Analýza klimatických podmínek a výpočet indexů v České republice

Příspěvek představuje výsledky Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) získané při řešení dílčích cílů (DC) s názvy „Vývoj scénářů potřeb vody s ohledem na socioekonomický vývoj a vývoj klimatu“ (DC 1.1) a „Identifikace území s deficitními vodními zdroji“ (DC 1.2), jež jsou součástí projektu TA ČR č. SS02030027 „Vodní systémy a vodní hospodářství v ČR v podmínkách změny klimatu (Centrum Voda)“ a tvoří dílčí části pracovního balíčku WP 1 zabývajícího se budoucností vody.

Cílem ČHMÚ bylo vypočítat a zanalyzovat, jakým způsobem je ovlivněn průtok nad vodoměrnými stanicemi v Česku, a zjistit, jak se bude toto ovlivnění měnit v návaznosti na klimatickou změnu. Analyzována byla především měsíční data o celkovém ovlivnění průtoků ve vodoměrných stanicích za referenční období 1991-2020. Tato práce se zaměřuje na analýzu vlivu odběrů, vypouštění a akumulace vody na průtoky ve vodoměrných stanicích na území Česka za referenční období 1991-2020.

Důraz byl kladen na identifikaci trendů celkového ovlivnění v jednotlivých povodích a na lokalizaci míst s potenciálním rizikem klesajícího trendu v disponibilitě vody a rostoucího trendu v nárocích společnosti, a to např. porovnáním směrnic trendů v různých obdobích. Součástí práce je také zhodnocení regionálních rozdílů v hydrologickém režimu českých povodí a identifikace oblastí, kde dochází k výrazným změnám v dostupnosti vody.

Dále pak proběhl pokus o identifikaci území s deficitními vodními zdroji na základě klimatických scénářů SSP2-4.5 a SSP5-8.5 s využitím regionálních klimatických modelů vyvíjených v ČHMÚ. Pro analýzu byly použity pouze dva scénáře, neboť jiné k dispozici ještě nebyly: střední klimatický scénář SSP2-4.5 a pesimističtější scénář SSP5-8.5. ČHMÚ následně využil rastry těchto scénářů pro zjišťování situa­ce v povodích 3. řádu.

Vedle činností ostatních členů konsorcia prezentovaných již v [6] byla v DC 1.1 hlavním úkolem ČHMÚ analýza ovlivnění průtoků na území Česka užíváním vod. Základem byla měsíční data o celkovém ovlivnění průtoků ve vodoměrných stanicích, vyjádřeném v procentech jako poměr změn průtoku ku QNE. Pracovně byla tato proměnná (a její časová řada) označena zkratkou OVLTOT. DELTA představuje celkové ovlivnění manipulacemi na nádržích v povodí nad danou stanicí (resp.

Čtěte také: Ekologický index poměru světla a početnosti

Každá proměnná související s ovlivněním byla napřed přepočtena na m3 · s-1 a opatřena adekvátním znaménkem. Záporné hodnoty OVLTOT pak značily převahu odběrů (včetně zadržování vody v nádržích), zatímco kladné hodnoty byly spjaty s převažujícím vypouštěním (včetně upouštění vody z nádrží). Tato data jsou pravidelně jednou ročně ukládána do databáze ČHMÚ spolu s dalšími dostupnými daty o ovlivnění platnými pro vodoměrné stanice (v souladu se zákonem č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů, s vyhláškou MZe č. 431/2001 Sb., o obsahu vodní bilance, způsobu jejího sestavení a o údajích pro vodní bilanci, a do jisté míry také s vyhláškou MZe č. 252/2013 Sb., o rozsahu údajů v evidencích stavu povrchových a podzemních vod a o způsobu zpracování, ukládání a předávání těchto údajů do informačních systémů veřejné správy).

Zvláštní pozornost je při výpočtu QNE věnována rozlišení mezi odběry pouze z povrchových vod (které odráží charakteristika SUMAY, při níž vznikají hodnoty průtoků v databázi značené jako QNEY) a celkovými odběry (tzn. odběry z povrchových včetně podzemních vod; jež odráží charakteristika SUMAX, při níž vznikají hodnoty průtoků v databázi značené jako QNEY). Pro zachování homogenity časových řad vstupují do výpočtu charakteristiky SUMA jen územně příslušné objekty s povolením odebíraného nebo vypouštěného množství nad 6 000 m3 za rok, resp. 500 m3 za měsíc. Charakteristika DELTA zohledňuje pouze nádrže s povoleným objemem povrchové vody akumulované či vzduté větším než 1 000 000 m3.

