Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
Gozdna hidrologija Andrej Ceglar E-mail: andrej.ceglar@bf.uni-lj.si
Katedra za agrometeorologijo, urejanje kmetijskega prostora ter ekonomiko in razvoj podeželja
2
Vaja 1 Hidrološki podatki, podatki o kakovosti zraka
Meteorološki podatki Meteorološke postaje Arhiv meteoroloških podatkov Izmerjeni ter izvedeni meteorološki parametri (dodatek) Vizualizacija baze meteoroloških podatkov Dostop do podatkov Primer spletne aplikacije za poizvedovanje Hidrološki podatki, podatki o kakovosti zraka Mesečna in letna poročila Uporaba podatkov v različnih aplikacijah Količina ter intenziteta padavin, temperatura, ... Ekstremni vremenski pojavi
3
Meteorološke postaje Prve met. opazovalnice v drugi polovici 18. stoletja Kraljeva akademija znanosti je 1848 ustanovila Zentralstalt fur Meteorologie and Erdmagnetismus - ZAMG Najstarejša opazovalnica na Slovenskem etničnem ozemlju je bila ustanovljena v Trstu (1779), prvi zapisani podatki datirajo v leto 1839 1871 postaja v Gorici 1784 Tolmin (ta je delovala do 1810) 1813 Celovec 1824 Ljubljana (podatki iz začetnega obdobja so se žal izgubili) Prvi ohranjeni nizi meteoroloških meritev v Ljubljani so iz leta 1850 (temperatura – maj 1850, zračni pritisk – januar 1852) Ljubljani so sledile še ostale pomembnejše postaje: Celje (1852), Novo Mesto (1858), Maribor (1863), Ptuj in Kranj (1864)
4
Meteorološke postaje Meteorološka mreža je konec 19. stoletja obsegala 85 postaj; kasneje velike spremembe Slovenska mreža met. postaj pokriva območje velikosti kvadratnih km. Klimatski režim Slovenije je izredno kompleksen, kar zahteva gosto mrežo postaj. Število klimatoloških in padavinskih postaj: postaj postaj postaj postaj (40 klimatoloških, 172 padavinskih)
5
Meteorološke postaje Klimatološke postaje:
Opazovanja 3-krat dnevno (7, 14, 21 CET) – že 120 let takih meritev Meritve: količina padavin, temperatura zraka, vlažnost, zračni tlak, smer in hitrost vetra, temperatura tal, izhlapevanje, sončno obsevanje, temperatura morja Opazovanja: oblačnost, vidnost, stanje tal in morja, pojavi v atmosferi Sinoptične postaje Urna opazovanja, GTS (Global telecommunications system) 24 opazovanj / dan na 4 letališčih Padavinske postaje: Dnevna opazovanja ob 7 CET Najgostejša mreža postaj Meritve: količina padavin v zadnjih 24 urah, glavni vremenski pojavi, pozimi tudi višino snežne odeje ter novozapadlega snega Avtomatske meteorološke postaje (kontinuirane meritve): Interval vzorčenja 5 minut za padavine Interval vzorčenja 30 minut s statistikami (minimum, maksimum, povprečje, standardni odklon) za ostale spremenljivke
6
Meteorološke postaje Totalizatorji (količina padavin se meri na nekaj mesecev) Fenološke postaje Nastop določene razvojne stopnje (fenološke faze) pri izbranih negojenih ter gojenih rastlinah 61 postaj Podatki iz postaj predstavljajo osnovo za študije sedanjih klimatskih razmer, časovne ter prostorske spremenljivosti parametrov Osnova za oceno potencialnih klimatskih sprememb v prihodnosti Priporočilo WMO: klimatske študije zahtevajo niz vsaj 30-letnih kvalitetnih podatkov Nehomogeni podatki Manjkajoči podatki
7
Meritve in opazovanja MERITVE OPAZOVANJA Zračni tlak
Temperatura zraka in tal (Temperatura morja) Vlažnost zraka Izhlapevanje Smer in hitrost vetra Količina padavin Višina snežne odeje in novo-zapadlega snega Trajanje sončnega obsevanja OPAZOVANJA Oblačnost Vidnost Stanje tal in morja Pojavi v atmosferi
8
Meritve in opazovanja Reprezentativnost meritev:
