Előfizetés a lapra

GPS és időjárás-előrejelzés

A hét kutatója, gps, időjárás, interjú, meteorológia, műhold

2016/04/28

25 évvel ezelőtt érkeztek Magyarországra az első terepi GPS-műszerek. A negyedszázados évforduló alkalmából egész napos konferenciát szerveztek a szakemberek, ahol kitűnt, hogy a helymeghatározás és a navigáció mellett milyen sok más területen is lehet alkalmazni ezt a technológiát. Rózsa Szabolcs egyetemi docens a BME Általános- és Felsőgeodézia Tanszék vezetője csoportjával a rövid távú időjárás előrejelzésről beszélt, ezt segíti kutatásaival.

– Mikor találkozott először a GPS-szel?

– Egyetemistaként az egykori Felsőgeodézia Tanszéken, harmad-negyedév környékén kezdtünk vele foglalkozni. Én először a nehézségi erőtér modellezésével, a Föld elméleti alakjának meghatározásán dolgoztam, ami többek között a GPS-szel történő magasságmeghatározás miatt fontos. Abból diplomáztam és abból írtam a doktorimat is. Utána egy ösztöndíjjal Németországba kerültem, és a Rajna-árok mozgásának vizsgálatát végeztük GPS-szel, ott mélyedtem el a témában igazán. Ez egy iparilag nagyon fejlett, szeizmikusan is aktív terület atomerőművel, vegyi gyárakkal, így mélyebb ismereteket kellett gyűjtenünk a földkéreg deformációiról. Nemcsak mértünk, hanem fel is dolgoztuk a kapott adatokat és elemeztük az eredményeket.

– A GPS-t szinte mindenki a helymeghatározással azonosítja, holott ma már nagyon sok más területen is használható. Önöknél például csapadék-előrejelezésre.

– Így van, de igazából minden egyéb alkalmazásnak is a nagyon precíz helymeghatározás az alapja. A GPS-szel végzett helymeghatározást számos hiba terheli. Ha a méréseket ismert koordinátájú pontokon végezzük, akkor ezek a hibák meghatározhatók, ideális esetben szét is választhatók. Az egyik ilyen hibahatás, hogy a légköri gázok és maga a légköri páratartalom is késleltetik a jeleket. Az utóbbi hatás elérheti a 20-30 cm-t is.

Műholdas felhőkép

– Nem tűnik túl nagy eltérésnek, különösen, ha azt nézzük, hogy 20000 km-es magasságban keringenek a GPS-holdak.

– Valóban nem, de mégis elég jelentős ahhoz, hogy geodéziai pontosságú GPS-vevőkkel ki lehessen mérni. Egyébként télen csak 4-5 cm-es a vízpára okozta késleltetés, nyáron viszont a 30 cm-t is elérheti. A vízpára késleltető hatásából pedig egy nagyon egyszerű regressziós összefüggéssel ki lehet számítani, hogy mekkora a vízpára mennyisége az adott légoszlopban. Ezt pedig már fel lehet használni meteorológiai célokra. Ezek az adatok segíthetnek abban, hogy a rövid távú csapadék-előrejelzést pontosítani lehessen.

– Ebben az esetben mit jelent a rövid táv?

– A hazai eredmények azt mutatták, hogy az adataink felhasználásával az előrejelző modellek eredményei a 3-4 órás előrejelzési időtávig javulnak. A projektben természetesen benne van minden, a témában érintett szervezet: az ELTE Meteorológia Tanszéke, az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ), a Földmérési és Távérzékelési Intézet Kozmikus Geodéziai Obszervatóriuma (KGO) és az MTA CSFK Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézete.

Csapadék-radarkép

– Ha jól értem, egy keskeny légoszlopról kapnak adatokat. Ki lehet ezt terjeszteni annak környezetére is?

– Lehet és kell is. Igazából műhold pontosan a vevő fölött általában nincs. Amit meghatározunk, az általában 8-10, az égbolton szétszórva található műholdról jövő jel késleltetéséből áll össze oly módon, hogy a műholdirányú késleltetésekből egy megfelelő leképezési függvénnyel kiszámítjuk a zenitirányú késleltetéseket. Ezt lehet átszámítani integrált vízgőztartalommá. Kellően sűrű állomáshálózat esetén azonban lehetőségünk van a légköri vízpára térbeli eloszlását is tanulmányozni. Ebben az esetben a műholdirányú késleltetésekből a számítógépes tomográfia eszköztárát felhasználva rekonstruálható a vízpára térbeli eloszlása is.

