Klimatologický normál: Definice a význam

Klima, neboli podnebí, je dle definice Meteorologického slovníku České meteorologické společnosti (ČMeS, 2022): „dlouhodobý charakteristický režim počasí na Zemi nebo její části, daný variabilitou stavů klimatického systému.“ Použité slovo „dlouhodobý“ jasně značí, že chceme-li klima nějak kvantitativně popsat, nevystačíme s použitím okamžitých hodnot zjištěných např.

Světová meteorologická organizace (WMO) doplňuje, že v oblasti klimatologie je doporučeno provádět dlouhodobá srovnání pomocí tzv. normálů. Normálem se přitom rozumí průměrné hodnoty za relativně dlouhé a uniformní období tvořené alespoň třemi po sobě jdoucími desetiletými periodami (WMO, 2017), vypočtené z homogenních nebo homogenizovaných řad měření a pozorování. Právě období 30 let je již dostatečně dlouhé pro postižení variability klimatických podmínek.

Toto tzv. normálové období bylo původně používáno v na sebe navazujících třicetiletích (1931-1960; 1961-1990; 1991-2020), které jsou dnes označovány jako klimatický standardní normál. Stále rostoucí teplota vzduchu však přinesla praktickou potřebu srovnávání vůči co nejnovějším datům, proto se normálové období v současnosti posouvá po každém ukončeném desetiletí.

Ne vždy je ovšem možné pro srovnávání využít normálové období. Může se stát, že neexistuje dostatečně dlouhé měření pro vypočtení normálu podle požadovaných pravidel WMO. Může nastat situace, kdy je pro daný účel vhodnější použít období o jiné délce.

Pro normálové období je zpracován celý soubor různých charakteristik, které lze pro srovnávání klimatických podmínek využít. Pro veřejnost je však základním používaným srovnáním vztažení k dlouhodobému průměru určité veličiny. Použití průměru má řadu výhod, jedná se o každému srozumitelnou charakteristiku a umožňuje například při cestování odhadnout, jaké podmínky lze v lokalitě očekávat.

Čtěte také: Vysvětlení klimatického optima

Průměrná měsíční teplota vzduchu pro měsíc srpen je v ČR 17,9 °C. Tato hodnota vznikla jako průměr z průměrné teploty jednotlivých srpnů mezi roky 1991 až 2020. Průměrná teplota konkrétního měsíce je průměrem denních průměrů teploty všech dní daného měsíce.

Rozložení skutečných hodnot okolo průměrné hodnoty je tzv. normální. V případě srážek je průměrný srpnový měsíční úhrn vypočten jako průměr z naměřených srážkových úhrnů ve všech srpnech téhož období. V případě srážkových úhrnů jsou největší hodnoty od průměru více odchýleny, než hodnoty nejmenší, z principu proto mají na výsledný průměr větší vliv.

Průměr velmi dobře funguje v případě veličin majících tzv. normální (gaussovo) rozložení, což bohužel nejsou všechny. Zatímco teplota normální rozložení má, u srážek tomu tak již není, ale ještě více patrný problém nerovnoměrného rozložení hodnot panuje v případě průtoků. Důvodem je skutečnost, že za povodní ve vodním toku protéká o několik řádů více vody, než je obvyklé množství. A i taková jedna extrémně velká hodnota velmi výrazně ovlivní hodnotu průměru.

Na příkladu Vltavy a srpnových průtoků můžeme říci, že v období let 1991 až 2020 pouze 7 měsíců z 30 přesáhlo průměr. Pokud bychom chtěli uvést jaký je „obvyklý“ srpnový průtok, museli bychom použít jinou charakteristiku střední hodnoty - medián. Medián je prostřední hodnota z řady hodnot seřazených podle velikosti. Pro některé účely může být vhodnou charakteristikou také tzv. modus, tedy nejčastější hodnota.

Vidíme, že prosté použití průměrné hodnoty může mít úplně jiný význam pro různé prvky, záleží zejména na tzv. tvaru jejich statistického rozložení, které je třeba vždy brát při vyhodnocování v potaz. Dodejme, že normálové období je vhodné právě pro hodnocení průměrů, nebo variability okolo střední hodnoty, a naopak nehodí se přímo pro vyhodnocení extrémů.

