Klimatické Stanice a Měření Globální Radiace v České Republice

Klima, představující dlouhodobý stav ovzduší, případně počasí jako jeho okamžitý stav, představují jeden z nejdůležitějších environmentálních faktorů, který je důležitý jak pro popis okamžitého stavu ekosystémů, jejich geografické distribuce a druhového složení (např. Franklin 2009), tak pro pochopení dynamiky ekosystémů a jejich složek.

Stále zřetelněji se ukazuje, že charakteristiky klimatu podléhají čím dál výraznějším změnám. Je sice pravdou, že klima se měnilo v minulosti vždy, nikdy se nejednalo o stabilní prvek (viz například střídání glaciálů a interglaciálů), ale vzhledem ke krátké době moderních dějin lidstva se mohlo doposud zdát, že klima bylo více-méně stálé. Poté, co se ukázalo, že v posledních desetiletích se klima celosvětově mění čím dál tím rychleji, objevilo se dnes "módní" označení klimatická změna, účelem jehož zavedení má být upozornit na skutečnost relativně zrychlené dynamiky klimatu a na to, že tato dynamika může mít dosud nedozírné důsledky i v životě lidské společnosti.

Dynamika klimatu v posledních desetiletích byla sledována na základě vyhodnocení dat několika meteorologických stanic a výpočtem trendů takzvaných územních charakteristik počasí.

Průměrná roční změna teplot vzduchu a denních úhrnů srážek na třech stanicích Českého hydrometeorologického ústavu je uvedena v tabulce 1. Vývoj teplot vzduchu a denních srážek na třech stanicích Českého hydrometeorologického ústavu hodnocené pomocí klouzavých ročních průměrů je vidět na obr. 3. Použita byla publikovaná data Měsíčního přehledu počasí (1983-2012).

Analýza klimatu v ČR byla využita pro exaktní vymezení lesních vegetačních stupňů při typologickém mapování lesů, které se zabývá klasifikací lesů podle jejich základních environmentálních podmínek. Podkladem se stala kvantifikace takzvaných globálních gradientů teplot. Speciální pozornost byla věnována lesním vegetačním stupňům (Matějka 2012, 2014) a přirozenému zastoupení dřevin v lesích (Černíková 2012 na příkladu Šumavy).

Čtěte také: Klimatické podmínky

Výsledky jsou obdobné, jako na Churáňově a to především z hlediska potřeby rozlišení period do roku 1994 (suché a chladnější období) a od roku 1995 (období střídajících se přívalových srážek a častých period sucha, vyšší průměrné teploty).

Vzrostly na nejvýše položené stanici až o 1,5 °C za 30 let. 0,034 °C/rok a srážek o 0,329 mm/rok (Matějka 2021).

První zpracování klimatických dat v rámci pracoviště IDS bylo provedeno v souvislosti s vyhodnocením klíčivosti semen některých trav rostoucích v oblasti Krkonoš, kdy byla vyhodnocena variabilita počastí v období let 1987 až 2000. Poukázáno bylo zvláště na význam variability sumy efektivních teplot.

Obdobně, jako byla provedena analýza variability klimatu v období 1983-2010 pro území Šumavy na základě klimatické stanice Churáňov (Matějka K., 2011a), byla provedena analýza pro území Krkonoš s použitím stanic Labská bouda a Pec pod Sněžkou. Kombinace těchto dvou stanic pro analýzu byla nezbytná, protože jednotlivé klimatické řady jsou nekompletní.

Pro hodnocení daného období z klimatologického hlediska či pro popis průměrných hodnot klimatických prvků v daném místě jsou používány klimatické normály. Standardní klimatické normály dle Světové meteorologické organizace (WMO, z angl. World Meteorological Organization) jsou počítány jako 30leté průměry z homogenizovaných a doplněných řad klimatických prvků.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

Dle doporučení WMO byly dříve tyto normály aktualizovány každých 30 let. S ohledem na rychle probíhající změny klimatu WMO v červnu 2015 resolucí Resolution 4.1(4)/2 (Cg-17) nově doporučilo provádět klimatologické hodnocení aktuálního období vzhledem k nejblíže skončenému třicetiletí. Na základě tohoto doporučení bylo používané normálové období 1961-1990 nahrazeno obdobím 1981-2010. Toto normálové období bylo používáno do současnosti až do přípravy nových normálů 1991-2020. Normál 1961-1990 dle doporučení WMO zůstává platným měřítkem pro hodnocení dlouhodobých změn klimatu.