- določitev opazovalnega prostora - lokalni pojavi v ozračju (hladen zrak v kotlini, nevihta okolici, …) Meritve morajo biti med seboj primerljive ter vsaj približno enako natančne -> standardizirani ter umerjeni inštrumenti Meritve in opazovanja imajo mnogo uporabnikov: - analiza in napoved vremena - splošna javnost - specializirana javnost (letalske, cestne, pomorske, hidrološke službe, civilna zaščita) - službe, ki skrbijo za čistočo zraka Časovna usklajenost meritev
9
prostor za opazovanja in meritve na klasični meteorološki postaji
OPAZOVALNI PROSTOR prostor za opazovanja in meritve na klasični meteorološki postaji velikost 20m × 20 m nizko pokošena trava v okolici ni večjih ovir, ki bi vplivale na meritve (turbulenca, senca)
10
VREMENSKA HIŠICA 2m nad tlemi (vpliv tal ni več tako izrazit)
bele barve (ni segrevanja) dvojne žaluzije (zaščita pred vetrom, izmenjava zraka je omogočena) vrata obrnjena proti severu (pri odčitavanju direktni sončni žarki ne padajo na inštrumente)
11
VREMENSKA HIŠICA INŠTRUMENTI
suhi (temperatura zraka) in mokri termometer, ki skupaj z ventilatorejm tvorita psihrometer (vlaga v zraku) maksimalni in minimalni termometer (ekstremne vrednosti temperature zraka) termograf (časovno spreminjanje temperature zraka) higrograf (časovno spreminjanje vlage v zraku) ponekod v posebni hišici še Wildov evaporigraf (časovni potek izhlapevanja vode) VREMENSKA HIŠICA
12
tekočinski termometer
TEMPERATURA ZRAKA tekočinski termometer Hg ali alkoholni Meritve temperatura zraka na 2 m minimalna temp. zraka na 2 m in 5 cm maksimalna temp. zraka na 2 m temperatura mokrega termometra časovni potek temp. zraka na 2 m bimetalni termograf Namestitev Termograf in termometri (suhi, mokri, minimalni in maksimalni termometer) so nameščeni v vremenski hišici (2m). Dodaten minimalni termometer je nameščen 5 cm nad tlemi. Enote K – Kelvin °C – stopinja (Celsius) °F –stopinja (Fahrenheit)
13
TEMPERATURA ZRAKA suhi in mokri termometer - psihrometer
Hg TEMPERATURA ZRAKA suhi in mokri termometer - psihrometer alkohol minimalni termometer 5 cm nad tlemi bimetalni termograf Hg Min maksimalni in minimalni termometer alkohol Max
14
TEMPERATURA TAL TEMPERATURA VODE
alkohol do 30 cm alkohol 50 in 100 cm Meritve temperature tal na globini 2, 5, 10, 20, 30, 50 in 100 cm TEMPERATURA VODE Meritve v primeru,če je v bližini jezero ali morje
15
VLAGA V ZRAKU Enote %, mb,..., odvisno od parametra
Namestitev v vremenski hišici (2m) higrograf in higrometer suhi in mokri termometer - psihrometer
16
VETER Namestitev Meritve Enote 10 m nad tlemi Opazovanja
V okolici ne sme biti visokih predmetov, ki bi povzročali turbulenco. Meritve Enote hitrost vetra na 10 m m/s smer vetra na 10 m ° Opazovanja ocena jakosti vetra Bf ocena karakteristike vetra stalen, ... Vetrovna vreča sonični anemometer klasičen anemometer
17
trajanje sončnega obsevanja
SONČNO SEVANJE Meritve Enote trajanje sončnega obsevanja h gostota toka globalnega obsevanja W/m2 gostota toka difuznega obsevanja W/m2 globalno obsevanje solarimeter difuzno obsevanje Namestitev Na inštrument ob kateremkoli času v dnevu ali letu ne sme padati senca zaradi okoliških predmetov. heliograf trajanje sončnega obsevanja
18
PADAVINE Meritve Enote Opazovanja Namestitev
količina padavin mm=l/m2 višina snežne odeje cm višina novozapadlega snega cm gostota snega Opazovanja vrsta padavin (tekoče, trdne) sprememba njihove intenzitete (rahle, zmerne, močne, plohe, nevihte, nalivi, …) Namestitev pluviometer 1,5 m nad tlemi, na prostem totalizator nekaj m nad tlemi snegomer na treh mestih na opazovalnem prostoru pluviometer
19
PADAVINE pluviograf snegomer totalizator Meritve gostote snega.