Čtěte také: Klíč k udržitelné budoucnosti

V případě některých veličin si při hodnocení extrémů lze vypomoci použitím hodnocení ve více stanicích s pravděpodobně podobným režimem a mechanismem vzniku extrémů. Například budeme-li chtít určit hodnotu stoleté hodinové srážky na Staroměstském náměstí v Praze, lze pro její hodnoty použít všechna naměřená data v Praze a okolí, protože pravděpodobnost výskytu bouřek a přívalových srážek zde všude bude obdobná.

Klimatologické normály v ČR

Klimatologové na začátku února oznámili, jaké jsou nejnovější klimatologické normály teplot a srážek pro Českou republiku - normu průměrné roční hodnoty zvedli skoro o půl stupně Celsia. Má to značný význam pro vnímání toho, co je normální, a co už ne.

Starší normálové období 1981-2010 a to nové 1991-2020 se ve dvaceti letech překrývají. To znamená, že údaje jsou ze dvou třetin stejné. I tak je ale u teploty vzduchu dobře vidět, že se v novějším období zvýšila. Nový normál průměrné roční teploty je o 0,4 stupně Celsia vyšší než ten starý. V jednotlivých krajích je změna ročního normálu teploty vzduchu většinou o 0,4 až 0,5 stupně.

Pro většinu měsíců se průměrná teplota na území Česka zvýšila o 0,5 až 0,7 stupně. Změna je menší na jaře a na podzim, hlavně v březnu, květnu, září a říjnu. Zima a léto se oteplily nejvíc: leden, červen, srpen, ale také duben a listopad jsou měsíce, ve kterých můžete mít právem pocit, že se Česko posunulo do teplejších jižních krajin.

To normál ročního úhrnu srážek na území České republiky a jednotlivých krajů se téměř nezměnil. Na první pohled to vypadá dobře; srážek v Česku nijak výrazně neubývá, ale při vědomí zvyšující se teploty je jasné, že v teplejším vzduchu se vypaří víc vody. V půdě nebo v řekách jí tak zůstává méně než dřív.

Čtěte také: Soukromá letadla: ekologická zátěž

Podstatné jsou i rozdíly v tom, jak je dešťová voda „dávkovaná“ během roku. V posledních třiceti letech pršelo a sněžilo výrazně méně v dubnu, listopadu a v prosinci. Naopak víc vody připadlo na červen, říjen a září.

Klimatologický normál je průměr za dlouhou dobu měření, zpravidla za třicet let. A proč právě za toto období? Podle Světové meteorologické organizace (WMO) je to rozumně dlouhá perioda, aby se eliminovaly krátkodobé výkyvy počasí. Jinými slovy je to už dost dlouhá doba, aby se ukázalo, kolem jakých hodnot se teplota, srážky nebo další meteorologicky sledované veličiny v tom kterém období pohybovaly.

Rozdíly mezi jednotlivými roky můžou být obrovské: třeba v únoru u nás může být teplota od minimálních -42,2 stupně (11. února 1929 v Litvínovicích u Českých Budějovic) až po maximálních 22,0 stupňů Celsia; takovou hodnotu ukázal teploměr 27. 2. 1994 v Českém Krumlově.

Pro studium klimatu různých míst je třeba, aby se klimatologické normály vztahovaly ke stejnému období. Dříve WMO doporučovala počítat standardní klimatologické normály z třicetiletí 1901-1930, 1931-1960, 1961-1990 a tak dále. Když to tak udělaly všechny země, daly se dobře srovnávat údaje z celého světa.

Od roku 2015 WMO doporučuje počítat normály vždy za nejnovější třicetiletí (1971-2000, 1981-2010, …) Příčina je jednoduchá: Pamětníci vědí, že i mezi třicetiletými obdobími na stejném místě můžou být velké rozdíly.

