Měření Teploty Vzduchu v Ekologii

Při studiu klimatických poměrů měst bývá věnována největší pozornost detekci prostorové variability teploty vzduchu. Ta je výrazně ovlivněna aktivními povrchy s rozdílnou tepelnou kapacitou umožňující absorpci velkého množství tepla v období s pozitivní energetickou bilancí.

Mezi nejlépe zdokumentované příklady modifikace meteorologických prvků ve městě patří tepelný ostrov města (UHI). Opakem tepelného ostrova je ostrov chladu (UCI), kterému není věnována zdaleka taková pozornost. Ostrov chladu se vyskytuje nejčastěji podél vodních toků nebo v terénních depresích.

Měření Teploty Vzduchu v Městském Prostředí

Tepelný ostrov byl detekován u řady velkých měst, v České republice například v Praze, Brně nebo Olomouci. Středně velké město Vsetín s necelými 27 000 obyvatel má díky své kotlinové poloze velmi příznivé podmínky pro vznik pestré prostorové variability teploty vzduchu. Pro její detekci byla v období mezi lety 2010-2014 použita řada různých zdrojů dat.

Stacionární měření probíhalo na stanici ČHMÚ Vsetín a automatické stanici při ZŠ Vsetín, Rokytnice. Tato měření byla doplněna o automobilová mobilní měření, podle metodiky měření v Olomouci. Pro nedostupnost některých míst byla vyzkoušena vlastní metoda pěších mobilních měření, která přinesla zkvalitnění získaných výsledků. Po vzoru studia tepelného ostrova v Brně byla i ve Vsetíně provedena série družicových termálních snímků aktivních povrchů.

Veškerá prezentovaná měření probíhala ve dnech s radiačním počasím v různých ročních obdobích. Dohromady bylo ve Vsetíně provedeno 25 automobilových a pěších mobilních měření. Většina měření probíhala v době po západu Slunce. Část měření probíhala v době průměrného teplotního maxima a teplotního minima.

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

Nejteplejší část města Vsetína, na základě mobilních měření, se rozkládá mezi vlakovým nádražím a Dolním náměstím. V porovnání s okrajovými částmi města zde bývá za radiačního počasí po západu Slunce i o více než 6 °C tepleji. Do oblasti tepelného ostrova města lze zařadit i průmyslový areál na Trávníkách, v západní části města a nákupní centrum na Ohradě, ve východní části města. Obě tyto oblasti dosahují podobně pozitivních hodnot jako centrum města.

Městská sídliště vykázala značné rozdíly v teplotě vzduchu. Sídliště na jižních svazích byla v průměru o 1 °C chladnější než centrum. Údolní sídliště pak o 2-4 °C. Významné ostrovy chladnu byly detekovány v terénních depresích podél města.

Běžným meteorologickým jevem ve Vsetíně je přízemní teplotní inverze. Ta byla detekována během většiny mobilních měření, která vedla z centra Vsetína (347 m n.m.) na vrch Dušná (660 m n.m.). Po většinu nocí je teplota na Dušné o 3-5 °C vyšší než na meteorologické stanici Vsetín. Za mimořádných situací dosahuje teplotní rozdíl až 10 °C.

V roce 2015 proběhla dvě pěší mobilní měření zaměřená na detekci rychlosti katabatického větru z nejvýznamnějších údolí ve Vsetíně. Bylo zjištěno, že za radiačního počasí dosahuje sestupný údolní vítr směřující z údolí do centra rychlosti o 1,0-1,4 m/s větší, než je aktuální rychlost větru. Toto měření potvrdilo domněnku, že teplý vzduch, který z tepelného ostrova města stoupá díky termické konvekci vzhůru do atmosféry, je nahrazován v okrajových částech tepelného ostrova chladnějším vzduchem, který do města přitéká z hlubokých údolí podél města (především z Jasenky). Celá syntéza měření umožnila návrh teplotního členění města Vsetín. Město bylo rozděleno do šesti kategorií.

Série družicových snímků potvrdila teplá i chladná místa města, která hodně korespondovala s místy detekovanými během mobilních měření. Víceúrovňová analýza městského klimatu potvrdila, že výrazný tepelný ostrov vzniká i u středně velkých měst. Kotlinová poloha umožňuje podrobnou detekci městské brízy, která může významně ovlivňovat i kvalitu vzduchu v centru města.

