Očekávané změny klimatu v Evropě a důsledky pro hydrologický cyklus

Současná klimatická změna je způsobena činností člověka, čímž se výrazně liší od změn klimatu v minulosti. Spalování uhlí, ropy a zemního plynu a některé další činnosti mění složení atmosféry a přidávají do ní skleníkové plyny.

Planetární klima vzniká souhrou velkého množství fyzikálních procesů: sluneční záření je hlavním zdrojem energie, skleníkové plyny mění prostup tepelného záření atmosférou a ovlivňují tak celkovou energetickou rovnováhu planety, oceánské a atmosférické proudy distribuují teplo do různých oblastí planety.

Čím vyšší jsou koncentrace CO2 v atmosféře, tím vyšší je teplota planety. Zvýšení koncentrace oxidu uhličitého o 10 ppm způsobí oteplení planety asi o 0,1 °C -⁠ tento vztah je přibližný, ale dostatečně přesný, aby byl užitečný k odhadům budoucího vývoje. Často se jako citlivost klimatu nazývá oteplení, ke kterému by došlo při zdvojnásobení koncentrací CO2.

Podobně jako rodinný rozpočet na dovolenou udává, kolik peněz je celkově možné utratit v průběhu dovolené, globální uhlíkový rozpočet říká, jaké množství CO2 může ještě lidstvo vypustit, aby nebyla překročena určitá hodnota globálního oteplení.

Vyšší teploty a častější sucha nepříznivě ovlivňují zdraví lesů a pěstování potravin, vzestup hladin oceánů ohrožuje města na pobřeží a kvůli tání horských ledovců chybí voda v povodích, která jsou jimi napájena. To jsou příklady dopadů klimatické změny. Velikost dopadů, s nimiž se budeme setkávat v následujících desetiletích, přímo závisí na tom, kolik skleníkových plynů do atmosféry ještě vypustíme.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

Každý ekosystém má svůj „bod zlomu“, tedy moment, kdy začne být změna přírodních podmínek natolik významná, že už ji tento ekosystém není schopen dále zvládat a „zlomí se“ - podobně jako větev stromu při příliš velkém zatížení.

Pro klima střední Evropy je charakteristický dlouhodobý nárůst teplot a velká variabilita srážkových úhrnů, ve kterých ale nelze nalézt žádný statisticky významný trend. Teploty z pražského Klementina z období 1844-2019 rostou v druhé polovině 20. století. Pozorované zvýšení teploty je o cca 1,5-2,0 °C od počátku 60. let do současnosti. Srážky se příliš nemění, ale vykazují velkou variabilitu.

Pokud se srážky dlouhodobě nemění a teplota roste, krajina vysychá. Nejlepší teoretickou představu o intenzitě tohoto vysychání nám poskytne výpočet potenciální (referenční) evapotranspirace - ta udává, kolik by se z krajiny se standardní vegetací odpařilo vody ve formě vlastního fyzikálního odparu vody (evaporace) a transpirace (dýchání) rostlin.

Potenciální evapotranspirace (v tomto případě vypočtena podle Ivanova) se pro podmínky pražského Klementina od roku 1844 (od kdy jsou k dispozici měřené vlhkosti vzduchu) výrazně zvýšila. Zatímco v 19. století byla tato zhruba 700 mm, ve 20. století vzrostla na 800-900 mm. Dramaticky ale narostla v posledních třech dekádách - až na dnešních cca 1200 mm.

Zatímco dlouhodobá data z Klementina ukazují zejména klimatickou změnu, ekosystémovou změnu vodního cyklu v posledních třech dekádách ukážeme na vodní bilanci malých lesních povodí.

Čtěte také: Klimatická změna: nevratné dopady

Česká geologická služba ve spolupráci s Ústavem výzkumu globální změny AVČR a dalšími institucemi provozuje a monitoruje celosvětově unikátní síť malých povodí (GEOMON) v horských a podhorských oblastech na území České republiky. V současné formě je síť provozována od roku 1994. Povodí jsou malá (25-300 ha), soustředěná v citlivých pramenných oblastech s homogenním geologickým podložím a jsou zalesněna, bez zemědělských a zastavěných ploch.

Jedná se především o hospodářské porosty s dominancí smrku ztepilého od zhruba 450 m n. m. až po horské polohy s průměrnou nadmořskou výškou 760 m n. m.

Výpar ze země do atmosféry označujeme jako evapotranspiraci (ET) a v povodí hydrogeologicky pevně ohraničeném můžeme evapotranspiraci ztotožnit s bilančním výparem, který je dán rozdílem mezi srážkami a odtokem. Průměrné srážky ve zkoumaných lesních povodích se pohybují mezi 600 a 1800 mm a rok, přičemž úhrn srážek roste nelineárně s nadmořskou výškou a v průměru se zvyšuje o cca 140 mm za rok na 100 m výšky.