Zároveň byl v ČHMÚ vyvíjen R skript pro vlastní výpočet řad QNE. Funkcionalita skriptu závisí na správném umístění ovlivňujícího objektu prostřednictvím souřadnic, a proto bylo nutné provést kontrolu souřadnic vstupních dat ovlivnění. Speciálně se dbalo na vhodnou lokalizaci začátků a konců přivaděčů v systému rozvodnic tak, aby místo odběru (resp. vypouštění) logicky zapadalo do povodí se ztrátou (resp. nabýváním) vody. S koncem prací na WP 1 (červen 2024) již byla pro umístění objektů uvažována nejpodrobnější vrstva rozvodnic zveřejněná k 1. červenci 2024 na webových stránkách ČHMÚ s otevřenými prostorovými daty [7, 8]. Tato vrstva byla zkonstruována nad Digitálním modelem reliéfu České republiky 5. generace (DMR 5G; [9]).

Bylo zjištěno, že zdroje se liší počtem objektů a samotnými hodnotami, nicméně aktualizace (i ve smyslu oprav chyb) těchto zdrojů probíhá poněkud decentralizovaně, v čemž lze spatřovat velkou nejistotu. Data z Vodohospodářského informačního portálu VODA byla brána spíše jako doplňková, protože v době zpracování (tj. k ukončení prací na WP 1) sahala jen do roku 2020 oproti stavu na portále od srpna 2024 s daty sahajícími až k roku 2014. Na základě mezery v časové řadě, příp. změny v názvu objektu a v dalších atributech, byly vybrány objekty, jež se potenciálně dají spojit či rozdělit. Prováděla se také analýza vodních ploch, kde může zároveň docházet k reportování odběrů jak z vodní plochy, tak z vodního toku. Proto byly lokalizovány objekty odběrů, jež se nacházejí v těsné blízkosti vodních nádrží. Všechny tyto informace o vytipovaných objektech byly následně zaslány pobočkám ČHMÚ k manuálním kontrolám prostřednictvím databáze PostgreSQL s podporou GIS nástrojů (tj.

Pro mapové výstupy celkového ovlivnění byla zvolena vrstva rozvodnic 3. řádu, zahrnující 346 vybraných vodoměrných stanic s kompletní časovou řadou o celkovém procentu ovlivnění pro hydrologické období 1991-2020. Kompletní byly taktéž časové řady ostatních zkoumaných prvků. Pro každou stanici byla nejprve vypočtena celková plocha povodí nad ní a její podíl k ploše povodí 3. řádu, v němž se stanice nachází. Celkové procento ovlivnění pro každé povodí bylo vypočteno jako součet celkového ovlivnění ve všech stanicích v daném povodí, přičemž vahou každé stanice byl vypočtený podíl plochy povodí nad danou stanicí. Celkové procento ovlivnění v jednotlivých povodích tudíž odpovídá především stanicím v ústí, příp.

Čtěte také: Význam indexu podnikatelského klimatu

V další fázi byla provedena analýza trendu s cílem zjistit, zda ve vybraném období existují statisticky významné graduální změny v časových řadách prvků týkajících se ovlivnění průtoku českých řek. Byly zvoleny dvě statistické hladiny významnosti, a to α = 0,05 a α = 0,01. Aplikován byl Mannův-Kendallův test pro přítomnost trendu [11-13] a jeho modifikace navržená v článku [14] tak, aby docházelo v případě významného autoregresního koeficientu při předpokládaném autoregresním modelu prvního řádu ke korekci rozptylu testové statistiky [15-17]. Výsledky pro každou stanici a měsíc byly shrnuty do hodnoty standardizované testové statistiky Z (udávající směr případného trendu), p-hodnoty a Senova neparametrického odhadu směrnice trendu značeného SEN [18]. Výsledky byly zpracovány pomocí R balíčku modifiedmk [19].

Případy, kdy p-hodnota klesla pod zvolenou hladinu významnosti, byly zakreslovány do map pomocí šipek lokalizovaných do míst, kde se nachází vodoměrná stanice. Šipka odchylující se od vodorovného směru, a to podle znaménka hodnot Z či SEN, znázornila trend rostoucí (číslo hodnoty bez znaménka), nebo klesající (číslo se znaménkem minus), podobně jako to bylo prováděno i v jiných pracích zabývajících se trendy v komponentách hydrologického cyklu na území Česka [20-22].

Za využití gridů průměrné denní teploty a denních úhrnů srážek produktu 1) byl proveden výpočet denních časových řad gridů potenciální evapotranspirace (PET; dle [32]) a klimatické vodní bilance (zde jako rozdíl mezi srážkami a PET). Podkladové CSV soubory pocházející z produktu 2) byly převedeny do formátů GeoTIFF a NetCDF.

