IN-FLIGHT ICING CHARACTERISTICS OF UNMANNED AERIAL VEHICLES DURING SPECIAL ATMOSPHERIC CONDITION OVER THE CARPATHIAN-BASIN

The in-flight aerial icing phenomena is very important for the Unmanned Aerial Vehicles (UAV) because it causes some serious problems such as reduced lift and increased drag forces, significantly decreased angle of attack, increased weight, structural imbalances and improper radio communications. In order to increase flight safety of UAV’s we develop an integrated meteorological support system for the UAV pilots, mission controllers and decision makers, too. In our paper we show the in-flight structural icing estimation method as a part of this support system based on a simple 2D ice accretion model predictions. We point out the role of the ambient air temperature, cloud liquid water content, airfoil geometry and mainly the true airspeed in the icing process on the wings of UAVs. With the help of our model we made an estimation of geometry and amount of ice accretion on the wing of a short-range and a high-altitude and long-endurance UAVs during a hypothetical flight under a typical icy weather situation with St clouds over the Carpathian-basin (a cold-pool situation case study). Finally we point out that our icing estimation system can easily be adapted for supporting the missions of UAVs

A repülésre veszélyes mezo-skálájú meteorológiai jelenségek modellezésének aspektusai

Közismert tény, hogy a nem rakétaelven alapuló repülést, a repülőtestet magában foglaló levegő és a repülőtest között létrejövő sebességkülönbségből származó aerodinamikai emelőerő teszi lehetővé. A repülőgép típusától, feladatától függően a repülési útvonal teljes egészében vagy jelentős részben az atmoszféra alsó, 8-12 km vastag rétegében (troposzféra) helyezkedik el, amely egyben az időjárási jelenségek, folyamatok színtere is. A fel- és leszállások – melyek egyben a repülés legveszélyesebb fázisai – pedig a planetáris határréteg mintegy 800-1500 méteres kiterjedésű vertikális tartományát érintik. A repülések során azonban az atmoszféra állapota időben és térben egyaránt változik. Az említett változások között vannak jól ismert, kiszámítható, statikus légköri jellemzők (pl. a légnyomás exponenciális csökkenése a magassággal), de a repülésre igazán veszélyesek, a nehezen előre jelezhető, térben és időben egyaránt kis léptékű, gyorsan változó időjárási folyamatok (pl. zivatar, szélnyírás, turbulencia, CAT stb.). Ezeknek az időjárási folyamatoknak minél pontosabb előrejelzése a repülésmeteorológia egyik – ha nem a legnagyobb – kihívása. A repülésmeteorológiában alkalmazott rövid távú előrejelzések (nowcasting) készítéséhez nélkülözhetetlenek a térben és időben megfelelően nagy felbontású modellek segítségével előállított, numerikus előrejelzési produktumok. Az ilyen előrejelzések készítésének azonban számos elvi és gyakorlati korlátja van, melyeket szeretném röviden áttekinteni ebben a munkában

A városi hősziget területi eloszlásának többváltozós lineáris statisztikus modellje

A városi hősziget térbeli kifejlődését nagymértékben meghatározzák a városi felszín – természetestől jelentősen eltérő – beépítettségi és geometriai viszonyai. Munkánk célja az, hogy számszerűsítsük a különböző területhasznosítású felszínek és a város hőmérséklet-emelő hatását reprezentáló napi maximális átlagos hőszigetintenzitás közötti mennyiségi kapcsolatot. A városi hőmérsékleti többlet területi eloszlásának meghatározásához mobil méréseket végeztünk Szegeden 1999 márciusa és 2000 februárja között, különböző meteorológiai feltételek mellett. A vizsgálat során a városi felszínt jellemző tényezők közül a beépítettségi arányt, az égboltláthatóságot (sky view factor) és az épületmagasságot alkalmaztuk, valamint a város központjától mért távolságot is beépítettük modellünkbe, figyelembe véve a város erősen koncentrikus szerkezetét. A vizsgált időszakot felbontottuk két félévre (fűtési és nem-fűtési), mivel a korábbi vizsgálatok alapján kiderült, hogy az eltérő évszakos meteorológiai feltételek mellett a hőmérsékleti többlet nagysága és eloszlása is különbözik. A max. hősziget-intenzitás területi eloszlása mindkét félévben alapvetően koncentrikus szerkezetű, de lokálisan jelentős eltérések is előfordulnak. A fűtési szezonban a legmagasabb átlagos maximális intenzitás értéke 2,1°C, míg a nem-fűtési félévben 3,1°C felett volt és mindkét időszakban a város centrumában helyezkedett el a maximuma. A vizsgált paraméterek és a maximális hősziget-intenzitás közötti kapcsolat meghatározására a lineáris regresszióanalízist alkalmaztuk, melyet megelőzött a paraméterek egyenként való elemzése. Ennek eredményeképpen két igen erős sztochasztikus kapcsolatra épülő lineáris egyenletet kaptunk, melyek a varianciaanalízis során 0,1%-os szinten is reálisnak bizonyultak. Ezen egyenletek alapján a szegedi vizsgált területre mindkét félévre meghatároztuk az átlagos max. hősziget-intenzitás térbeli eloszlását, ami jól közelíti a mért adatokból előállított hőmérsékleti mezőt. Az átlagos abszolút eltérés mindkét esetben kevesebb, mint 0,5°C-nak adódott. A modell jó kiindulási alapot szolgáltat az időben változó meteorológiai elemek bevonásával egy olyan modell kidolgozásához, amely a hősziget térbeli és időbeli eloszlásának előrejelzésére is alkalmas lehet. Mindezek mellett a kapott eredmények alkalmazhatóak más – Szegedhez hasonló méretű – városok hőmérséklet-emelő hatásának becsléséhez is

