Ugrás a tartalomhoz

Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretkörön alapuló tananyagfejlesztés – Környezet- és természetvédelem ismeretkörben

Dr. Huzsvai László (2008)

Debreceni Egyetem a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

Modellezés és léptékváltás

Modellezés és léptékváltás

A talaj-növény-atmoszféra rendszerben végbemenő folyamatok mindegyikéhez egy meghatározott idő- és térskála tartozik. Emiatt nem tanácsos egy adott léptékre kidolgozott modellt más tér- és időléptékben alkalmazni. Konkrétan például a talajmodelleknél a pedon léptékű kimosódási modell nem alkalmazható vízgyűjtőre olymódon, hogy a pedon léptékű modell eredményét a térlépték különbség kiküszöbölése érdekében a megfelelő konstanssal megszorozzuk. Ahhoz, hogy a léptékváltás lehetősége a különböző skálájú problémák között meglegyen, mérlegelni szükséges azt, hogy lehetséges-e a skálák között kapcsolat.

Adott i szintre kidolgozott modell az alacsonyabb i szintekre érvényes törvényszerűségekből az adott szinten lényegeseket tartalmazza. A mechanisztikus modellekben például az anyagáramlás az alacsonyabb i szinteken a vegyületet alkotó elemek közötti molekuláris kölcsönhatásokon alapszik, magasabb i szinten azonban a vízmozgás már a vízpotenciál viszonyok függvényeként alakul. Még magasabb i szinten pedig már csak a következményként lezajló nedvességtartalom-változás jelenik meg.

Jelenleg a talaj-növény-atmoszféra rendszerben végbemenő folyamatok különböző léptéken megjelenő eredményeit tekintve csupán a megismerési szakaszban vagyunk. Szimulációs modelltechnikával vizsgálható például, hogy a talajfejlődés évszázados léptékű folyamata hogyan függ a klíma és a hidrológia évenkénti periodikusságától, és mindebbe hogyan illeszkedik a víz- és a kémiai anyagmozgás. Ahhoz pedig, hogy a talajféleségek kialakulásában a transzportfolyamatok szerepe, illetve ezek térléptéke leírható legyen, további ismeretek szükségesek.

Nyilvánvaló, hogy egy modellt az érvényesítés léptékétől eltérő léptékben használni nem problémamentes. Annak eldöntését, hogy megengedett-e az eltérő léptékben való modellalkalmazás a következők átgondolása segíti:

  • Maradhat-e változatlan a modellben alkalmazott hipotézis?

  • Megmarad-e a modellbe épített mechanizmus eredeti értelme?

  • Abban a paraméterérték tartományban történik-e a modell használata, amelyre az érvényesítés vonatkozik?

  • Lehet-e valós, önálló értéket tulajdonítani a modell paramétereinek?

  • Illeszkedik-e a modellezés léptéke a paraméter értékek meghatározásának a léptékéhez?

  • A nagyobb lépték paraméterértékei jelentősen eltérnek-e a kisebb lépték paraméterértékeitől? Ha igen, miért?

  • Változott-e a modell paraméter érzékenysége? Ha igen, miért?

  • Változott-e a modell típusa ténylegesen? Például, fizikairól (physically-based) összevont paraméterűre (lumped parameter), vagy mechanisztikusról működésire?

  • A nagyobb léptékben tapasztalható-e a modell működésének olyan eleme, amely az elvárhatóval ellentétes?

A léptékváltás kapcsán feltétlenül figyelembe veendő, hogy a léptékkel nem csupán a fizikai méret változik, hanem a folyamatok kinetikája is. A kinetikai különbségekből adódik a történések időléptékének a változása. Nyilvánvaló, hogy a molekuláris lépték (i-4) történéseinek időtartama nem lehet azonos a talajszelvény szinten (i) végbemenő folyamatokéval. A léptékváltás és annak kapcsán az 1-9 kérdések, valamint a tér- és időlépték váltásból adódó eltérések áttekintését teszik szükségessé.