Pro různé jiné potřeby byly časové řady gridů taktéž agregovány do hrubších kroků, např. Byla zkoumána změna průměrné měsíční teploty vzduchu a průměrného měsíčního úhrnu srážek oproti normálu za období 1991-2020 podle obou scénářů. Dále byl počítán index SPI (Standardized Precipitation Index), jenž slouží k odhadu vlhkých a suchých podmínek na základě úhrnu srážek. Tento index vychází ze směrodatné odchylky, o kterou se pozorované srážky liší od dlouhodobého průměru.

Před výpočtem je však nutné časovou řadu srážek vhodně transformovat podle vybraného rozdělení pravděpodobnosti [33]. V tomto případě byl zvolen index SPI12, vypočítaný pro 12měsíční časové okno s gama distribucí. Volba tohoto okna se ukázala jako vhodná mj. Na druhou stranu je však třeba zdůraznit, že SPI zohledňuje pouze srážky a nezohledňuje teplotu vzduchu. Tento problém řeší např. index SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index; viz např. [35]), jenž kombinuje jak srážky, tak teplotu vzduchu, a jeho hodnota může mít významný vliv na konečné výsledky analýzy.

Čtěte také: Sledování kvality ovzduší na Apple Watch

Jak ukazuje obr. 1, nejvyšších hodnot celkového ovlivnění povrchových vod dosahovala povodí na jižní Moravě a povodí Osoblahy, Labe od Orlice po Loučnou a zejména povodí Bíliny (v tomto povodí však vstupovala data pouze z jedné vodoměrné stanice); nejnižších hodnot naopak povodí Rybné a Lužnice od Rybné po Nežárku, Sázavy od Želivky po ústí a Dyje od Svratky po ústí. Při zahrnutí odběrů z podzemních vod byly vysoké hodnoty zjištěny opět u povodí na jižní Moravě a dále v povodích západních a severozápadních Čech. Nejvyšší hodnoty míry ovlivnění lze pozorovat u povodí Loděnice, Osoblahy a Oslavy.

Z analýzy trendů pro referenční období 1991-2020 lze u odběrů a vypouštění vod vypozorovat rozdílné chování ve vybraných vodoměrných stanicích, často vytvářející nápadné shluky v několika oblastech (obr. 2). Z celkového hlediska však převládá napříč odběry a vypouštěním vod nulový trend.

V případě odběrů povrchových vod včetně podzemních byl pozorován mírně klesající a mírně rostoucí trend u zhruba 8 % ze všech sledovaných stanic. Stejný poměr byl naměřen u stanic s významně rostoucím trendem. U 47 stanic byl pak zjištěn významně klesající trend (necelých 14 % ze všech stanic), tvořící nápadné shluky u stanic v severních Čechách (zejména povodí Ploučnice) a východních Čechách (povodí Metuje, Orlice od soutoku Divoké a Tiché Orlice po ústí a Loučné a Labe od Loučné po Chrudimku). Dalšími povodími s převahou významně klesajících trendů jsou povodí Moravské Sázavy a Moravy od Moravské Sázavy po Třebůvku, Třebůvky a Svitavy. Shluky mírně klesajících trendů lze pozorovat taktéž u povodí ve Slezsku (Opava po Moravici, Olše a Odra po Opavu).

V případě odběrů jenom povrchových vod bylo naopak zjištěno pouze minimum stanic s rostoucím trendem. Klesající trendy byly zaznamenány u necelých 30 % sledovaných stanic, které jsou poměrně rovnoměrně rozloženy po celém území Česka. Převahu významně klesajících trendů lze opět pozorovat v oblasti severních Čech, zejména v povodích Lužické Nisy po Mandavu, Jizery a Kamenice.

U vypouštění vod byla zjištěna mírná převaha rostoucích trendů (celkem 62 stanic) oproti trendům klesajícím (34 stanic). Oblasti s převahou rostoucích trendů tvoří povodí západních Čech (Mže po soutok s Radbuzou či Otava po Volyňku), jižní Moravy (Svratka a Svitava) a východní Moravy (Vsetínská a Rožnovská Bečva či Ostravice).