Meritve višine snežne odeje. totalizator Meritve količine padavin na odročnih krajih.
20
IZHLAPEVANJE Enota mm=l/m2 A-posoda Namestitev na prostem. Dimenzije:
premer 1,21 m globina 0,255 m odmik od tal 0,15 m Wildov evaporigraf Namestitev v posebni vremenski hišici 2m nad tlemi.
21
Avtomatska meteorološka postaja
MERITVE številnih meteoroloških spremenljivk s pomočjo električnih senzorjev. temperatura zraka vlaga v zraku smer in hitrost vetra temperatura tal vlaga v tleh sončno obsevanje ....
22
Meteorološke postaje
23
Meteorološke postaje
24
Meteorološke postaje
25
Meteorološke postaje
26
Meteorološke postaje Mreža fenoloških postaj
pojavi razvojnih fenoloških faz izbranih samoniklih (zelišča, trave, grmovnice in drevnine kmetijskih rastlin (posevki, sadno drevje in vinska trta) )
27
Antena meteorološkega radarja na Lisci
Meteorološki radarji - radar (radio detection and ranging) - ocena količine padavin v okolici - domet med 100 in 500 km od radarja Antena meteorološkega radarja na Lisci
28
Meteorološki radarji Radar je naprava za daljinsko zaznavanje teles z osvetljevanjem z elektromagnetnimi mikrovalovi. - Vremenski radar je radar, prirejen za zaznavanje in merjenje padavin. Radarski odmevi se shranjujejo v računalniku – 3D polje Radarska antena se vrti okrog navpične osi pri različnih naklonskih kotih Iz 3D polja razberemo vrsto, jakost ter intenziteto padavin Osnovna informacija – moč odmevov (odvisno od števila ter velikosti padavinskih delcev) Oblačni delci so premajhni, da bi jih radar zaznal Ob določenih predpostavkah o faznem stanju, velikostni porazdelitvi in hitrostih padanja padavinskih delcev je iz izmerjene moči odmeva mogoče bolj ali manj natančno izračunati jakost padavin, to je prostornino (po potrebi staljenih) padavin, ki v časovni enoti pade na/skozi horizontalno ploskovno enoto.
29
Meteorološki radarji - delovanje
impulz dolg nekaj s (nekaj 100 m), presledek nekaj ms (nekaj 100 km) potuje skozi atmosfero s svetlobno hitrostjo (3×108 m/s) se sipa na ovirah (hrib, letalo, množica kapljic v oblaku) odboj sipanje v vse smeri – del proti anteni – zaznamo odboj usmeritev antene - smer, kjer je ovira zakasnitev odmeva za časom izsevanja – oddaljenost ovire jakost odmeva – odbojne lastnosti ovire Razlika frekvenc – Dopplerjev efekt – hitrost ovire meritev obr. v 5 min. domet 100 – 500 km kot snopa 1-2 ° val. dol cm (μ-valovi)
30
Meteorološki radarji Prikaz talnih projekcij maksimalnih višinskih jakosti padavin - izmerjena jakost na vertikali nad vsako talno točko (ni razvidno, na kateri višini je bila posamezna jakost izmerjena in ni nujno, da se v tistem trenutku ujema z jakostjo pri tleh) Maksimalna jakost je primerna za hiter pregled atmosfere ter določanje intenzivnih padavinskih območij z morebitno točo ter rušilnim vetrom
31
Meteorološki radarji Napake meritev
odmevi od tal, ukrivljenost zemeljske površine blokiranje odmevov od mirujočih ovir, prepuščanje odmevov od radialno gibajočih se padavin pri velikih razdaljah je radarski snop že precej dvignjen nad ukrivljeno površino, zato radar slabo zazna ali ne zazna plitvih padavin Ukrivljanje žarka zaradi atmosferskih pogojev Stabilna atmosfera - temperaturna inverzija: refrakcijski indeks naraste, radarski žarek se ukrivi proti tlem Labilna atmosfera: žarek se ukrivlja navzgor (padavine se “pojavijo” previsoko)
