Atmosféra a hydrosféra Země Lekce 6 Klima Země a jeho vývoj, Klimatické klasifikace, Změny a kolísání klimatu JMI RNDr. Jiľí Jakubínský, Ph.D. | 30. 4. 2019 Klima Země a jeho vývoj klima (podnebí): souhrn a postupné střídání všech stavů atmosféry (podmínek počasí) možných v daném místě atmosférický geosystém - vzájemná interakce s ostatními geosystémy (litosféra, hydrosféra, kryosféra, pedosféra, biosféra, socioekonomická sféra) klimatotvorné faktory: - astronomické (tvar Země, sklon zemské osy, změny sluneční aktivity, složení atmosféry, uchylující síla zemské rotace) - geografické (zeměpisná šířka, rozdělení kontinentů a oceánů, orografické poměry, vzdálenost od moří a oceánů, vegetační kryt, atd.) - cirkulační (planetární a místní cirkulace atmosféry) - antropogenní (změny vlastností atmosféry a zemského povrchu vlivem člověka) Fér v • astronomické faktory (AF) - vliv na časoprostorové změny bilance záření a energetické bilance v systému AP - atmosféra - podmíněné zenitovou vzdáleností Slunce a jejími změnami v čase, pohlcováním a rozptylem záření v atmosféře - závislost zenitové vzdálenosti Slunce na insolaci a bilanci záření je v reálné atmosféře ovlivněna cirkulačními a geografickými faktory - důsledek vlivu AF: šířková pásmovitost planetárního geosystému - vznik regionálních geosystému, tzv. geomů • cirkulační faktory (CF) - vliv všeobecné cirkulace atmosféry a systému mořských proudů - změna vlastností klimatických prvků vlivem stálého transportu vzduchových hmot z oblastí svého vzniku do jiných oblastí 3 Klima Země a jeho vývoj 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Date Počet slunečních skvrn zaznamenaných pozorováním ze Země do r. 2008 (spaceweather.com) Klima Země a jeho vývoj Temperature vs Solar Activity Solar Activity (11 yr average) a ~ 1355.5 1365 -D5 1920 1940 1960 Year 1960 2000 Aktivita Slunce vs. průměrná teplota na Zemi (11-leté klouzavé průměry) (skepticalscience.com) 3 Klima Země a jeho vývoj geografické faktory (GF) - rozložení pevnin a oceánů - druh, struktura a složení AP pevnin a jeho podloží - charakter reliéfu pevnin - teplota povrchové vrstvy vody oceánů - vliv na zonální a meridionální rozdíly bilance záření a energetické bilance v měřítku geomů - důsledek: existence specifických klimat (kontinentální vs. oceánské) - význam zejména na S polokouli - makroreliéf pevnin podmiňuje vertikální změnu geosystémů (-> vertikální geomy, vertikální stupňovitost vegetace) - výšková klimatická stupňovitost - změny bilance záření s nadmořskou výškou, expozicí a orientací svahů (-> expoziční asymetrie) - intenzivnější vertikální změny klimatických prvků oproti změnám horizontálním (klimatické stupně jsou méně rozměrné než klim. pásy) Klima Země a jeho vývoj antropogenní faktory (TF) - ekonomická činnost lidské společnosti - produkce odpadní uměle vyrobené energie -> tepelné znečištění atmosféry - lokální vliv na energetickou bilanci systému AP - A - „tepelný ostrov města" - emise znečištěnin do vysoké troposféry a spodní stratosféry, transport na značné vzdálenosti -> globální znečištění - změny chemismu a fyzikálních vlastností atmosféry - znečištěniny primární / sekundární (-> smog) - vyšší obsah umělých aerosolů v atm. = zvýšený počet kondenzačních jader s hygroskopickou povahou 8 4 Klimatické klasifikace podstata v existenci zonality (pásmovitosti) klimatických podmínek na Zemi základní faktor pro členění klimat Země = zeměpisná šířka, bilance slunečního záření během roku klimatický pás - společné základní rysy klimatických poměrů - zonální protažení - hlavní klimatické pásy: • tropický pás (kladná bilance záření) • mírný pás S a J polokoule (proměnlivá radiační bilance) • polární pás (arktický / antarktický záporná bilance) - přechodné pásy: • subtropický pás • subpolární pás - oceánský / kontinentální / horský typ podnebí Klimatické klasifikace [>■:•!srni kruh 1H Subpolární podnebný pá I I Pás mírných sirek ] Subtropický podnebný p Tropický podnebný pás 10 Klimatické klasifikace cíl klimatických klasifikací: vymezení základních klasifikačních jednotek a stanovení jejich geografického rozložení na Zemi prostorová generalizace konvenční klasifikace - vymezení a popis typů klimatu dle mezních, konvenčně stanovených hodnot meteorologických prvků - absence výkladu geneze klimatu jednotlivých typů - např. klasifikace A. Pencka (1910), W. Koppena a R. Geigera (1928), W. Gorczyňského (1948), ... genetické klasifikace - vycházejí z cirkulačních klimatotvorných faktorů - klasifikační metoda je zároveň metodou výkladu vzniku daného klimatického typu - větší důraz na geografickou zonalitu - např. klasifikace A. Hettnera (1930), B. P. Alisova (1950), A. N. Strahlera (1969) Klimatické klasifikace Koppen-Geigerova klasifikace klimatu - světově nejrozšířenější konvenční klasifikace - základem roční izotermy, délky trvání určitých teplot + nepřímé indikátory klimatu (flóra, fauna), později nahrazené kvantitativními charakteristikami - r. 1928: Wladimir Koppen spolu s Rudolfem Geigerem sestavují mapu klimatických oblastí Země - založena na teplotním a srážkovém režimu a jeho vlivu na biotu - 5 základních klimatických pásů (A-E) - klimatické typy podle ročního režimu teploty a srážek: • w - suchá zima, s - suché léto, f - rovnoměrné rozložení srážek během roku, m - periodické srážky, S - step, W - poušť, H - horské klima - klimatické podtypy: • a - s horkým létem, b - s teplým létem, c - s chladným létem, d - s velmi chladnou zimou, h - horké klima nižších z. š., k - chladné klima vyšších z. š. 12 Klimatické klasifikace Koppen-Geigerova klasifikace klimatu - A - pás vlhkého tropického klimatu (cca 36 % plochy Země) • bez chladných ročních období • průměrné měsíční teploty vzduchu nad 18 °C • velmi malá roční amplituda teploty (do 6 °C) • roční úhrn srážek nad 750 mm • srážky převažují nad výparem • velká pravidelnost v cirkulaci atmosféry • typy: - Af- klima vlhkých tropických pralesů s rovnoměrným rozložením srážek během roku - Am - monzunová varianta typu Af - Aw - klima savan s výraznou suchou periodou v zimě 13 Klimatické klasifikace Koppen-Geigerova klasifikace klimatu - B - pás suchého klimatu (cca 11 % plochy Země) • nízké srážkové úhrny • vysoká výparnost • v několika měsících přesahuje prům. teplota 18 °C • hranice mezi pásem B a pásy A, C, D vymezeny tzv. hranicí suchosti • typy: BS - klima stepí, BW - klima pouští - C - pás mírně teplého klimatu (cca 27 % plochy Země) • výrazná proměnlivost počasí • vyvinutá cyklonální činnost • 4 roční období • relativně chladná zima bez sněhové pokrývky • izoterma +18 °C nejteplejšího a -3 °C nejchladnějšího měsíce • typy: Cw - mírně teplé klima se suchou zimou, Cs - mírně teplé klima se suchým létem, Cf - mírně teplé klima s rovnoměrným rozložením srážek během roku 14 Klimatické klasifikace • Koppen-Geigerova klasifikace klimatu - D - pás mírně studeného (boreálního) klimatu (cca 7 %) • izoterma -3 °C nejchladnějšího a +10 °C nejteplejšího měsíce • relativně krátké léto • srážky převyšují hranici suchosti • pravidelná sněhová pokrývka • vyvinut výrazně pouze na S polokouli • typy: Dw - mírně studené klima se suchou zimou (zabajkalský typ), Df -mírně studené klima s rovnoměrným rozložením srážek během roku - E - pás polárního (studeného, sněžného) klimatu (cca 19 %) • mírná až velmi studená zima • obvykle záporná teplota • nízké srážkové úhrny (většinou sníh) • typy: ET - klima tundry (teplota nejteplejšího měsíce mezi 0° a 10° C), EF -klima věčného mrazu (teplota nejteplejšího