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Nejmenší intenzita tepelného ostrova byla zjištěna v době teplotního maxima. Velikost a tvar atmosférického tepelného ostrova ve Vsetíně se mění za různých povětrnostních situací, nejvýraznější rozdíly byly za anticyklonálních situací (A, Sa, SEa) a při působení brázdy nízkého tlaku nad střední Evropou (SWa, Bp).

Průměrná měsíční teplota vzduchu na území ČR (7,9 °C) byla o 0,3 °C nižší než normál 1991-2020. V řadě průměrných říjnových teplot od roku 1961 se letošní říjen řadí k chladnějším měsícům, tj. jako 28. nejchladnější. V průměru na našem území spadlo 47 mm srážek (96 % srážkového normálu 1991-2020). Průměrná délka slunečního svitu na území ČR byla tento měsíc 84,4 hodiny, což činí 80 % normálu 1991-2020.

Metodika Měření Mikroklimatu pro Žáky

Žáci v rámci aktivity zkoumají mikroklimatické rozdíly v okolí vaší školy. V malých badatelských skupinách vyberou místa s potenciálními mikroklimatickými odchylkami a daná místa zaznamenají do vlastní schematické mapy nejbližšího okolí školy. Stupeň vzdělávání: 2. Věková skupina: 7.-9.

Metodická poznámka: Aktivitu lze realizovat pouze za slunného teplého počasí, aby se projevily mikroklimatické rozdíly na různých místech. V případě dostatku času mohou žáci měřit i teploty povrchů různých míst. Měření je možné zopakovat v den, kdy je počasí zcela odlišné (třeba kvůli oblačnosti), a následně výsledky porovnávat.

1. Vyzvěte žáky k pojmenování vlastností prostředí, které mohou vykazovat rozdíly v mikroklimatickém měřítku.
2. Požádejte žáky, aby samostatně nebo ve skupinách do záznamového listu nakreslili schematickou mapu okolí školy, kde identifikují mikroklimatické rozdíly. Poté jim řekněte, aby na mapě označili čísly místa, kde podle nich existují rozdíly v teplotě vzduchu (např.
3. Vyzvěte žáky, aby na jimi vybraných místech na mapě změřili pomocí dostupných digitálních technologií teplotu vzduchu (vždy ve stejné výšce nad povrchem). Digitální teploměry žákům umožní rychlé, jednoduché a přesné měření teplot, přičemž není potřeba čekat, než se teploměr přizpůsobí okolní teplotě. Nechte žáky naměřené teploty pro každé místo zapsat do záznamového listu (Příloha 1). Poté žáci vypočítají a zapíší průměr všech teplot, které v místě naměřili. Porovnejte různé teploty na mapě. Byly teploty na všech místech podobné, nebo byly v teplotách velké rozdíly?
4. Během diskuze žáci pravděpodobně dojdou ke zjištění, že růst teplot se projevuje i na úrovni místního mikroklimatu.

Výukovou lekci jsme realizovali s žáky 6. třídy. Pro žáky bylo motivační hlavně to, že se učili venku a že zkoumali podmínky v okolí školy, se kterými mají předešlou vlastní zkušenost. Bylo důležité, že si sami zvolili místa, ve kterých následně prováděli měření, a že se sami dělili do malých badatelských skupin. Z dvouhodinové lekce hodně času zabrala úvodní diskuze o rozdílech mezi klimatem a počasím, klimatem a mikroklimatem apod. Dále bylo důležité věnovat čas vyjasnění způsobu měření, což bylo ale důležité pro to, aby měření proběhlo co nejpřesněji. Zapojení všech žáků jsme řešili rozdělením rolí v malých skupinách, kdy někdo prováděl měření, někdo zapisoval a někdo porovnával naměřené teploty.