32
Meteorološki radarji Mreža meteoroloških radarjev v Evropi
33
Meteorološki sateliti
Dve glavni skupini polarno-orbitalni geo-stacionarni
34
Geo-stacionarni sateliti
nad ekvatorjem (φ = 0°) oddaljeni od zemeljskega površja ~ km ves čas nad isto točko na Zemlji (λ = konst., ω = ωZemlje) opazujejo ~ 1/3 zemeljskega površja običajni senzorji so na območju VIS, IR, WV, (MIC) ločljivost: najboljša nad ekvatorjem in geografsko dolžino, kjer so nameščeni (VIS ~ 2 km, IR ~ 5 km) METEOSAT
35
Svetli toni – oblaki z nižjo temperaturo
(segajo višje v ozračje) Temnejši toni – toplejša področja (ponavadi kopno ali morje, pozimi lahko tudi megla ali nizka oblačnost) Slika oblačnosti v infra-rdečem spektru je posneta z geo-stacionarnega vremenskega satelita METEOSAT
36
Polarno-orbitalni sateliti
krožijo nad Zemljo (φ konst.) na višini okrog 900 km (od 800 do nekaj 1000 km) opazujejo pas širok nekaj 100 km, ki ga zamikajo (λ konst.) Zemljo obkrožijo v eni do dveh urah – dvakrat dnevno so nad isto točko na Zemlji. običajni senzorji so na območju VIS, IR, WV, (MIC) + vertikalno sondiranje ločljivost: boljša kot pri geo-stacionarnih - neodvisna od geografskih koordinat
37
Meteorološki sateliti
38
Podatki z meritev in opazovanj
39
Voda v tleh – osnovni pojmi
Volumska vsebnost vode v tleh gravimetrično določanje vode v tleh stehtamo maso vlažnega vzorca tal, po sušenju pa še maso suhega vzorca vzorec tal se suši na 105°C 24 ur za mineralna tla (48 ur na 55°C za organska tla) Razlika v masi pove količino vode, ki jo je vseboval vzorec tal, izraža se v odstotkih mase ali volumna: Za volumske % poznati moramo volumen vzorca tal Merjenje vodnega potenciala s tenziometri kazalec energijskega stanja vode v tleh razlike vodnega potenciala določajo smer premikanja vode tenziometer napolnimo z vodo, tla vpijajo vodo skozi porozno kapico – podtlak naraste, dokler pritisk tekočine v tenziometru ni v ravnovesju s silo vezave vode v tleh
40
Voda v tleh – osnovni pojmi
Volumska vsebnost vode v tleh prednosti: dobro poznana metoda, osmotski potencial ne vpliva na meritev, cenovna dostopnost slabosti: točkovna meritev, delujejo le v vlažnem območju, stik porozne kape s tlemi niso primerni so za meritve v suhem območju Nevtronski merilci vodikovi atomi imajo sposobnost za razprševanje ter upočasnjevanje nevtronov termalizacija – visokoenergijski nevtroni so ob trku z atomskimi jedri upočasnjeni in preusmerjeni večja količina vode v tleh – več trkov detekcija počasnih nevtronov, ki se vrnejo k cevi – količina vode v tleh
41
Voda v tleh – osnovni pojmi
Volumska vsebnost vode v tleh TDR merilci (merjenje časa odboja elektromagnetnega signala) nezveznosti v mehanizmih zadrževanja energije opazovanje sprememb v nivoju energije v določenih točkah v mediju dielektrična konstanta je odvisna od vsebnosti vode v tleh (voda cca 78-80, zrak 0, mineralna snov 4-5) Delovanje: visokofrekvenčni EM signal, ki potuje preko elektrod, se na mestih s spremenjeno uporbnostjo deloma odbije. Naprava meri čas med poslanim ter sprejetim signalom.