Za účelem výpočtu hodnot nových normálů jsou na ČHMÚ připravovány technické řady (tj. řady měření homogenizované a doplněné o chybějící hodnoty) jednotlivých klimatologických prvků. Technické řady jsou zatím připraveny pro základní klimatické prvky teplota vzduchu a srážkové úhrny v lokalitách vybraných stanic s dostatečně dlouhou řadou pozorování. Příprava technických řad dalších prvků prozatím není dokončena.

Napočtené technické řady byly využity pro výpočet územních normálů 1991-2020 (tj. normálů pro území České republiky a jednotlivých krajů) průměrné teploty vzduchu a srážkových úhrnů. Prostorové průměry byly připraveny běžně používanými interpolačními metodami používanými v ČHMÚ v prostředí GIS.

Přestože dosud užívané normálové období 1981-2010 a nové období 1991-2020 se 20 let překrývají, je u teploty vzduchu dobře patrný nárůst. Normál průměrné roční teploty vzduchu za období 1991-2020 pro území ČR (8,3 °C) je o 0,4 °C vyšší než normál 1981-2010 (7,9 °C). V jednotlivých krajích činí změna ročního normálu teploty vzduchu většinou 0,4-0,5 °C. Pro většinu měsíců se průměrná teplota na území ČR zvýšila o 0,5-0,7 °C. Menší změna nastala v jarních a podzimních měsících březen, květen, září a říjen. Nižší nárůst teploty vzduchu v září a říjnu je pozorován dlouhodobě. V řadě územních teplot za období 1961-2020 vykazují statisticky nevýznamný trend nárůstu méně než 0,2 °C za 10 let.

Normál ročního úhrnu srážek na území ČR a jednotlivých krajů se téměř nezměnil vůči normálu 1981-2010. Ve většině krajů normál 1991-2020 představuje 98-102 % normálu 1981-2010. O něco znatelnější snížení nastalo pouze v Libereckém a Královéhradeckém kraji (o 4-5 % vůči normálu 1981-2020). Rozdíly však pozorujeme v rozložení srážek v průběhu roku. Srážkový normál 1991-2020 pro území ČR je o více než 5 % nižší oproti normálu 1981-2010 v měsících duben, listopad a prosinec. Naopak výraznější nárůst průměrného úhrnu srážek nastal v měsíci říjen a u některých z krajů také v červnu a září. Měsícem s nejnižším průměrným úhrnem srážek na území ČR a většině krajů zůstává únor, v některých krajích především v severní polovině Čech se však minimum srážek v ročním chodu vyskytuje v dubnu.

Čtěte také: Luboše Motla o klimatické změně

Měření a pozorování na meteorologických a klimatologických stanicích je záslužná činnost, která je časově náročná, vyžaduje pečlivost, trpělivost a vytrvalost. Pozorovatelé na meteorologických a klimatologických stanicích jsou ti, kteří nejsou příliš vidět, avšak přínos jejich práce je nevyčíslitelný. Výsledkem jejich činnosti jsou řady meteorologických pozorování a měření, která jsou cenná nejen pro klimatologický výzkum, ale jsou rovněž součástí kulturního dědictví národa.

Pro ocenění a podporu udržení pozorování na stanicích s dlouhou řadou měření Světová meteorologická organizace (WMO) zařazuje stanice s délkou řady měření 100 a více let splňující kritéria stanovená WMO mezi tzv. Centennial Observing Stations a uděluje jim certifikát. Tímto certifikátem se může pyšnit 291 stanic na celém světě (Centennial Observing Stations World Meteorological Organization (wmo.int)). Od letošního roku se mezi tyto stanice se řadí i 6 stanic ležících na území České republiky. Stanice Opava a Praha-Klementinum získaly certifikát již v roce 2017 a 2018, v letošním roce k nim přibyly stanice Klatovy, Milešovka, Šumperk a Přerov.

V letošním roce si připomínáme 60 let měření ozonu na Solární a ozonové observatoři v Hradci Králové, v budově hvězdárny. Monitoring ozonové vrstvy nad územím ČR zde byl zahájen pravidelným měřením pomocí Dobsonova spektrofotometru č. 074. Tento typ spektrofotometru byl po mnoho desetiletí základním přístrojem pro měření celkového ozonu v celosvětové síti, vybudované v rámci programu WMO/GAW a na řadě stanic je používán dosud.

