The role of soil in different weather situations  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81432
Type K
Principal investigator Rajkai, Kálmán
Title in Hungarian A talaj szerepe az időjárási helyzet alakulásában
Title in English The role of soil in different weather situations
Keywords in Hungarian talajfizikai tulajdonságok, konvektív csapadékmező, planetáris határréteg-magasság, mezoskáljú időjárási modell
Keywords in English soil physical properties, convective precipitation field, planetary boundary layer height, mesoscale weather model
Discipline
Soil sciences, soil biology, soil chemistry, soil physics (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
Ortelius classification: Soil physics
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Ortelius classification: Meteorology
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Institute for Soil Sciences (Centre for Agricultural Research)
Participants Ács, Ferenc
Fodor, Nándor
Horváth, Ákos
Starting date 2010-06-01
Closing date 2014-06-30
Funding (in million HUF) 10.465
FTE (full time equivalent) 1.01
state closed project
Summary in Hungarian
A talajtényezők meghatározó szerepe jól ismert a mezőgazdaságban, az ökológiában, a bioklimatológiában és újabban a meteorológiában is. A meteorológiában a talajnak a konvektív csapadékképződésre, valamint a planetáris határréteg-magasságra (PHR) van hatása. E hatást modellvizsgálatokkal elemezzük az MM5 (Mezoskálájú Modell 5. verzió) mezoskálájú modellrendszerrel. Az MM5-ben az Egyesült Államokban megállapított talajparamétereket használják. A kontinens léptékű amerikai (US) és a régió léptékű magyar (HU) talajparaméterekkel végzett MM5 futtatások eredményeinek az összehasonlításával az MM5 modell talajparaméterekre vonatkozó érzékenységét ellenőrizzük. Egy esettanulmány szimulációs időtartama 30 óra. A csapadékot napi, míg a PHR magasságot negyed órás léptékben elemezzük. Az OMSz csapadék adatait kriging módszerrel interpoláljuk a modellterület rácspontjaira. A szimulált és a mért csapadékmezők egyezését kategórikus verifikációs indexekkel jellemezzük. A különböző módon szimulált csapadék- és PHR-magasságértékek közötti eltéréseket szignifikancia tesztekkel állapítjuk meg. A szimulációk verifikálásához az Országos Meteorológiai Szolgálat felszíni csapadékmérőinek, radarhálózatának és szélprofil mérőinek az adatait, valamint a mért talajnedvesség adatokat használjuk fel. Ha az MM5 modell az US és a HU talajparaméterekre szignifikánsan érzékeny, a lokális talajparaméter-értékek jelentősége nyer igazolást. A talaj/légkör kölcsönhatás terepmérésekkel kiegészített tudományága Európában újszerű és kiterjeszti a talajok környezeti és földhasználati jelentőségét.
Summary
Soil properties are important in the agriculture, ecology, bioclimatology and recently also in the meteorology. In the meteorology, soil affects convective precipitation and planetary boundary layer (PBL) height. These effects will be investigated by using models, more precisely by the MM5 (Mesoscale Model, Version 5) modelling system. In the MM5, soil parameter values estimated in the US (US soil) are in the use. It poses the question, whether MM5 is sensitive to soil parameter values estimated in the Hungary (HU soil). It is obvious that US soil parameter values represent a large scale, while HU soil parameter values a regional or local scale. One case study refers to one day, so in any case a 30 hours long integration will be performed. Convective precipitation will be analysed by using daily, while PBL height by using 15-minutes values. The observed fields will be estimated applying a kriging interpolation technique by using rain-gauge data. The agreement of simulated and observed fields will be estimated by using categorical verification indices. Deviations between simulated convective precipitation and PBL height values obtained by using US and HU soil parameters will be estimated with significance tests. Validation of the simulation results shall be performed by rain gauge, radar and wind profile as well as soil moisture content measurements at some chosen points and days. If MM5 is significantly sensitive to the use of the US and HU soil parameters, the importance of the local soil parameter values instead of the global will be obvious. The science of soil/atmosphere interaction together with field measurements is a new discipline in Europe giving a new role of soils in environmental practice and land use planning.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A pályázatban alkalmazott meteorológiai modellek talajparaméter-értékeit az egyesült-államokbeli (USDA) és hazai talaj adatbázisok (HUNSODA és MARTHA) alapján határoztuk meg. Megállapítottuk, hogy a paraméterértékek adatbázistól függően jelentősen különböznek. Az adatbázisok közötti különbség a legnagyobb az USDA-HUNSODA összehasonlításban (Breuer, 2012), de jelentős a HUNSODA-MARTHA-ra is (Laza, 2012). A talajparaméter-értékek közötti különbség hatását az MM5 és a WRF modellekkel szimulált konvektív csapadékra (Breuer, 2012) és planetáris határréteg magasságra (PHRM) vizsgáltuk (Breuer et al., 2012; Ács et al., 2014). A csapadékmező elemzésére verifikációs indexet (Breuer, 2012), a PHRM-re normalizált autoregressziós szignifikancia vizsgálatot alkalmaztunk (Breuer et al., 2012, 2013). A WRF modellel a talaj és a felszínborítás PHRM-re gyakorolt hatását tanulmányoztuk. Az eredményeket 5 helyen talajnedvesség-profil és az OMSZ szegedi radiométer és windprofiler méréseivel összehasonlítva értékeltük. Az összehasonlítás megmutatta, hogy a különböző módszerekkel meghatározott PHRM napi menetek szóródása igen nagy, amit a különböző meghatározási elvek, valamint a szimulált és a mért profilok közötti különbségek okoznak (Breuer et al., 2013, 2014). A vizsgálatokban megmutattuk, hogy a talaj és a felszínborítás hatása összemérhető (Ács et al., 2014), sőt a talajhatás egyes esetekben erősebb is lehet (Göndöcs, 2012; Ács et al., 2014).