Využití klimatologického normálu

Sucho můžeme hodnotit z klimatologického a z hydrologického hlediska. Jde o základní třídění sucha na klimatické či jinými slovy meteorologické, které má přímý vztah k suchu zemědělskému, které lze nazývat též jako sucho půdní. Též na sucho hydrologické, které je důsledkem sucha klimatického a jeho dlouhodobého působení. Sucho je u nás ve střední Evropě v posledních letech zejména ve vegetačním období velkým problémem.

Hodnotíme ho tedy na základě několika faktorů, které jsou vyjádřeny jednotlivými indexy. Ty nám ukazují extremitu daného sucha a jeho výskyt během daného roku. Založeny na meteorologických veličinách jako je teplota vzduchu nebo atmosférické srážky. Indexy se vypočítávají na základě vstupních dat a jde právě o meteorologická měření.

Standardizovaný srážkový index, dále jen SPI, je založen pro hodnocení sucha s použitím týdenních a měsíčních srážkových úhrnů. Jde o normovanou hodnotu úhrnu srážek za dané období. Tento index je vhdoný pro hodnocení krátkodobého, střednědobého i dlouhodobého sucha. Jde o indikátor nedostatku srážek, ale nebere v potaz výpar ani změny teploty vzduchu.

Palmerův index intenzity sucha, dále jen PDSI, je index používaný ke klasifikaci sucha po celém světě. Vypočítává se z vodní bilance daného území a zahrnuje vedle úhrnu srážek za určité období také obsah vody v půdě, evapotranspiraci a další. Je dobrým indikátorem dlouhodobého sucha.

Ukazují tedy stav hydrologického sucha a jsou závislé na meteorologických ukazatelích a pozorováních. Tyto indexy ukazují, do jaké míry a v jaké oblasti ovlivnil klimatický vývoj směrem k suchu vývoj hydrologický , tedy sucho hydrologické. Indexy prosté jsou jednoduššími indexy a také jsou srozumitelnější. Indexy komplexní pracují s kombinací několika měřených a pozorovaných veličin, čímž narůstá složitost výpočtu hodnot indexu.

Definice zní „nízký průtok je průtok ve vodním toku během období dlouhotrvajícího suchého počasí“. Definice sucha dle prahové hladiny a prahové hodnoty průtoku, která odpovídá suchu. Sucho je u odtokového indexu definováno podle měsíčních hodnot odtoku. První jmenovaný slouží ke kvantifikaci deficitu doplňování zásob podzemních vod.

První index, dodávek povrchové vody započítává do tzv. Palmerova indexu hydrologického sucha též akumulaci vodních zásob ve sněhu a je zaměřen zejména na oblasti povodí, kde je hlavním zdrojem vody právě tání sněhové pokrývky. Index náhrad sucha slouží pro poskytování náhrad pro ty, kteří byli postiženi suchem a též pro obecnou detekci sucha. Tento index má tyto vstupní údaje: teplotu vzduchu na jedné straně a srážkový úhrn, zásobu vody v nádržích, ve sněhu a celkový odtok na druhé straně. Též se zaměřuje na dobu trvání sucha.

Závěrem tedy řekněme, že indexů, které mají shrnout podmínky a to jak meteorologické/klimatologické, tak hydrologické pro vznik a intenzitu sucha máme v současné době mnoho. S předpokladem častějšího výskytu sucha a zvyšování jeho extremity bude potřeba častějšího využívání různých indexů. Které by sucho co nejpřesněji monitorovaly a pokud možno také dokázaly předpovědět i v delším horizontu.

Článek měl za úkol čtenáři podat základní informaci o existenci indexů sucha a představit jejich dělení či též stručně popsat některé z uvedených druhů indexů a to alespoň z jakých dat tyto vycházejí a k monitoringu jakých aspektů sucha přesně slouží. Rozlišovat musíme indexy sucha meteorologické a hydrologické, byť spolu oba dva základní druhy indexů dosti souvisí a některé z jiných vycházejí.

Označení nový normál se v kontextu extrémního počasí používá v momentě, kdy jsou extrémy tak časté či výrazné, že svádí k přehodnocování definice toho, co považujeme za normální. Klimatologové pojem používají v debatách o konkrétních událostech, jako jsou například povodně, požáry nebo vlny veder, aby poukázali na skutečnost, že katastrofy tohoto typu jsou častější než dřív a se zvyšující se globální teplotou stále méně výjimečné.