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

Měření Výparu z Vodní Hladiny

Výpar z vodní hladiny významně ovlivňuje celkovou hydrologickou bilanci povodí. Přímé měření výparu je komplikované a není tak běžné jako měření jiných veličin (např. srážek nebo teploty vzduchu). V příspěvku jsou popsána data z plovoucích a bazénových výparoměrů, jejichž provozovatelem je VÚV TGM. Naměřené hodnoty výparu a meteorologických veličin jsou porovnány mezi jednotlivými lokalitami. Dále jsou uvedeny odvozené vzorce pro výpočet výparu z výparoměrné stanice Hlasivo a jejich aplikace na vybrané lokality.

Z výsledků vyplývá, že vzorce odvozené ze stanice Hlasivo jsou vhodné pro výpočet výparu i na jiných lokalitách. Vypočtený výpar koresponduje s naměřeným denním chodem výparu. Výpar z vodní hladiny je důležitým členem hydrologické bilance vodních nádrží, zvláště pak v období sucha. V posledních letech je význam výparu umocňován dopady klimatických změn, zejména zvyšováním průměrné teploty vzduchu, jež má za následek zvyšování územního výparu, včetně výparu z vodních ploch. Zvýšený úbytek vody výparem však není kompenzován srážkami.

Vzorce pro výpočet výparu však často obsahují vstupní veličiny, které se běžně neměří na základních meteorologických stanicích a musí být dále odvozovány, např. tlak nasycené vodní páry nebo latentní tok tepla. Z tohoto důvodu byly ve Výzkumném ústavu vodohospodářském T. G. Masaryka odvozeny nové vzorce pro výpočet výparu, do nichž vstupují veličiny, které jsou běžně měřitelné na meteorologických stanicích (např. teplota vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, rychlost větru atp.).

Porovnání Výparoměrných Stanic

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka má ve správě dva plovoucí výparoměry s meteostanicemi. Jeden je umístěn na retenční nádrži Zaječice u Jirkova a druhý na Vavřineckém rybníce ve Středočeském kraji. Dále je VÚV TGM provozovatelem dvou výparoměrných stanic, v Hlasivu u Tábora a v Praze v Podbabě. Cílem výzkumu je porovnat jednotlivé lokality z hlediska naměřených meteorologických veličin a výparu. Dalším cílem je vypočítat výpar v zájmových lokalitách na základě vzorců, odvozených z dat z výparoměrné stanice Hlasivo.

Výparoměrná sezona trvá obvykle od dubna do října, kdy zpravidla nedochází k zamrzání vodní hladiny ve výparoměru. Od roku 1998 jsou mnohé veličiny zaznamenávány automaticky. Raritou této výparoměrné stanice je nejen délka provozu, ale také srovnávací výparoměrný bazén, který má plochu téměř 20 m2.

V areálu pražské pobočky VÚV TGM byla vybudována meteorologická a výparoměrná stanice. Od roku 2018 jsou v provozu tři výparoměrné bazény o průměru 2 m, v nadmořské výšce 191 m n. m. Od 11. 5. 2018 zde probíhá klasické sezonní měření výparu z vodní hladiny. Později začalo také sezonní měření výparu z hladiny vody s odlišným albedem (voda přirozeně zbarvená chlorofylem).

Na začátku července 2019 byl na Vavřineckém rybníce nainstalován plovoucí výparoměr od firmy Fiedler. Vavřinecký rybník leží v nadmořské výšce 375 m n. m. Od 4. 7. 2019 jsou k dispozici desetiminutové záznamy přímého měření výparu z hladiny rybníka. Součástí výparoměru jsou čidla na měření teploty hladiny vody a teploty vody v hloubkách 0,5 m, 1 m, 1,5 m, 2 m a 2,5 m.

Na plovoucím zařízení je také meteostanice, která zaznamenává teplotu vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, rosný bod, úhrn srážek, radiaci, rychlost a směr větru. V případě radiace se jedná o rozdíl mezi globální sluneční radiací a radiací odraženou z vodní hladiny. Na Zaječické nádrži byl totožný plovoucí výparoměr s meteostanicí nainstalován v srpnu 2019 a byl v provozu až do listopadu 2019.

Vzhledem k tomu, že každá výparoměrná stanice měří jinak dlouhou dobu, je srovnání naměřených veličin velmi omezené. Jednotlivé lokality byly tedy srovnávány s výparoměrnou stanicí Hlasivo, která má nejdelší dobu pozorování.