Součástí celkové evaporace v lesích mimo přímý výpar z půdy je intercepce - záchyt a poté výpar srážek z povrchu stromů. V drtivé většině našich lesů je ale množství srážek redukováno intercepcí přímo v korunách stromů. Z dlouhodobých dat vyplývá, že intercepce v našich smrkových lesích činí cca 240 mm za rok a jen velmi pozvolna klesá se stoupající nadmořskou výškou.

Zároveň je jasné, že redukce srážek intercepcí je relativně nejvýznamnější v nižších nadmořských výškách, v našem případě v lesích okolo 500 m n. m. jsou srážky redukovány o 250 mm za rok, tj.

Čtěte také: Jak změna klimatu ovlivňuje české zemědělství?

Fyziologický výpar, tj. transpirace, je ztráta vody rostlinou a velmi úzce souvisí s procesem fotosyntézy a příjmu živin. V našich podmínkách, kdy průměrná lesnatost zkoumaných povodí dosahuje cca 80 %, průměrná transpirace činí 320 ± 60 mm za rok. Tento údaj v sobě však zahrnuje i přímou evaporaci (výpar) z půdy, tedy aktuální transpirace bude o něco nižší.

Takto odvozená transpirace v lesních povodích koreluje s průměrnou roční teplotou. Z této závislosti dále vyplývá, že na každý stupeň průměrné roční teploty se nároky na transpiraci zvyšují o cca 40 mm. Evapotranspirace zahrnující fyzikální i fyziologický výpar činí pro lesní povodí na našem území v průměru 510 ± 90 mm za rok, tj.

V souvislosti se změnou klimatu je nejnápadnějším jevem kontinuální vzrůst průměrné roční teploty vzduchu. Ve středních polohách (cca 450-800 m n. m.) byly roky 2014-2018 o více než 2 °C teplejší, než byl dlouhodobý průměr v období 1961-1990 (5,4 °C). Trend v množství srážek pro jednotlivé roky není průkazný, zejména z důvodu vysoké meziroční variability srážkových úhrnů.

Přesto průměrné srážky v letech 2014-2019 byly v průměru o 14 % nižší ve srovnání s obdobím před 25 lety, kdy monitoring v povodích začal. Výsledkem nižších ročních srážkových úhrnů v kombinaci s vyšší teplotou byl výrazný pokles průtoků, který byl v letech 2014-2019 o 42 % nižší než průměr za stejně dlouhé období 1994-1999.

Pokles průtoků byl důsledkem snížení vstupu srážek do povodí a vyšších nároků na evapotranspiraci. Ta narostla v průměru o 55 mm při vzrůstu teploty o 1,4 °C. Tato hodnota souhlasí se závislostí transpirace na roční průměrné teplotě vzduchu odvozené z teplotního gradientu zkoumaných povodí.

Zároveň byl tento transpirační nárůst zaznamenán v povodích nad 600 m n. m. V lesích pod 600 m n. m. se transpirace dokonce v letech 2014-2018 snížila ve srovnání s dlouhodobým průměrem v důsledku chřadnutí porostů podmíněném nízkou dostupností vody v půdě.

V těchto oblastech byla kritická situace pro drobné toky, kde již přirozené nároky na výpar byly blízké ročním srážkovým úhrnům nebo je dokonce překračovaly. Zároveň může meziroční snížení srážek a zvýšení teploty natolik zvýšit výpar, že situace může vyústit až v periodické vysychání lesních potoků.

Zkoumaná lesní povodí mají ale poměrně malou zásobu podzemní vody. Podle výzkumů pomocí přírodního stabilního izotopu kyslíku 18O je průměrná doba zdržení vody v povodí v jednotkách měsíců a zásoba mobilní vody povodí v nízkých stovkách mm.

Výpar vody vegetací (transpirace) je hlavní způsob, jak se voda vypařená z kontinentů, vrací zpět do atmosféry. Zároveň je podíl evapotranspirace na celkových srážkách překvapivě globálně stabilní a dosahuje cca 60-70 % celkových srážek nezávisle na typu ekosystému.

Při disturbanci ekosystému, buďto cestou přirozenou, nebo umělou (např. těžbou), přirozeně dochází k narušení koloběhu vody, nicméně působící zpětné vazby tlumí extrémní projevy, ať se jedná o sucho, nebo povodně. Při kolapsu dospělého stromového patra (především jehličnatých porostů) nastává v drtivé většině případů propad intercepce a množství vody spadlé na povrch lesní půdy se zvyšuje a zároveň nastává pokles transpirace.