Metoda měření je založena na principu diferenční optické absorpční spektroskopie (DOAS). Optický systém Dobsonova spektrofotometru rozkládá dopadající sluneční záření hranolem. Z takto vzniklého spektra se soustavou štěrbin vyberou vhodné vlnové délky v UV oblasti. Na některých z nich absorbuje ozon UV záření silněji, na jiných slaběji. Právě s pomocí rozdílů intenzit záření na silně a slabě absorbujících vlnových délkách lze pro známou výšku Slunce nad obzorem vypočítat množství ozonu v atmosféře.

Základním typem měření Dobsonovým spektrofotometrem je měření typu DS (Direct Sun), tedy v přímém slunečním záření, dopadajícím na povrch. Pokud nelze přímé sluneční záření detekovat, nejčastěji z důvodu přítomnosti oblačnosti, lze provádět i měření typu ZB (Zenith Blue) nebo ZC (Zenith Cloud). Jsou to měření v zenitu, buď s jasnou oblohou, nebo s oblačností v nadhlavníku. Při zpracování dat jsou preferována měření DS, protože jsou nejpřesnější (kolem 1 %), zatímco zenitová měření vykazují poněkud větší nejistotu (1-2 % ZB, resp. 1-3 % ZC). Od počátku měření však nejsou na SOO Hradec Králové uchovávána jen data o celkovém ozonu, ale i prvotní datové soubory (odečty hodnot přímo na přístroji, ze kterých se množství ozonu následně počítá). To umožní v budoucnosti bezproblémový přepočet celé datové řady, pokud by se metodiky výpočtu ozonu změnily.

Měření Dobsonovým spektrofotometrem č. 074 trvá od roku 1961 dosud, i když dnes už spíše jen pro referenční účely. Přístroj je pravidelně každých 5 let kalibrován a nedávno u něj došlo k výměně elektroniky a fotonásobiče, což dává dobré předpoklady pro měření i v dalších desetiletích. Jeho nevýhodou bylo a je, že vyžaduje manuální obsluhu a vzhledem k citlivosti na vlhkost (jde o přístroj s otevřenou optikou) nelze měřit např. při dešti, sněžení, mlze a podobných podmínkách.

V roce 1994 byl na SOO Hradec Králové uveden do provozu přístroj „nové generace“, Brewerův spektrofotometr č. 098 (jednoduchý monochromátor, Mk-IV). I ten pracuje na principu DOAS, jen využívá poněkud jiné vlnové délky než Dobsonův spektrofotometr a k rozkladu světla na spektrum používá optickou mřížku místo hranolu. Navíc jde o přístroj s uzavřenou optikou, umístěný na trackeru, který přístroj natáčí za Sluncem. Může tedy měřit za každého počasí a je řízen počítačem, takže nevyžaduje lidskou obsluhu. I pro tento přístroj je základem měření typu DS (z přímého slunečního záření).

Pokud je Slunce zastíněno oblačností, může přístroj provádět měření typu ZS (Zenith Sky, tedy ze zenitu bez rozlišení, zda je tam oblačnost nebo modrá obloha), a pokud ani toto měření není možné, provádí měření GI (Global Iradiance), kdy detekuje záření z celé horní polosféry. I tady jsou ale měření ZS a GI méně přesná než měření DS. Přístroj je schopen automaticky provádět mnoho měření denně, v létě, kdy je den nejdelší, jsou to i desítky měření denně.

Instalace Brewerova spektrofotometru znamenala ale i další pokrok v měření ozonu, a to zahájení tzv. umkehr měření vertikálního profilu ozonu. Tento typ měření využívá určitých optických zvláštností v závislosti zenitové intenzity UV záření na zenitovém úhlu Slunce v době těsně po východu, nebo těsně před západem Slunce. Z průběhu těchto „anomálií“ lze pak odhadnout vertikální profil ozonu. Tyto odhady na jednu stranu nejsou tak přesné, jako je tomu třeba u výstupů z balonových ozonových sondáží, oproti nim ale obsahují i informaci o množství ozonu ve střední a vyšší stratosféře, kam měření pomocí balonových sond nedosáhne.

Dalším novým produktem Brewerova spektrofotometru bylo spektrální měření intenzit UV záření v oblasti cca 285 až cca 325 nm s krokem 0,5 nm. To umožnilo přesnější sledování UV záření.

tags: #klimatické #stanice #měření #globální #radiace

Oblíbené příspěvky:

• Oslava narozenin v přírodě v Praze
• Znečištění ovzduší a stromy
• Památky Litvy
• Nebezpečné látky v životním prostředí
• Recenze odpadkových košů