Teploty vzduchu jsou, na rozdíl od srážek, dle očekávání rovnoměrněji rozloženy mezi jednotlivými povodími, což umožňuje analyzovat jejich změny pro celé území Česka. Ve srovnání s normálem z období 1991-2020 oscilují změny průměrné měsíční teploty mezi 0 °C a +2 °C u obou scénářů přibližně do roku 2055 (obr. 3). Od tohoto roku lze pozorovat výraznější nárůst změny teploty vzduchu u obou scénářů, zejména u pesimističtějšího scénáře SSP5-8.5. To potvrzují i vypočtené průměrné teploty pro jednotlivé dekády 21. století. Zatímco se změna průměrné měsíční teploty vzduchu oproti normálu pohybuje v prvních čtyřech dekádách (mezi lety 2020-2060) v celorepublikovém měřítku okolo +1 °C, v dekádě 2060-2070 překračuje u scénáře SSP5-8.5 hodnotu +2 °C a průběžně roste až k extrémním +5 °C ke konci století.

U srážek jsou predikce více variabilní, přičemž průběh podle různých scénářů se výrazně liší (obr. 4). Z celorepublikového hlediska se podle scénáře SSP2-4.5 měsíční úhrn srážek dlouhodobě pohybuje okolo průměru referen­čního období 1991-2020 (59,9 mm/měsíc).

Naopak scénář SSP5-8.5 naznačuje výraznější změny, podobně jako tomu bylo u vývoje teplot vzduchu. Kolem roku 2055 dochází k pozitivní změně měsíčního úhrnu srážek oproti normálu z let 1991-2020. Ačkoli výhledy celorepublikových průměrných měsíčních úhrnů srážek mohou působit poměrně optimisticky, průměry pro jednotlivá desetiletí vykazují významné rozdíly mezi povodími 3. řádu. Z mapových výstupů pro oba analyzované scénáře (obr. 5 a 6) lze na první pohled rozpoznat opakující se vzor napříč jednotlivými dekádami. Tím je přechod vyšších srážkovýc...

Sucho se na území Česka vyskytovalo v minulosti mnohokrát, dekáda 2011-2020 je však v několika ohledech výjimečná.Sucho je přírodní jev a součást klimatických podmínek. Extrémní sucho může vážně poznamenat nejen přírodu, ale i lidskou společnost. Sucho se vyskytuje nepravidelně ve srážkově chudých obdobích a na rozdíl od jiných extrémních meteorologických jevů trvá mnohem déle. Pro stanovení intenzity sucha v jednotlivých letech i pro odhad budoucího vývoje je zásadní dlouhodobé pozorování a hodnocení některých meteorologických prvků.

Zřejmý je vztah mezi nedostatkem srážek (deště či sněhu) a suchem: nedostatek srážek zvyšuje riziko sucha. Srážky však nejsou jediným parametrem, velmi významnou roli při vysoušení krajiny má také teplota vzduchu. Nadprůměrná teplota, často navíc doprovázená zmenšenou oblačností a větším počtem slunečných dnů, zvyšuje výpar (evapotranspiraci), a tím prohlubuje nedostatek vody v krajině.

Pro posouzení závažnosti meteorologického sucha se nejčastěji používají standardizované indexy sucha. Při zpracování následujícího textu byl využit index SPEIc, který hodnotí anomálie vodní bilance, tj. rozdíl srážek a evapotranspirace oproti dlouhodobému normálu (souhrnně pro různé časové škály sucha od 1měsíčního po 24měsíční). Čím jsou hodnoty indexu nižší, tím je sucho intenzivnější. Záporné hodnoty upozorňují na nedostatek vody, kladné naopak na její nadbytek.

Pro výpočet indexu SPEIc a srovnání jeho hodnot v jednotlivých desetiletích byly použity údaje o teplotách vzduchu a srážkách z období 1971-2020 ze 110 meteorologických stanic ČHMÚ. Pro každou stanici byla vypočtena hodnota indexu SPEIc v měsíčním běhu.

Srovnání dat z let 2011-2020 s daty z předchozího období (1971-2010) ukázalo, že poslední desetiletí bylo jednoznačně nejsušší, a to ve všech měsících roku, nejvýrazněji v dubnu. Poslední dekáda byla výjimečná nejen vysokým počtem suchých let, ale také absencí let výrazně vlhkých. Při pohledu na časovou řadu je však zjevné, že sucho se objevovalo i v předchozích dekádách. Problematické bylo zejména období na přelomu 80. a 90. let (1989-1994), kdy se projevoval srážkový deficit. Epizoda sucha 2014-2019 byla ovšem extrémnější, neboť kromě srážkového deficitu trpěla krajina výrazně nadprůměrnými teplotami vzduchu, které zvýšily výpar, a tím sucho prohloubily. Celá dekáda 2011-2020 je atypická vysokým počtem rekordně suchých let a absencí rekordně vlhkých let. Vodní deficit byl na území Česka téměř všudypřítomný (s výjimkou některých vyšších poloh), nejvyšší intenzity dosáhl zejména ve východní polovině republiky.