Otopné období a klimatologický normál

Vyhodnocení základních charakteristik otopného období 2013/2014 je jak v Praze, tak i v dalších lokalitách na území naší republiky vázáno na aplikaci legislativních ustanovení. Pro vyhodnocování charakteristik otopného období se legislativa nezměnila. Platí vyhláška 194/2007 Sb. [L1], kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé užitkové vody, měrné ukazatele spotřeby tepla pro vytápění a přípravu teplé užitkové vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům. Řídícím předpisem této vyhlášky je zákon 406/2000 Sb., o hospodaření energií v platném znění. Vyhláška slouží k provedení § 6a - energetická náročnost budov, odst. 9, 10 a 11.

Vyhláška se vztahuje na ústřední vytápění a centrální přípravu teplé vody v bytech a nebytových prostorách bytových budov nájemních, družstevních i bytových budov s byty ve vlastnictví osob a dále za určitých podmínek i na prostory v provozních prostorách budov nebytových. Nutno zdůraznit, že se nevztahuje na budovy, v nichž jsou všechny byty v užívání jediné právnické nebo fyzické osoby, která je vlastníkem budovy - tedy zejména na rodinné domy.

Vyhláška stanovuje začátek a konec otopného období a podmínky pro případné přerušení vytápění v průběhu otopného období. Otopné období je čas, kdy jsou zdroje tepla uvedeny do stavu pohotovosti k dodávce tepla spotřebitelům. Začíná 1. září a končí 31. května. Dodávka tepla se zahájí v otopném období, když průměrná denní teplota venkovního vzduchu v místě poklesne pod +13 °C ve dvou dnech po sobě následujících a podle vývoje počasí nelze očekávat zvýšení této teploty nad +13 °C pro následující den.

Průměrnou denní teplotou venkovního vzduchu je čtvrtina součtu venkovních teplot v 7, 14 a ve 21 hodin, přičemž teplota měřená ve 21 hodin se počítá dvakrát. Vytápění se omezí nebo přeruší v otopném období tehdy, jestliže průměrná denní teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě vystoupí nad +13 °C ve dvou dnech po sobě následujících a podle vývoje počasí nelze očekávat pokles této teploty pro následující den. Při následném poklesu průměrné denní teploty venkovního vzduchu pod +13 °C se vytápění obnoví.

Pro stanovení základních charakteristik otopného období použil autor vlastní výpočetní metodiku. Ta vychází z podobných zásad jako výpočetní pomůcka Denostupně v oddílu Výpočty. Mezní teplotou pro zahájení, ukončení a přerušení vytápění je teplota 13 °C. Nabízí se otázka, jaké má tato hodnota stanovená právníky tedy - legislativně - své fyzikální opodstatnění. Odpověď vychází z energetické bilance budovy. Při poklesu venkovní teploty porovnáváme tepelné toky z budovy do venkovního prostředí a naopak. Tedy - tepelnou ztrátu budovy, vnější a vnitřní tepelné zisky. Teplota vnitřního vzduchu se udržuje na stálé výši. Pak v jednom okamžiku dojde k vyrovnání kladných a záporných tepelných toků. Tento okamžik je charakterizován teplotou venkovního vzduchu. Při poklesu venkovní teploty se již bilance dostává do nerovnováhy - převáží tepelné ztráty. Vnitřní teplota začne klesat.

Z rozboru je zřejmé, že mezní teplota vytápění je pro každou budovu individuální. Závisí na tepelně-izolačních vlastnostech obvodového pláště, na obsazení budovy lidmi, vybavení spotřebiči i na provozním režimu. Teplota 13 °C doznala ve znění legislativních předpisů posledních třiceti let jistý vývoj, který reagoval na potřebu vytápění průměrného bytového fondu. Je zřejmé, že budovy zateplené, a zvláště pak budovy postavené v nízkoenergetickém a pasivním standardu mají mezní teplotu počátku vytápění nastavenou mnohem níže. Legislativní předpis nemůže (zatím) pracovat s individuálními vlastnosti jednotlivých budov.