Výsledky Měření a Porovnání

Výpar ve stanici Podbaba je pro sezony červen-říjen 2018 a květen-říjen 2019 nižší (E = 2,59 mm/den) než ve stanici Hlasivo (E = 3,32 mm/den), přestože zde byla vyšší teplota vzduchu i teplota vody ve výparoměru (Ta = 17,6 °C; Tw = 20 °C; H = 69,8 %) než ve stanici Hlasivo (Ta = 15,69 °C; Tw = 19,32 °C; H = 68,4 %). Celková suma výparu za pozorované období 2018 byla ve stanici Podbaba 436,8 mm a ve stanici Hlasivo 522,6 mm. Za sezonu 2019 činil výpar ve stanici Podbaba 443,6 mm a ve stanici Hlasivo 593,6 mm.

Průměrný denní výpar z Vavřineckého rybníka za celou dobu pozorování (červenec-září 2019) činí 4,06 mm/den, což je v přepočtu 373,4 mm za pozorovanou sezonu. Pro stejné období je výpar ve stanici Hlasivo 3,65 mm/den, tedy 336,4 mm.

Výpar ze Zaječické nádrže je velmi podobný výparu ve stanici Hlasivo. Za období srpen-říjen 2019 se jedná o průměrný denní výpar 2,49 mm/den, tedy 229 mm za pozorované tři měsíce. Ve stanici Hlasivo je pro stejné období průměrný denní výpar 2,4 mm/den, což odpovídá 221 mm. Tyto dvě lokality mají i podobné ostatní měřené veličiny.

Ve stanici Hlasivo spadlo za pozorované sezony 2018 a 2019 celkem 579,4 mm srážek. Oproti tomu činil výpar 1 116,2 mm, což je téměř dvojnásobek toho, co napršelo. Na Vavřineckém rybníce napršelo v období červenec-září 2019 171,5 mm, výpar však činil 373,4 mm, což je více než dvojnásobek srážkového úhrnu.

Vzhledem k 63leté časové řadě meteorologických veličin a hodnot výparu je výparoměrná stanice Hlasivo vhodná k odvozování vzorců pro výpočet výparu. Vzorce vznikly na základě lineární a nelineární regrese výparu s meteorologickými veličinami.

Vzorce pro Výpočet Výparu

Výše popsaným postupem byla vytvořena sada vzorců, zakládající se na lineárním, mocninném, exponenciálním či logaritmickém modelu nebo na jejich kombinacích. Výpočty výparu z odvozených vzorů byly srovnány s naměřeným výparem a hodnoceny na základě nejvyšší hodnoty koeficientu KGE a nejnižší hodnoty MRE.

Tyto vzorce byly použity pro výpočet výparu v lokalitách Praha-Podbaba, Vavřinecký rybník a vodní nádrž Zaječice. Při aplikaci vzorců je nutné brát zřetel na omezení rozsahu vstupních veličin, podmiňující platnost jednotlivých vzorců.

Nejvýraznější rozdíly mezi vypočteným a naměřeným výparem ve stanici Podbaba se vyskytly na přelomu července a srpna 2018, v červnu a v září 2019. Vzorce, zakládající se na teplotě vzduchu (HLA_3 a HLA_8) výrazně nadhodnocují skutečný výpar. Výrazné vícedenní rozdíly mezi naměřeným a vypočteným výparem na Vavřineckém rybníce můžeme pozorovat na začátku července 2019. V tomto období mají vzorce tendenci výpar podhodnocovat.

Největší odchylky naměřeného a vypočteného výparu u vodní nádrže Zaječice můžeme pozorovat v období 3.-5. 9. 2019, kdy podobně jako u Vavřineckého rybníka foukal v odpoledních hodinách velmi suchý teplý vítr. Naproti tomu jsou ranní a večerní hodnoty teploty vzduchu poměrně nízké, relativní vlhkost vzduchu naopak vysoká a rychlost větru klesá na nulu.

Výpočet výparu v denním kroku je zatížen vysokou relativní i absolutní chybou. Přesnějšího výsledku je dosaženo při výpočtu měsíčního výparu, kde odchylky výpočtu od naměřeného výparu nejsou tak významné.