42
Vizualizacija baze – dostop do podatkov
Spletna aplikacija: AGENCIJA REPUBLIKE SLOVENIJE ZA OKOLJE ( METEO PORTAL (meteo.arso.gov.si)
43
Vizualizacija baze podatkov
44
Baze podatkov Podzemne vode (prostornina podzemne vode, vodonosnikov ali več vodonosnikov) Površinske vode (vodostaj, pretok, temperatura) Kakovost zraka (žveplov dioksid, dušikovi oksidi, ozon, pm10, benzen) Mesečni bilten – mesečni pregledi stanja (meteorologija, agrometeorologija, hidrologija, potresi) - Ekstremni vremenski dogodki: Vetrolomi severni fen (močan severni veter nad pobočji Karavank ter Kamniško-Savnijskih Alp) Topel in suh Enkrat do dvakrat letno (hladna polovica leta) Enkrat na 10 let z rušilno močjo pokrajina in arhitektura nista prilagojeni močnim vetrovom -> velika škoda jugo Nastane pred hladno fronto ob prečkanju sredozemskega ciklona Enako pogost, kot burja Ob obali, pojavi se 20 krat na leto
45
Baze podatkov Burja Ob prehodu hladne fronte sredozemskega ciklona Hladen zrak se dvigne preko dinarskih planot ter se nato pospešuje Jadranskemu morju Sunkovit veter, pogost na Primorskem in Notranjskem Sunki močne burje nad 140 km/h V Vipavski dolini nad 25 zapor letno Vegetacija na področjih z burjo zaradi pogostosti dogodka prilagojena. Za burjo niso značilni vrtinci, kot npr za orkanski severni ali južni veter. Vetrolom lahko povzročijo tudi sunki vetra ob nevihtah, pojavijo se kjerkoli v SLO. Opozorila na prihajajoče ektremne vremenske dogodke - meteoalarm
46
Analiza podatkov Vrste spremenljivk
Imenske (nominalne) -> vrednosti lahko le razlikujemo med seboj Urejenostne (ordinalne) -> vrednosti lahko uredimo po velikosti Razmične (intervalne) -> primerjamo lahko razlike med vrednostma dvojic enot, ni absolutne ničle Razmernostne (racionalne) -> smiselno je tudi razmerje dveh vrednosti, obstaja absolutna ničla Vrsta spremenljivke – vrsta analize oz. izbira primerne statistike Klimatski sistem je negotov: Ni v celoti opazovan Radi bi dostop do različnih parametrov (npr. meritev na populaciji, ki karakterizira eno izmed njenih lastnosti) Računamo statistiko (npr. merilo karakteristike iz naključno izbranega vzorca)
47
Analiza podatkov Ni v celoti razumljiv Kljub numeričnim modelom ne razumemo popolnoma dinamike klimatskega sistema Nekaj pomembnih fizikalnih procesov se odvija na manjši skali, kar zahteva uporabo parametrizacij Dinamični sistem je občutljiv na začetne pogoje – dinamični kaos Deterministična klimatologija je omejena na kratke časovne skale Klimatske napovedi so po naravi verjetnostne Redukcija negotovosti je temelj klimatskega napovedovanja
48
Osnovne opisne statistike in grafična predstavitev
Velikost populacije, ranžirna vrsta, frekvenčna porazdelitev, kvantili, okvirji z ročaji Frekvenčna porazdelitev: razporeditev podatkov v izbrano število razredov Primer: Letno trajanje sončnega obsevanja v Ljubljani med leti 1961 – 1990 Kadar podatki variirajo, izbiramo širine razredov, ki enakomerno naraščajo (npr. količina padavin)
49
Osnovne opisne statistike in grafična predstavitev
Kvantili -> statistično izračunane meje, ki nam določa kje se nahaja posamezna enota v primerjavi z drugimi enotami Kolikšen del celotnega razmika ima manjše vrednosti od dane vrednosti – kvantilni rang Mediana: srednja vrednost v nizu podatkov, če jih razvrstimo po velikosti. Polovica vrednosti v nizu je po velikosti večje od mediane, polovica pa manjše. Če smo podatke v nizu razvrstili po velikosti potem mediano izračunamo kot štirje razredi -> kvartili ( ), med posameznimi kvartili je četrtina podatkov deset razredov -> decili sto razredov -> percentili V spolšnem ob razdelitvi na poljubno število razredov govorimo o kvantilih
50