Začátek otopného období je 1. září, nicméně vlastní zahájení dodávky tepla závisí na poklesu venkovní teploty pod stanovenou hodnotu. Prvním dnem vytápění bylo 19. září 2013. První období s potřebou vytápění trvalo pět dnů. V říjnu se pokračovalo ve vytápění až do dalšího třídenního přerušení. S teplotou pod bodem mrazu bylo v otopném období pouhých 16 dnů. V listopadu to byl jeden den, v prosinci pět dnů a v lednu deset dnů. V dalších měsících průměrné denní teploty pod bod mrazu neklesly. Nejnižší teplota −6,9 °C ve sledovaném otopném období nastala 26. ledna 2014.

Měsíc leden je s průměrem +2,4 °C teplejší, a to o 3,3 °C nad dlouhodobým standardem. Měsíc únor je s průměrem +4,6 °C teplejší, a to o 3,8 °C nad dlouhodobým standardem. Měsíc březen je s průměrem +8,6 °C teplejší, a to o 4,1 °C nad dlouhodobým standardem.

Období s „dlouhodobě“ nízkými teplotami, použitelné k posouzení chování zdrojů tepla a otopných soustav při nízkých teplotách nastalo pouze ve dvou dnech - 25. a 26. ledna 2014. V březnu, na počátku třetí dekády dochází ke krátkodobému vzestupu teplot a na jeden den (22. 3. 2014) se přerušuje vytápění. Dubnová první dekáda je poměrně teplá s jedním dnem přerušení vytápění. V květnu se hned od počátku měsíce vytápění obnovuje. Dále jsou dvě období přerušení vytápění od 7. 5. a od 16. 5. Posledním dnem vytápění je den 31. května 2014, kdy je legislativně ukončeno otopné období 2013-2014.

Letní období červen až srpen, z definice do otopného období nepatří. Poklesy teplot v letním období, v červnu až srpnu jsou důležité například pro vytápění nemocnic. Zde se obvykle bere za mezní teplotu 15 °C a v některých areálech je provoz zdroje tepla celoroční, bez letní přestávky.

Sledované otopné období mělo mírně větší počet dnů vytápění. Od začátku vytápění dne 19. září 2013 do konce vytápění dne 31. května 2014 bylo vytápění celkem osmkrát přerušeno v průběhu otopné sezóny. Období plného vytápění tak trvalo 230 dnů.

Kontrola kotlů je požadavkem legislativy, podle vyhlášky 194/2013 o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie s účinností od 1. 8. 2013. Vyžaduje vstupní údaje z vyhodnocení otopného období. Proces kontroly účinnosti kotlů je zaveden jako standardní postup. Proto je nejvýše žádoucí standardizovat použité vstupy. Spotřeba paliva je závislá na venkovních teplotách a ty jsou funkcí času. Proto není možné stanovit interval buď podle standardní délky otopného období, nebo podle celých měsíců.

Pro další použití proto zavádíme do metodiky vyhodnocení otopného období parametr „délka otopného období“ - v hodinách. Jde o vyjádření počtu dnů s povinností vytápění (podle pravidel vytápění) při časovém obsahu jednoho dne 24 hodin. Pro stanovení průměru se tedy nepočítá s přerušovaným vytápěním, ale pouze s útlumem. Do hodinového vyjádření je zaveden další parametr, kterým je „využití maxima (denostupňů)“. Počet provozních hodin stanovený podle předchozího odstavce se přepočítá podle využití výkonu kotle. To je v přepočtu ošetřeno vynásobením hodin poměrem aktuálního počtu denostupňů a maximálního počtu D° z dlouhodobého průměru. Tedy: hodin (pro 194/2013 Sb.) = otopných dnů (i-tého měsíce aktuálního roku) × 24 hodin × denostupně (i-tého měsíce aktuálního roku) / max.

