Department of Hydraulic and Water Resources Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Homoródi, Krisztián Józsa, János Kovács, Ákos
Starting date
2009-09-01
Closing date
2011-08-31
Funding (in million HUF)
3.698
FTE (full time equivalent)
0.90
state
closed project
Summary in Hungarian
A turbulens hő- és légnedvesség-transzport összekapcsolt 2-D egyenletének jelen pályázó által újonnan megfogalmazott analitikus megoldása a száraz-nedves hőmérséklet egyenletéhez hasonló eredményt ad (összeköttetést teremtve a növényzettel borított felszín hőmérséklete és nedvességtartalma közt), amit a továbbiakban nedves-felszín egyenletnek (NFE) nevezünk. A növényzettel borított talajfelszín nedvességtartalmának légköri ill. műholdas méréseken alapuló meghatározása sokáig megoldatlan problémának tűnt, ami mostantól, legalább is regionális léptékben (a karakterisztikus hossz 10-100 km), megszűnt. Szabadon hozzáférhető MODIS talajfelszín hőmérséklet (TFH) műholdképek és standard meteorológiai mérések segítségével az USA 5 különböző területére egy 7-éves időszakra pályázó az NFE segítségével olyan havi párolgásértékeket (E) számolt, ami a Komplementáris Összefüggéssel kapott értékekkel szinte tökéletesen megegyezik. Az NFE módszernek az az óriási előnye, hogy a MODIS TFH adatok az egész világra elérhetők 1-6 km-es térbeli bontásban. Jelen kutatás az NFE-n alapuló párolgás-számító módszert teszteli a MODIS adatok térbeli felbontásával összhangban úgy, hogy a kapott értékeket összeveti a növénytakaróval, ill. a kisvízgyőjtőkre aggregált többéves vízmérleggel (E = P – L, P mért csapadék, L lefolyás). Amennyiben ez a ‘leskálázás’ a gyakorlatban sikeresnek bizonyul, úgy a párolgást eddig csak ritkán látott térbeli felbontásban kapnánk a földgolyó összes kontinensére könnyen kiterjeszthetően, amely a globális hidrológiai ciklus különböző léptékű modellezését nagymértékben javíthatná. Ez utóbbi a modern klímakutatás és modellezés alapvetően fontos követelménye, hiszen a hidrológiai ciklus anyag és energiaáramai bizonytalanságának csökkentése nélkül nem várható jelentős áttörés a jövőben ezen területen.
Summary
A recently formulated (by the PI of this proposal) energy-constraint solution of the coupled turbulent 2-D equations of heat and vapor transport relates the change in land surface temperature (LST) to changes in surface moisture, similar to the wet-bulb temperature equation (hence let’s call it wet-surface equation [WSE]). Quantifying the vapor pressure at a water-limited vegetated land surface proved to be a long-standing unsolved problem, but not so any longer, at least at a regional scale (characteristic length of 10–100 km). Employing freely available MODIS LST images over 5 different regions across the United States over a 7-year period, WSE –in combination of routine atmospheric measurements– predicted monthly, regional evaporation rates (E) undistinguishable from a Complementary Relationship-based method. The WSE-based method has the distinct advantage that multi-year MODIS LST data are available worldwide at a grid resolution of 1–6 km. The proposed study tests the WSE-based method at this resolution by matching the obtained evaporation to land cover type and to multi-year water balance calculations (E = P – R, P precipitation, R runoff) for small watersheds. If successful, it could provide evaporation rates at a spatial resolution rarely seen before in hydrology. Such output could significantly improve large- to continental- to global-scale modeling of the hydrologic cycle, so crucially important in all kinds of climate change research. In fact, it has been stated that the major stumbling block for a vastly improved global climate system model is the uncertainty in defining fluxes of the hydrologic cycle at the land-atmosphere interface, as well as at the surface and below it. This proposed study has the potential of greatly benefitting such climate system research endeavors.
Final report
Results in Hungarian
Egy MODIS műholdképeken alapuló térben osztott párolgás-becslési és térképezési eljárást fejlesztettünk ki és teszteltünk a 2000-2009-es időszakra. A módszert egész Magyarország (és más régiókra is) területére nagy sikerrel alkalmaztuk, egészen 0,95-ös r-négyzet értékkel. Korábbi, jelentősen generalizált párolgási térképek így a módszerrel kapott térképekkel lecserélhetők. Jelenleg a módszer adja a legpontosabb és legrészletesebb párolgási térképeket Magyarország területére, ami nagy jelentőségű jövőbeni vízgazdálkodási tervek kidolgozásakor.
Results in English
A new, evapotranspiration (ET) mapping technique has been worked out for Hungary, using MODIS data. The method was applied over the entire area of Hungary (and other regions as well) with great success for the 2000-2009 period with r-squared values up to 0.95. Earlier, largely generalized ET maps thus can be replaced by the present ET estimates, which therefore provide the most accurate and detailed ET values yet for Hungary. The results may prove invaluable in future water resources management and allocation plans.
Szilagyi, J., Zlotnik, V., Gates, J., Jozsa, J.: Mapping mean annual groundwater recharge in the Nebraska Sand Hills, USA, Journal of Hydrogeology, doi: 10.1007/s10040-011-0769-3., 2011
Szilagyi, J., Kovacs, A.: A calibration-free evapotranspiration mapping technique for spatially-distributed regional-scale hydrologic modeling, Journal of Hydrology and Hydromechanics, 59(2), 118-130., Journal of Hydrology and Hydromechanics, 59(2), 118-130., 2011
Szilagyi, J., Kovacs, A., Jozsa, J.: Remote-sensing-based groundwater recharge estimates in the Danube-Tisza sand plateau region of Hungary, Journal of Hydrology and Hydromechanics, in press, 2011
Szilagyi, J., Kovacs, A., Jozsa, J.: A calibration-free evapotranspiration mapping (CREMAP) technique, in Labedzki, L (ed.) Evapotranspiration, INTECH, Vienna, Austria, ISBN 978-953-307-251-7, http://www.intechopen.com/books/show/title/evapotranspiration., 2011
Kovács Ákos: Tó- és területi párolgás becslésének pontosítása és magyarországi alkalmazásai, BMGE Vízépítési Tanszék, 2011