Hodnoty indexu SPEIc lze klasifikovat na škále mimořádné sucho - silné sucho - mírné sucho - normální stav - mírné vlhko - silné vlhko. Mimořádné, tedy nejsilnější sucho se na celorepublikové úrovni vyskytlo za celé sledované období pětkrát, jednou v dekádě 2001-2010 (srpen 2003) a čtyřikrát v dekádě 2011-2020 (červenec a srpen 2015 a srpen a listopad 2018). Na úrovni jednotlivých meteorologických stanic docházelo k výskytu mimořádného sucha častěji, přičemž nadpoloviční většina byla pozorována v poslední dekádě.

Epizody sucha v českých zemích nastaly v uplynulých staletích mnohokrát, vždy v měsících či v letech s nižším srážkovým úhrnem. Zvyšující se průměrná teplota přináší nové výzvy, a to nejen na území Česka. Rychlost, s jakou se z krajiny vypařuje srážkami doplněná voda, je zásadně ovlivněna především teplotou vzduchu, jejíž trend je v České republice již několik desetiletí rostoucí. Tato skutečnost se přímo promítá do frekvence výskytu a intenzity sucha.

Na vyšší teplotu reaguje také vegetace prodloužením své vegetační doby. Rostliny se začínají rozvíjet dříve na jaře, čímž zvyšují svou potřebu vody i míru evapotranspirace. Na pokrytí svých fyziologických potřeb proto vegetace nyní potřebuje více vody než dříve. Při zvýšené teplotě nemusí ani běžný úhrn srážek plně pokrýt nároky všech rostlin, a reakce na srážkový deficit může být intenzivnější. Souběžný výskyt vyšší průměrné teploty vzduchu s přechodným poklesem srážek tak, jako tomu nastalo v desetiletí 2011-2020, pak nutně vede k vodnímu deficitu.

Hodnoty indexu SPEIc

Zdroj: ČHMÚ

Srovnání průměrných měsíčních hodnot indexu SPEIc

Zdroj: ČHMÚ

Nejvíc extrémů po roce 2014

Srovnání dat z let 2011-2020 s daty z předchozího období (1971-2010) ukázalo, že poslední desetiletí bylo jednoznačně nejsušší, a to ve všech měsících roku, nejvýrazněji v dubnu. Poslední dekáda byla výjimečná nejen vysokým počtem suchých let, ale také absencí let výrazně vlhkých.

Průměrná hodnota indexu SPEIc v jednotlivých letech

Zdroj: ČHMÚ

Podíl výskytu mimořádného sucha na 110 meteorologických stanicích v ČR (%)

Zdroj: ČHMÚ

Vyšší teplota má další souvislosti

Epizody sucha v českých zemích nastaly v uplynulých staletích mnohokrát, vždy v měsících či v letech s nižším srážkovým úhrnem. Zvyšující se průměrná teplota přináší nové výzvy, a to nejen na území Česka.

Tato norma je českou verzí evropské normy EN 15927-3:2009. Překlad byl zajištěn Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. This standard is the Czech version of the European Standard EN 15927-3:2009. It was translated by Czech Office for Standards, Metrology and Testing. Proti předchozí normě dochází ke změně způsobu převzetí EN ISO 15927-3:2009 do soustavy norem ČSN. Pracovník Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví: Ing. Členové CEN jsou povinni splnit Vnitřní předpisy CEN/CENELEC, v nichž jsou stanoveny podmínky, za kterých se musí této evropské normě bez jakýchkoliv modifikací dát status národní normy. Tato evropská norma existuje ve třech oficiálních verzích (anglické, francouzské, německé). č. Je třeba poukázat na možnost, že některé texty tohoto dokumentu se mohou týkat patentového práva.

První metoda, která využívá hodinová pozorování větru a dešťových srážek, je založena přesně na BS 8107[1], která byla vytvořená z velkých souborů měření hnaného deště na budovy v širokém rozsahu lokalit ve Spojeném království. Jako taková platí metoda pro podnebí podobné těm ve Spojeném království. Tato část ISO 15927 specifikuje dvě metody pro poskytnutí odhadu množství vody pravděpodobně dopadající na stěnu jakékoliv dané orientace.

tags: #index #klimatických #podmínek #výpočet

Oblíbené příspěvky:

• Výuka o životním prostředí
• Služby pro čištění odpadů 24/7
• Co je ekologická nika?
• Tipy na dárkový poukaz pro milovníky přírody
• Aktuální stav třídění odpadu