Pro výpočet výparu na základě průměrných měsíčních hodnot naměřených veličin byly opět použity vzorce z tabulky 2. Průměrná relativní chyba výpočtu pro stanici Podbaba se pohybuje mezi 22-55 %. Nejlépe vycházejí vzorce, do kterých vstupuje globální sluneční radiace - žluté body (MRE = 21,6-24,4 %). Nejméně vycházejí vzorce, které se zakládají na teplotě vzduchu - modré body (MRE = 46,9-55,1 %).

Agrovoltaika a Měření Teploty

Na zemědělských pozemcích u obce Okrouhlice na Vysočině probíhá unikátní výzkum, který sleduje vliv fotovoltaických a agrovoltaických elektráren na přírodu, půdu a zemědělskou výrobu. Projekt, jehož součástí jsou měření teploty, vlhkosti nebo porovnání růstu plodin mezi panely a mimo panely, je součástí mezinárodního programu INTERREG a potrvá tři roky.

Na sledovaných polích o rozloze zhruba půl hektaru se pěstují odrůdy brambor Antonie a Adéla a sóji Adessa a Akassa. „V jedné části jsou plodiny pěstovány běžným způsobem, ve druhé části jsou simulovány tři řady vertikálních agrovoltaických panelů zhotovené z dřevěných kůlů a tkané tmavé textílie. Ty simulují podmínky, které by nastaly po instalaci skutečné agrovoltaiky - tedy solárních panelů umístěných tak, aby bylo možné mezi nimi dál hospodařit. Během výzkumného projektu se měří rychlost větru, teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, množství srážek, dále teplota a vlhkost půdy.

Už v červenci naměřil Výzkumný ústav bramborářský Havlíčkův Brod, který je nyní jediným partnerem programu INTERREG za Vysočinu, rozdíly v mikroklimatu. Z informací, které máme už nyní k dispozici, například mezi simulovanými vertikálními agrovoltaickými panely byla průměrná denní teplota vzduchu zhruba o půl stupně vyšší než mimo panely,“ uvedli výzkumníci. Rozdíly jsou patrné především v nočních hodinách, kdy se vzduch mezi panely ochlazuje pomaleji.

Lokalita u Okrouhlice na Vysočině nebyla vybrána náhodou - Výzkumný ústav bramborářský zde dlouhodobě provádí měření a experimenty, takže má k dispozici podrobná data o půdních a klimatických podmínkách. Výsledky budou důležité pro celou republiku i sousední Rakousko,“ uvedl radní Kraje Vysočina pro oblast vodního a lesního hospodářství, zemědělství a životního prostředí Pavel Řehoř. Projekt je součástí programu INTERREG a zaměřuje se na adaptaci krajiny na změnu klimatu.

Závěr

Článek popisuje čtyři výparoměrné stanice ve správě VÚV TGM a porovnává naměřená data jednotlivých meteorologických veličin a výparu. Z výsledků vyplývá, že všechny lokality během výparoměrné sezony trpí srážkovým deficitem. Výpar významně převyšuje srážky především v letních měsících. Vzorce pro výpočet výparu, vzniklé na základě dat ze stanice Hlasivo, byly aplikovány na další výparoměrné stanice. Z výsledků vyplývá, že vzorce se dají aplikovat jak na denní data, kde je ovšem nutné počítat s vyšší relativní i absolutní chybou, tak na data měsíční, která jsou pro výpočet výparu vhodnější. Tímto se potvrdila hypotéza, že vzorce, odvozené z dat ze stanice Hlasivo, jsou vhodné pro výpočet výparu i pro jiné lokality. Z výsledků porovnání mezi jednotlivými lokalitami dále vyplývá, že rychlost větru hraje patrně významnější roli pro přesnější určení výparu, než zohledňují současné vzorce ze stanice Hlasivo.

tags: #měření #teploty #vzduchu #v #ekologii

Oblíbené příspěvky:

• Zajímavosti o jarní přírodě
• Obecné ohrožení - Vzor oznámení
• Legislativa pro skládkování pneumatik
• Sáčky na nákup potravin
• Odvoz stavebního odpadu Roudnice