Osnovne opisne statistike in grafična predstavitev
Okvir z ročaji -> osamelci, kvartili, pogojni minimum ter maksimum Primer: trajanje sončnega obsevanja v Ljubljani Min :1445 ur 1st Qu. :1642 ur Median :1700 ur Mean :1712 ur 3rd Qu. :1777 ur Max :1987 ur
51
Osnovne opisne statistike – mere sredine
Modus (F) je najbolj pogosta vrednost, ki se pojavlja v nizu. Odvisen je od natančnosti podatkov: Natančnost na nekaj decimalnih mest -> majhna verjetnost za ponovitev Pri zveznih (številskih) podatkih govorimo o modalnem razredu, ki v frekvenčni porazdelitvi pomeni razred z največjo frekvenco Mediana (razdelitev ranžirne vrste na dva enaka dela) Povprečje -> le za številske spremenljivke aritmetična sredina podatkov, pri čemer je N število vzorcev oz. število razpoložljivih podatkov Primerna za vsaj približno normalno porazdeljene spremenljivke
52
Osnovne opisne statistike – mere sredine
Geometrijska sredina: predstavlja boljšo označbo centralne tendence (kot aritmetična sredina) za manjše podatkovne nize z ekstremnimi vrednostmi Harmonična sredina H (recipročn vrednost aritmetične sredine recipročnih vrednosti). Uporabimo jo za izračun povprečja spremenljivk, ki so definirane kot kvocient drugih spremenljivk
53
Osnovne opisne statistike – mere variabilnosti
Maksimalna vrednost (max) – največja vrednost v obravnavanem nizu podatkov Minimalna vrednost (min) – najmanjša vrednost v obravnavanem nizu podatkov Variacijski razpon (R) – območje, v katerem se giblje obravnavana spremenljivka (med min. ter max. vrednostjo) Kvartlini razmik
54
Osnovne opisne statistike – mere variabilnosti
Varianca ( ) – mera za razpršenost niza okrog njegove povprečne vrednosti Standardni odklon (s) – ocenimo kot koren variance, zato ima enake enote kot spremenljivka, katere lastnosti nas zanimajo Koeficient variacije (KV) – kazalec, ki prikazuje razpršitev statističnih enot okoli aritmetične sredine njihove populacije; v poštev pride pri razmernostnih spremenljivkah Primer: trajanje sončnega obsevanja v Ljubljani Varianca: ur^2 Standardni odklon: 119 ur Variacijski razpon: 542 ur Koeficient variacije: 7 %
55
Primer: trajanje sončnega obsevanja
56
Osnovne opisne statistike – mere povezanosti
Primerjava dveh vzorcev ali populacij: ali sta si med seboj neodvisni ali sta kakorkoli povezani Korelacijski koeficient r Brezdimenzijska mera povezanosti Vrednosti med -1 ter 1 Vrednost 0: vzorca ali populaciji med seboj nista povezani
57
Merska lestvica spremenljivke Najboljša mera sredine
Osnovne opisne statistike – mere sredine Merska lestvica spremenljivke Najboljša mera sredine Nominalne (vrednosti se lahko le razlikujejo med seboj) (kategorične) Modus Ordinalne (vrednosti lahko uredimo po velikosti) Mediana Intervalne (primerjamo lahko razlike med vrednostmi) Simetrični podatki: Povprečje Nesimetrični podatki: Mediana Razmernostne (primerjamo lahko razmerja med vrednostmi)
58
Letni hodi klimatoloških spremenljivk
Povprečni hodi, ki jih narišemo na podlagi povprečnih mesečnih vrednosti izbranih spremenljivk preko daljšega obdobja Kdaj izbrane klimatološke spremenljivke dosežejo ekstremne vrednosti, se zadržujejo v ugodnem območju za določene aktivnosti (kmetijstvo, turizem) Povprečna (črna), minimalna (modra), ter maksimalna mesečna temp. (rdeča) za obdobje Povprečna količina padavin po mesecih za obdobje
59
Letni hodi klimatoloških spremenljivk
60
Testiranje hipotez Primer: Primerjava povprečnega trajanja v obdobjih ter Dvo-vzorčni t-test: Podatki: trajanje sončnega obsevanja , t = -5.97, Stopenj prostosti = 45, p-vrednost = 3.46e-07 povprečje (61_90) / povprečje (91_07) /
Similar presentations
© 2024 SlidePlayer.com Inc.
All rights reserved.