Důležité je si uvědomit, že transpirace je základní vlastností veškeré vegetace, takže propad transpirace bude úměrný schopnosti ekosystému tento výpadek nahradit vegetací vzniklou sukcesním vývojem na narušených plochách. Nerušený vývoj následné vegetace, ať už se jedná o traviny, křoviny, či pionýrské druhy stromů, se tímto stává důležitým prvkem v bilanci vody, neboť velmi efektivně nahrazuje transpiraci původního lesa.

Tento jev lze dokumentovat na povodí Modravského potoka v NP Šumava. V tomto povodí (92,7 km2), kde je hydrologická bilance sledována již od počátku 50. let 20. století, došlo po vyhlášení NP v roce 1992 k poměrně zásadní změně vegetačního pokryvu. Zhruba na třetině povodí dospělý les podlehl kůrovcové gradaci a byl ponechán samovolnému vývoji bez odstranění biomasy odumřelých stromů.

Zhruba na třetině povodí byl les v rámci boje s kůrovcem vytěžen a holiny zalesněny a zhruba na zbylé třetině zůstal živý dospělý les. Současně byla v části povodí prováděna revitalizace rašelinišť spočívající v hrázkování odvodňovacích příkopů.

Tato mozaika nejrůznějších managementů se nijak neprojevila na hydrologické bilanci povodí - nebyly zaznamenány žádné statisticky významné změny ročních odtoků nebo evapotranspirace. Důvodem bylo, že okamžitě nastupující vegetace poměrně záhy zvýšila intercepci srážek a transpiraci a tím tlumila propad ve výparu chybějících dospělých smrkových porostů.

Jiný příklad poskytuje hydrologická bilance několika malých povodí (Uhlířská a Jizerka) v Jizerských horách, kde smrkový les v 80. letech 20. století uhynul vlivem kyselé depozice a byl prakticky ihned vytěžen. Zde se odtoky zvýšily krátkodobě (na 2-3 roky) o zhruba 10 %. Poté už žádná změna oproti stavu před imisními těžbami nebyla patrná. Tato povodí, na rozdíl od Šumavy, byla vykácena a biomasa odvezena na cca 80 % povodí.

V obou uvedených případech se jednalo o změnu struktury vegetace za relativně stabilních srážkových a teplotních poměrů. Naproti tomu výsledky z povodí GEOMON ukazují situaci relativně stabilního pokryvu povodí, ale významné změny srážek a teplot. Porovnání zřetelně ukazuje, že dlouhodobá hydrologická stabilita středoevropské lesní krajiny byla až donedávna velmi robustní a aktuální vliv vegetačního pokryvu neměl větší význam.

Role „příznivého“ vlivu lesa na odtokové poměry nebyla daty nikdy potvrzena a požadavek kontinuálního pokryvu území „zeleným“ lesem není zcela nezbytný. Transpirace rostlin, která je hlavním zdrojem odpařování vody do atmosféry, chlazení klimatu a příspěvku k malému vodnímu cyklu, funguje jak v lese, tak i na ostatních druzích vegetace (louky, pastviny) velmi podobně. Rozhodující se jeví množství srážek a průběh teplot, nikoliv typ vegetace.

Je nicméně zjevné, že mikroklima je mnohem příznivější v krajině, kde je zeleň přítomna po celou vegetační dobu, a netřeba zdůrazňovat, že v oblastech zastavěných, popř.

Co očekávat od klimatické změny?

Klimatické modely pro střední Evropu vcelku konzistentně předvídají zvyšování průměrných teplot a zachování, či dokonce zvyšování srážkových úhrnů. Důležitá ale do budoucna bude extremizace srážek - zejména vyšších četností velkých srážek (vznik povodní a překročení saturačních kapacit povodí), ale i zvýšení četnosti období s velmi malými srážkami, a tedy i období, kdy v povodích bude vody nedostatek.

Právě období let 2014-2019 nám zřejmě nabídlo hydrologickou exkurzi do budoucna. Konkrétně pro již zmiňované povodí Modravského potoka klimatické modely (kombinace mnoha scénářů různé úrovně klimatické změny) předpovídají zvýšení počtu dní s extrémně vysokými srážkami.

Zatímco v kontrolním třicetiletém období 1981-2010 bylo dnů se srážkami vyššími než 49 mm (99 % kvantil, tedy 1 % nejvyšších srážkových úhrnů) celkem 63, pro roky 2021-2050 se zvýší na 86 dní a pro roky 2071-2100 na 97 dní, tedy zhruba o třetinu. Příliš se nezmění počet dní beze srážek.