Results in English
Soil hydrophysical parameter values in the meteorological models we used are determined using United States (USDA) and Hungarian (HUNSODA, MARTHA) soil databases. We established that soil parameter values differ considerably depending on which database is used. The greatest differences are found between the USDA and the HUNSODA (Breuer, 2012), but the HUNSODA/MARTHA differences were also significant (Laza, 2012). This soil effect was investigated for both convective precipitation (Breuer, 2012) and planetary boundary layer height (PBLh) (e.g., Breuer et al., 2012, Ács et al., 2014). Convective precipitation fields are analyzed by using verification indices (Breuer, 2012), PBLh diurnal courses by a normalized autoregression significance test method (Breuer et al., 2012, 2013). The impact of soil and land cover type on PBLh changes is investigated using WRF simulations. Simulation results are compared by in situ soil moisture content measurements at 5 places as well as by radiometer and windprofiler measurements at Observatory Szeged of the Hungarian Meteorological Service. We showed that PBLh diurnal courses scattered enormously because of the differences between the determining criteria and between the simulated and measured atmospheric profiles (Breuer et al., 2013, 2014). It is established that soil and land cover type change effects are comparable (Ács et al., 2014), moreover in same cases the soil effect (Göndöcs, 2012; Ács et al., 2014) could be treated as stronger.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81432
Decision
Yes





 

List of publications

  
Ács, F., Breuer, H., Horváth, Á., Laza, B., Rajkai, K.: A talaj hatása a légkörre: hazai numerikus modellezési kísérletek áttekintése, 37. Meteorológiai Tudományos napok, Az agrometeorológia kihívásai és helyzete Magyarországon, 2011. november 24-25., Budapest, 2011
Ács, F., Breuer, H., Horváth, Á., Laza, B., Rajkai K.: MM5-Simulationen der Boden-Atmosphäre Wechselwirkungsprozessen in Ungarn, 4. Österreichischen Meteorologentag, 3.-4. November, 2011, Klagenfurt, Österreich, 2011
H. Breuer, F. Ács, A.Z. Gyöngyösi, K. Rajkai: Behavior of planetary boundary layer height in long lasting anticyclonic weather period,, in Book of Abstracts of the 10th Int. Conf. on Agrophysics 5-7 June, 2013. Lublin, Poland. 38. p., 2013
Hermann E.: A WRF-el számított planetáris határréteg magasságának érzékenysége a felszínborítási típusokra és a talajtextúrára, ELTE TTK, Budapest, Szakdolgozat 40. p., 2013
Göndöcs J.: A felszínhasználat és talajtextúra területi eloszlásának hatása a konvektív csapadékra, ELTE-TTK, Budapest, Szakdolgozat 37 p., 2013
Ács, F., Gyöngyösi, A.Z., Breuer, H., Rajkai, K.: The impact of soil texture and land use on landsurface/atmosphere interactions in an anticyclonic weather type, Növénytermelés. 62. 437-440., 2013
Breuer H.: A talaj hidrofizikai tulajdonságainak hatása a konvektív csapadékra és a vízmérleg egyes összetevőire: meteorológiai és klimatológiai vizsgálatok Magyarországon, ELTE, Budapest, 117 p., 2012
Rajkai, K., Ács, F., Breuer, H.: Hogyan hat a talaj az időjárásra?, Talaj-víz-növény kapcsolatrendszer a növénytermesztési térben (szerk: Lehoczky Éva). MTA ATK TAKI, Budapest. pp. 41-44., 2012
Breuer, H., Ács, F., Laza, B., Horváth, Á., Matyasovszky, I., Rajkai, K.: A sensitivity study on the soil planetary-boundary layer height interrelationship,, ISRN Meteorology, Paper 786592. 7 p. (http://dx.doi.org/10.5402/2012/786592, 2012
Laza, B.: A szimulált planetáris határréteg magasság érzékenysége a HUNSODA és MARTHA talajadatbázisok használatára., ELTE, TTK, Budapest 54 p., 2012