In-flight icing characteristics of unmanned aerial vechicles during special atmospheric condition over the Carpathian-basin

The in-flight aerial icing phenomena is very important for the Unmanned Aerial Vehicles (UAV) because it causes some serious problems such as reduced lift and increased drag forces, significantly decreased angle of attack, increased weight, structural imbalances and improper radio communications. In order to increase flight safety of UAV’s we develop an integrated meteorological support system for the UAV pilots, mission controllers and decision makers, too. In our paper we show the in-flight structural icing estimation method as a part of this support system based on a simple 2D ice accretion model predictions. We point out the role of the ambient air temperature, cloud liquid water content, airfoil geometry and mainly the true airspeed in the icing process on the wings of UAVs. With the help of our model we made an estimation of geometry and amount of ice accretion on the wing of a short-range and a high-altitude and long-endurance UAVs during a hypothetical flight under a typical icy weather situation with St clouds over the Carpathian-basin (a cold-pool situation case study). Finally we point out that our icing estimation system can easily be adapted for supporting the missions of UAVs

A statistical approach for estimating mean maximum urban temperature excess.

Munkánkban a városi hősziget (UHI) maximális napi kifejlődését vizsgáltuk Szegeden, a beépítettségi paraméterek függvényében. A hőmérsékleti adatok valamint a beépítettségi arány, a vízfelszín-arány, az égbolt láthatósági index és az épületmagasság, valamint ezek területi kiterjesztései közötti kapcsolatot statisztikus modellezéssel határoztuk meg. A kapott modell-egyenleteket mindkét félévre (fűtési és nem-fűtési) többváltozós lineáris regresszió segítségével állapítottuk meg. Az eredményekből világosan látszik, hogy szignifikáns kapcsolat mutatható ki a maximális UHI területi eloszlása és a beépítettségi paraméterek között, ami azt jelenti, hogy e tényezők fontos szerepet jatszanak a városi hőmérsékleti többlet területi eloszlásának kialakításában. A városi paraméterek közül az égbolt láthatósági index és az épületmagasság a leginkább meghatározó tényező, ami összhangban van a városi felszín energia-egyenlegével. | Investigations concentrated on the urban heat island (UHI) in its strongest development during the diurnal cycle in Szeged, Hungary. Task includes development of statistical models in the heating and non-heating seasons using urban surface parameters (built-up and water surface ratios, sky view factor, building height) and their areal extensions. Model equations were determined by means of stepwise multiple linear regression analysis. As the results show, there is a clear connection between the spatial distribution of the UHI and the examined parameters, so these parameters play an important role in the evolution of the UHI intensity field. Among them the sky view factor and the building height are the most determining factors, which are in line with the urban surface energy balance

A statistical model for estimating mean maximum urban heat island

Investigations concentrated on the urban heat island (UHI) in its strongest development during the diurnal cycle. Task includes development of statistical models in the heating and non-heating seasons using urban surface parameters (built-up and water surface ratios, sky view factor, building height) and their areal extensions. Model equations were determined by means of stepwise multiple linear regression analysis. As the results show, there is a clear connection between the spatial distribution of the UHI and the examined parameters, so these parameters play an important role in the evolution of the UHI intensity field. Among them the sky view factor and the building height are the most determining factors, which are in line with the urban surface energy balance

Long-term changes of meteorological conditions of urban heat island development in the region of Debrecen, Hungary

Meteorological conditions have a remarkable im-pact on urban climate similarly to other local and microscale climates. Clear skies and calm weather are advantageous for the development of the urban heat island (UHI). There are numerous studies on the spatial and temporal features of the phenomenon. Much less attention is paid, however, to the meteorological conditions of UHI development. The aim of the present paper is to reveal the characteristics of the changes in the frequencies of advantageous and disadvantageous me-teorological conditions for UHI development on the basis of a 50-year-long time series. Meteorological condition categories of UHI development have been established on the basis of wind speed values, cloudiness, and precipitation ranging from advantageous to disadvantageous conditions. Frequencies of occurrence of condition categories of UHI development were determined first. Advantageous and moderately advantageous conditions were found to be dominant in the time series. Linear trend analysis revealed a significant increasing trend in the time series of advantageous conditions. Increase of the frequencies of advantageous conditions was analyzed for the years, seasons, and months of the study period as well. Spring and summer (April and June) produced significant increasing trends of frequencies of advantageous conditions, while winter (with the exception of February) and autumn did not show significant increase of those frequencies. Change-point anal-yses detected a significant increase in the frequency of advan-tageous conditions in the time series at the turn of 1981/1982 especially in the summer and spring months. Detected tenden-cies have negative effects on urban energy consumption: they contribute to the increase of air conditioning energy demand in the summer and do not decrease the energy demand of heating in the winter significantly