Celkovou charakteristikou otopného období je počet denostupňů D(19) = 2814 D°, průměrná teplota venkovního vzduchu v otopných dnech 6,8 °C a počet 230 otopných dnů. Stanovení je provedeno pro mezní teplotu počátku vytápění te = 13 °C a ustanovení platného legislativního předpisu [L1] o započetí, ukončení a přerušení vytápění.

Zvláštní pozornost si zaslouží parametr „průměrná teplota venkovního vzduchu“. Tato teplota může být interpretována dvěma způsoby a výsledky bývají zaměňovány. Průměrná teplota venkovního vzduchu v období je průměrem z hodnot všech denních průměrných teplot v otopném období od 1. září do 31. května. Tedy - jak dnů vytápění, kdy se topilo, tak dnů, kdy se netopilo. Pro sledované období činí tato hodnota 8,5 °C. Průměrná teplota venkovního vzduchu v dnech vytápění je průměrem z teplot vzduchu pouze za dny vytápění.

Porovnáním tří souborů hodnot - běžného roku, průměru 30 let a průměru 50 let - je zřejmé, že otopné období 2013-2014 bylo ve srovnání s normálem 30 let (1961-1990) „teplejší“ - spotřeba tepla na úrovni 86,8 % třicetiletého normálu a ve srovnání s normálem 50 let (1901-1950) na úrovni 85,1 % padesátiletého normálu.

Z grafického průběhu je patrný značně atypický průběh měsíčních teplot. Vyznačuje se polohou nad dlouhodobým průměrem téměř po celé otopné období. Velmi mírně pod průměrem je na počátku - v září a říjnu, v listopadu a prosinci je již nad úrovní dlouhodobého průměru. Leden, únor i březen jsou vysoko nad dlouhodobým průměrem venkovních teplot.

Průběh teplot v jednotlivých měsících otopného období je významnou charakteristikou, avšak v řadě aplikací je výhodnější použít průběh denních teplot po dobu celého roku. Vhodným seřazením jednotlivých hodnot tak vznikne obdoba distribuční funkce. Do grafu distribuční křivky sestavené z reálných klimatických a meteorologických dat je pro srovnání doplněn průběh „obecné křivky trvání teplot v ČR“ podle ČSN 38 3350. Okrajové podmínky jsou ten = −12 °C, tem = +13 °C, počet otopných dnů d = 224.

Potřeba tepla a její rozložení v průběhu roku odvisí od počtu denostupňů. Oproti dlouhodobému normálu (30 let) je posuzované otopné období 2013-2014 o 12,8 % méně náročné na vytápění. Lze tedy říci, že sledované zimní období je pokračováním trendu posledních let, kdy aktuální rok je méně náročný na vytápění, než průměr.

Meziroční porovnání řady předchozích otopných období je založeno na standardním vyhodnocení datové základny teplot podle platných legislativních předpisů pro vytápění. Tím se eliminuje vliv případných rozdílů v pravidlech pro vytápění. Při porovnání s třicetiletým průměrem a předchozími otopnými obdobími od roku 2000 jde o pokračování podnormálních období. Počet denostupňů je za toto období sledování je nižší (87,2 %), než dlouhodobý průměr. Spotřeba paliva je tedy výrazně nižší, než průměr.

Základními parametry je 230 dnů vytápění a průměrná teplota 6,8 °C ve dnech vytápění (a 8,5 °C za celé otopné období září-květen). Otopné období bylo „výrazně teplejší“, a poněkud delší. Počet otopných dnů je větší než průměr. Průměrná teplota je vysoko nad dlouhodobým průměrem, jak celoročně, tak ve většině jednotlivých měsíců. Počtem 2814 denostupňů D19 dosáhlo otopné období pouze 87,2 % standardu třicetiletého průměru. Od roku 2000 jde o období s druhým nejnižším počtem denostupňů. Oproti dlouhodobému normálu je posuzované otopné období o 13,2 % méně náročné na vytápění.

tags: #klimatický #normál #definice

Oblíbené příspěvky:

• Energie z Obnovitelných Zdrojů v ČR
• Papírové kapesníky a životní prostředí
• Získejte půjčku na ekologický zdroj
• Klimatické zóny Etiopie
• Příležitosti a výzvy obnovitelných zdrojů v Rumunsku