben 6 mm, nagy hidegben pedig akár 30 mm friss hó jelent 1 mm csapadékot.

Néhány állomáson a fentieken kívül más meteorológiai elemeket is mérnek. Ilyenek a talajhőmérséklet értékei 5, 10, 20, 50 és 100 cm mélységben, a Napból jövő teljes rövidhullámú sugárzás (globálsugárzás), valamint annak egy spektrális része (UV-B sugárzás), a természetes radioaktivitást jellemző gamma-dózis teljesítmény, továbbá a Siófoki állomáson a nyári félévben a Balaton vízhőmérséklete.

Az automata műszeres mérések mellett az állomások egy részén hagyományos megfigyeléseket is végeznek. Az észlelőszemélyzet óránként végez kiegészítő méréseket, illetve vizuális észleléseket. Ezek során meghatározzák a szabad vízfelület párolgását, vagyis az egységnyi felületről a légkörbe jutó vízmennyiséget. Mértékegysége, akár a csapadéké, milliméter. A mérés párolgási kád segítségével történik április 1. és október 31. között, naponta két alkalommal.

Megállapítják a napfénytartamot is. Ehhez egy ún. Campbell-Stokes-féle napfénytartam-mérőt használnak. Ez egy megfelelően elhelyezett üveggömb, ami a nap sugarait fókuszálva égésnyomot hagy egy időbeosztással ellátott papírszalagon. Mérik továbbá a hóréteg és a zúzmara-lerakódás vastagságát. Előbbit szélvédett helyen a hóba helyezett mérőlécen, utóbbit egy vezetékdarabokból álló kereten mérik. Megadják a zúzmara-lerakódás víztartalmát és a lerakódás jellegét is.

A vizuális megfigyelések az időjárási jelenségekre, a látástávolságra, a felhőzetre vonatkozó információkra (felhőzet típusa, mennyisége, a felhőalap magassága stb.), valamint a talajállapot jellemzőire terjednek ki. Az időjárási jelenségek észlelése során följegyzik a csapadék fajtáját (lásd 6. fejezet), a látást rontó jelenségeket (pl. köd, por-vagy homokvihar, hófúvás), valamint a légköri elektromos jelenségeket (zivatar). A felhőzet megfigyelése gyakorlati tapasztalatot igénylő feladat. A megfigyelés során meghatározzák a felhők égbolton elfoglalt arányát (ezt oktákban, azaz nyolcadokban adják meg), valamint az egyes szinteken (alacsony-, közép- illetve magas szinten) lévő felhők fajtáit. A felhőfajták azonosítása egységes nemzetközi felhőosztályozás alapján történik. Ez tartalmazza a 10 felhőfajt (lásd 6. fejezet), a felhőformákat, változatokat, járulékos képződményeket és kísérőfelhőket, valamint a felhő-transzformációs folyamatokat. Az észlelt felhőfajták alapján a szinoptikus kód segítségével kódolják az égképet alacsonyszintű (C_L), középszintű (C_M) és magasszintű (C_H) felhőzet szerint. A kódszámokat az időjárási táviratokban, a hozzá tartozó szimbólumokat a térképek rajzolásakor használják. A felhőalap magasságát becslik, vagy egyes állomásokon felhőalapmérővel, ún. lézer ceilométerrel mérik. A látástávolságot vizuálisan, a meteorológiai állomás körüli tereptárgyak ismert távolsága alapján becslik, vagy ún. látástávolság-mérővel (köd-detektorral) határozzák meg. Végül a talajállapot jellemzésére (száraz, nedves, hóval borított stb.) egy 20 kategóriát tartalmazó táblázatot használnak.

A szinoptikus észleléseket éghajlati megfigyelések egészítik ki. Ezek egy része a főállomásokhoz hasonló automata mérőállomásokon folyik. A Vaisala QLC automaták mérési programja megegyezik a korábban ismertetett MILOS automatákéval, de a klíma-automaták nem mérik a légnyomást. A klímaállomások abban is különböznek a szinoptikus állomásoktól, hogy az adatokat csak háromóránként jelentik.

Az automata állomásokon kívül néhány éghajlati állomáson hagyományos módon végeznek megfigyeléseket és az adatokat havonta kétszer jelentik. Ezeket az állomásokat évtizedek óta változatlan mérési programmal üzemeltetik.

Erre azért van szükség, hogy a korszerű, elektromos szenzorokra való áttérés által a mérési adatsorokban okozott esetleges eltéréseket kiszűrjék. A hagyományos éghajlati állomásokon a hőmérséklet mérésére folyadékos hőmérőket, a nedvesség meghatározására Assmann-féle pszichrométert, ezen kívül a folyamatos értékek regisztrálásához termo-higrográfot használnak. A csapadékot Hellmann-rendszerű csapadékmérővel mérik. A radiációs minimum-hőmérséklet meghatározására borszeszes minimumhőmérőt használnak, melyet reggel olvasnak le. A fentieken kívül vizuális megfigyeléseket is végeznek.

A megfigyelési alaprendszer részét képezi még egy 560 állomásból álló csapadékmérő hálózat. Azért van szükség ilyen nagyszámú állomásra, mert a csapadék tér- és időbeli eloszlása nagyon változatos. Egy nyári zápor például néhányszor 10 km²-es területen igen nagy csapadékot adhat, de előfordulhat, hogy egyetlen főállomás vagy éghajlati állomás sem esik a csapadékzónába. A sűrű csapadékmérő állomáshálózat azonban lehetővé teszi, hogy még a finomabb skálájú területi változékonyságokról is képet kapjunk. A csapadékmérő állomásokon önkéntes észlelők mérik a 24 órás csapadékösszeget, valamint följegyzik a csapadék fajtáját, a hóréteg vastagságát, a csapadékhullás kezdetét és végét. Az észlelési naplót havonta küldik el az adatgyűjtő központba.