Breuer, H., Ács., F., Laza, B., Horváth, Á., Matyasovszky, I., Rajkai, K.: Sensitivity of MM5 simulated planetary boundary layer height to soil dataset: comparison of soil and atmospheric effects, Theoretical and Applied Meteorology, 109(3-4), 577-590., 2012
Breuer, H., Ács, F., Laza, B., Rajkai, K., Matyasovszky, I., Horváth Á., Weidinger T.: A talaj hidraulikus tulajdonságainak és a planetáris határréteg magasságának kapcsolata, Agrokémia és Talajtan 61(1), 9-28., 2012
Breuer, H., Ács, F., Rajkai, K., Horváth, Á.: A talaj hidrofizikai tulajdonságainak hatása a konvektív csapadékra, Agrokémia és Talajtan, 60(2), 309-324., 2011
Breuer, H., Ács, F., Laza, B., Horváth, Á., Matyasovszky, I., Weidinger, T., Rajkai, K.: Planetary boundary layer height sensitivity to soil hydraulic parameters: MM5 simulations, 11th EMS Annual Meeting, 10th European Conference on Applications of Meteorology (ECAM), 2011. 12th-16th September, Berlin. EMS-2011-333, 2011
Breuer, H., Ács, F., Horváth, Á., Laza, B., Matyasovszky, I., Weidinger, T., Rajkai, K.: Field experiments and numerical simulations for investigating soil and planetary boundary layer interrelationships in Hungary - WRF case studies, 11th EMS Annual Meeting, 10th European Conference on Applications of Meteorology (ECAM), 2011. 12th-16th September, Berlin. EMS-2011-309, 2011
Breuer H, Ács F, Laza B, Gyöngyösi AZ, Richter P, Matyasovszky I, Horváth Á, Rajkai K: Effect of soil parameter differences on planetary boundary layer properties, EMS Annual Meeting Abstracts Vol. 9, EMS2012-260, 2012
Breuer H, Ács F, Laza B, Gyöngyösi AZ, Richter P, Matyasovszky I, Horváth Á, Rajkai K: Effect of soil parameter differences on planetary boundary layer properties, Presentation at the 12th EMS Annual Meeting & 9th European Conference on Applied Climatology (ECAC), Lodz, Lengyelország, 2012.09.10-2012.09.14., 2012
Ács, F., Gyöngyösi, A.Z., Breuer, H., Rajkai, K.: The impact of soil texture and land use on landsurface/atmosphere interactions in an anticyclonic weather type, Presentation at the 12th Alps-Adria Scientific Workshop, Opatija, Horvátország, 18-23 March, 2013, 2013
Kuntár, R.: Meteorológiai modellekben használt felszínsémák összehasonlítása, ELTE-TTK, Budapest, 35 p, 2013
Breuer, H., Ács, F., Horváth, Á., Németh, P., Rajkai, K.: Validation of WRF simulated PBL height and soil moisture in dry summer conditions, EMS Annual Meeting Abstracts Vol. 10, EMS2013-659, 2013
Ács, F., Mona, T., Gyöngyösi, A.Z., Breuer, H., Rajkai, K.: Sensitivity of planetary boundary layer height to cropland changes and fertilization in an anticyclonic weather type, 13th Alps-Adria Scientific Workshop. Villach, Ausztria: 2014.04.28 -2014.05.03. (előadás), 2014
Forgács, A.: A Noah 1D-s felszíni séma érzékenysége a modellben használt felszíni tulajdonságokra, ELTE-TTK, Budapest, 36 p, 2014
Breuer, H., Ács, F., Horváth, Á., Németh, P., Rajkai, K.: Diurnal course analysis of the WRF-simulated and observation based planetary boundary layer height, Adv. Sci. Res., 11, 83–88, 2014
Ács, F., Mona, T., Gyöngyösi, A.Z., Breuer, H., Rajkai, K.: Sensitivity of planetary boundary layer height to cropland changes and fertilization in an anticyclonic weather type, NÖVÉNYTERMELÉS 63:(Suppl.) pp. 267-270., 2014
Ács, F., Gyöngyösi, A.Z., Breuer, H., Horváth, Á., Mona, T., Rajkai, K.: Sensitivity of WRF-simulated planetary boundary layer height to land cover and soil changes, Meteorologische Zeitschrift, 10 pp (doi:10.1127/0941-2948/2014/0544), 2014



Back »