– Ez egy pillanatnyi eredményt ad?

– Igen ez viszonylag pillanatnyit, ami lehetne akár másodpercben számított érték is. Azt szoktuk csinálni, hogy 10-15 perces vagy fél órás átlagolást hajtunk végre, de folynak kutatások, hogy ezt leszűkítsük rövidebb időtartamokra. Ahogy említettem, az integrált vízgőztartalom-becslések a rövid távú meteorológiai előrejelzést tudják segíteni. Ebben az esetben már nem mindegy, hogy félóránként vagy 5-10 percenként kapunk egy-egy adatot.

– Mi volt ebben az Ön szerepe?

– Voltak előzményei ennek a dolognak. Borbás Éva az OMSZ-nál  foglalkozott a témával még a 90-es években, de akkor még egyetlen permanens állomás volt Magyarországon, Pencen. Mintegy 10 éve azonban már az egész országot lefedi a permanens állomáshálózat. Az én szerepem ebben az volt, hogy én alakítottam ki az egyetemen és a Földmérési és Távérzékelési Intézet Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumában a teljes hazai GNSS-hálózat feldolgozását.

 Vízgőzbecslés a permanens GPS-hálózatból

 

Ennek a kutatásnak egyfajta hozománya, hogy az elmúlt évben zártunk egy, az Európai Űrügynökség megbízásából készített projektet, amelyben a troposzféra okozta késleltetések új modelljének kifejlesztésében vettünk részt. Ezt a modellt a műholdas navigációs rendszerek, mint például az európai Galileo fogják használni a helymeghatározáshoz. Jelenleg egy, a tanszékünk által vezetett szintén ESA-projektben pedig e modellek szélsőséges időjárási körülmények melletti pontosságát vizsgáljuk, amivel hozzájárulhatunk a műholdas helymeghatározó módszerek integritásának vizsgálatához. Ezek segítségével tudjuk növelni a módszer alkalmazási lehetőségeit olyan területen, mint például a repülés, ahol egy pontatlan helyzetinformáció az életbiztonságot is veszélyeztetheti.

– Ez is úgy történt, hogy látták a bejövő adatok alapján, hogy pontosítani kell a troposzféra-modelleket?

– Folyamatosan fejlődik ez az ág is. Amikor megalkották a korábbi troposzféra-modelleket, még senki nem gondolta, hogy deciméter vagy akár centiméter pontosságú helymeghatározásokat is akarunk majd végezni. Ahogy fejlődik a navigáció, az igények is nőnek. Ma már azt szeretnénk, ha a gépjárművek automatikusan a sávban közlekednének, nem elegendő, hogy tudjuk, melyik utcában vagyunk. Nő a pontossági igény, ezért a modelleket is tovább kell fejleszteni. A korábbi modellek úgy működtek, hogy egyfajta standard atmoszféra-modell paraméterek segítségével számoltuk ki, mekkora ez a bizonyos késleltető hatás. Nem vettük figyelembe, hogy éppen milyenek az időjárási viszonyok, vagy hogy milyenek a klimatológiai viszonyok hosszabb távon. Emiatt időről időre felül kell vizsgálni ezeket a modelleket vagy magukat az input paramétereket. Tehát a légnyomást, hőmérsékletet, páratartalmat és egyebeket. Esetünkben konkrétan az történt, hogy egy tízéves időtartamot vizsgálva, az időjárás-előrejelző modellekből levezettük azon meteorológiai paramétereket, amelyek meghatározzák a troposzferikus késleltetést. Az új modellel a földrajzi helytől és éghajlattól függő szezonális változásokat is figyelembe tudjuk venni, ezáltal még pontosabb lett a késleltetés meghatározása.

– Ezekhez a kutatásokhoz szükség van-e még a kutatói, emberi kreativitásra, vagy már „csak” technikai kérdéseket kell megoldani?

– Az emberi kreativitás egyre nagyobb szerephez jut a kutatási feladatainkban. Ma már nem csak a szűkebb szakmai ismeretekre van szükségünk, hanem a saját tudományterületünk kapcsolódásait, a társtudományokat is meg kell ismernünk. Az új eredmények gyakran az ilyen határterületeken születnek. Ez egyrészt szélesebb látókört feltételez, másrészt az új ötletek kidolgozása egyre kreatívabb hozzáállást igényel. Ha belegondolunk, egyre több információval rendelkezünk, ezeket kell ügyesen rendszereznünk, azokból új ismereteket, következtetéseket, összefüggéseket levonnunk.

 TRUPKA ZOLTÁN

 

2016/10