Adekvátně zvýšení četnosti extrémních srážek vzrostou i maximální denní průtoky, a to na hodnoty o cca 20-30 % vyšší, než jaké byly zaznamenány dosud. Celkové srážkové úhrny se zvýší zhruba o 10-15 %, a to na celém území ČR. Lze tedy očekávat kombinaci sucha a krátkodobých vysokých srážek a povodní. A to v obou případech extrémnějších, než jsme dosud byli zvyklí.

V současné době probíhající kolaps hospodářských, zejména smrkových, lesů je přirozeným důsledkem nízké schopnosti monokulturního hospodaření čelit rychle se měnícím podmínkám prostředí, jako je vzrůst teplot a zvýšená variabilita v úhrnu a rozložení srážek.

Lesní produkce přirozeně a účelně nastavená na podmínky zakoušené v posledních stoletích naráží na své limity zejména v oblastech, kde se nároky na výpar blíží množství spadlých srážek. Tyto oblasti můžeme hrubě vymezit v rozmezí nadmořských výšek 450-600 m n. m.

Zde monokulturní smrkové hospodaření vede jednak ke snížení vstupu srážek na lesní půdu díky vysokým intercepčním ztrátám (ztráta až 40 % srážek při průchodu deště korunou stromů) a dále k vysokým transpiračním nárokům lesů primárně pěstovaných za účelem maximalizace produkce biomasy.

Snížení vstupu srážek, často kombinované se zvýšenou teplotou, pak vede ke stresu suchem, a to v důsledku snížení půdní vlhkosti a hladiny podzemní vody, následované snížením fotosyntetické aktivity stromů. V těchto polohách je zásadní přizpůsobit lesní hospodaření podmínkám s očekávaným nárůstem teplot (zvýšení nároků na transpiraci) a možným periodickým výskytem roků s podprůměrnými srážkami.

Pěstování strukturně bohatých lesů s přirozenou druhovou skladbou by mělo snížit intercepční ztráty a posílit využití disponibilní vody v celém půdním profilu. Velmi by krajině a vodnímu režimu prospěla revitalizace toků a jejich niv, stejně jako obnova či budování nových mokřadů.

Dle nejnovějších zpráv Mezivládního panelu pro změnu klimatu je pravděpodobný rozsah nárůstu globální teploty zemského povrchu mezi obdobími 1850-1900 a 2010-2019 v rozmezí 0,8 °C až 1,3 °C. Tento trend je možné sledovat i v ČR, kde průměrná roční teplota od poloviny 80. let, roste o 0,4 °C za 10 let.

Zatímco teplota vykazuje rostoucí trend, u srážek lze zjednodušeně konstatovat, že dlouhodobé průměry ročních úhrnů zůstávají a v nadcházejících dekádách pravděpodobně zůstanou velmi podobné, i když rozdílná bude časoprostorová variabilita. Změní se i intenzita deště v rámci jednotlivých událostí a to tak, že bude přibývat kratších, intenzivních srážek.

Rostoucí teplota vzduchu přináší neodmyslitelně zvýšený evaporační (evaporace neboli výpar) požadavek atmosféry a při stejných srážkách dochází k nižšímu poměru srážek a výparu, tedy klimatická vodní bilance (srážky - evapotranspirace) vykazuje negativní trend.

Pro posouzení dopadů klimatické změny na hydrologické poměry posuzované oblasti je zapotřebí aplikovat klimatické scénáře v kombinaci se simulačním modelem vodní bilance.

Změna klimatu postihuje všechny regiony světa. Ledovce v Arktidě i Antarktidě ustupují, hladina moří stoupá. V některých regionech dochází stále častěji k extrémním povětrnostním jevům a srážkám, zatímco v jiných se lidé potýkají s intenzivnějšími teplotními vlnami a obdobími extrémního sucha. Opatření v oblasti klimatu je proto nutné provádět nyní, jinak se dopady klimatických změn ještě prohloubí.

Změna klimatu je velmi vážnou hrozbou a její důsledky mají dopad na mnoho různých aspektů našeho života.

Tabulka 1: Změny v hydrologickém režimu povodí Modravského potoka podle klimatických modelů

tags: #očekávané #změny #klimatu #Evropy #důsledky #hydrologického

Oblíbené příspěvky:

• Volně žijící ptáci v ČR
• Historické paralely totalitních režimů
• Udržitelné cestování Středočeský kraj
• Vše o směsném komunálním odpadu
• Živá a neživá příroda v mateřské škole