měsíce nižší než 0° C), EH -klima vysokohorských oblastí mírných a nízkých z. š. 15 Klimatické klasifikace I Af I BWh| | Csa|H Cwa I I Cfa |_j Dsa | | Dwa H Dfa | | ET | Am | 1 BWk | | Csb HU Cwb Hl cfb L DsĎ Hl Dwb Hl D,b I^B EF | Aw | | BSh H Cwc H Cfc H Dsc Hl Dwc Hl Dfc BSk ■ Dsd Dwd DM Klimatické klasifikace klasifikace klimatu podle B. P. Alisova - genetická klasifikace vycházející z podmínek VCA - Boris Pavlovic Alisov ji zveřejnil r. 1940 - hlavní pásy definovány dle průměrné polohy geografických typů VH během roku - přechodné pásy stanoveny dle sezónního střídání geografických typů VH v určité oblasti - 4 hlavní a 3 přechodné pásy na každé polokouli - hranice určeny polohou klimatických front - kontinentální a oceánský typ klimatu - typ klimatu západních / východních pobřeží pevnin 18 Klimatické klasifikace klasifikace klimatu podle B. P. Alisova - ekvatoriální (rovníkový) pás - subekvatoriálnípás (rovníkových monzunů) - tropický pás - subtropický pás - mírný pás - subarktický (subantarktický) pás - polární (arktický a antarktický) pás AF PF TF PF AAF Klimatické klasifikace polární pás subarktický / subantarktický pás mírný pás subtropický pás subekvatoriální pás tropický pás | ekvatoriální pás 20 Klimatické pásy na Zemi PÁS ROVNÍKOVÉHO KLIMATU (EKVATORIÁLNÍ PÁS) - Koppen: Af - vyrovnaný teplotní režim během roku (amplituda max. 5 °C) - prům. měsíční teploty v rozmezí 24-28 °C - denní teplotní amplituda 10-15 °C - vysoký výpar -> enormní absolutní vlhkost vzduchu - relativní vlhkost vzduchu nad 70 % - časté noční radiační mlhy a rosa (vysoký obsah vodní páry) - labilní teplotní zvrstvení (oblaka Cu, Cb) - prům. roční úhrn srážek 1000-3000 mm - srážky na pevnině ve dne, nad oceánem v noci - rovnoměrné rozložení srážek během roku (vyjma monzunových oblastí) - rozdíly mezi oceánským a kontinentálním klimatem jsou zanedbatelné 21 Klimatické pásy na Zemi PÁS ROVNÍKOVÉHO KLIMATU (EKVATORIÁLNÍ PÁS) Libreville 0 m n. m. 600 450 400 350 300 ■B 250 200 150 100 50 0 26,0 3C 2S41 mm o 31} ^ o Q. 25 S 20 15 V VI VII VIII měsíce všechny klimadiagramy převzaty z: Ruda 2014 11 Klimatické pásy na Zemi • PÁS ROVNÍKOVÝCH MONZUNŮ (SUBEKVATORIÁLNÍ PÁS) - Koppen: Af, Am - letní monzun: vysoká vlhkost vzduchu na pevnině, malá denní amplituda teploty, intenzivní srážky - zimní monzun: nízká vlhkost na pevnině, malé srážkové úhrny, vyšší denní teplotní amplituda - maximální insolace obvykle v době mezi monzuny - kontinentální typ klimatu: • vlhké léto, suchá zima • nejteplejší a nejsušší období = jaro • nejnižší teploty v zimě a v létě • konvekční lijáky - intenzita klesá se vzdáleností od rovníku • orografické zesílení srážek (Etiópska vysočina, Himálaj, atd.) - oceánský typ klimatu: • zimní monzun - stabilní zvrstvení, letní monzun - labilní zvrstvení • srážky zejména v létě 23 Klimatické pásy na Zemi PÁS ROVNÍKOVÝCH MONZUNŮ (SUBEKVATORIÁLNÍ PÁS) Bamako Mali 27,8 °C 878 mm 450 400 350 ■=■ 300 £ 250 20 C 15C 10C 5C C 11 Darwin Austrálie 400 350 300 250 20 C 15C 100 5C C 27,8 °C 1707 mm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1-1 —1 _ 11_ 1—1 n 1 II III IV V VI VI VIII IX X XI XII 12 Klimatické pásy na Zemi PÁS TROPICKÉHO VZDUCHU (TROPICKÝ PÁS) - anticyklony nad oceány, termicky podmíněné cyklony nad pevninami - tropický vzduch s malým obsahem vodní páry z důvodu nedostatku vláhy a přítomnosti pasátové inverze nad oceány - pouze malá oblačnost - AP ozářen intenzivněji než v ekvatoriálních oblastech - kontinentální tropický typ klimatu (Koppen: BWh, BSh) • extrémni sucho, horká léta, velká prašnost • denní teploty vzduchu až 40 °C • denní teplotní amplituda až 80 °C ! • relativní vlhkost vzduchu v létě okolo 30 %, v zimě 50 % - oceánsky tropický typ klimatu (Koppen: Aw, Cwa) • vysoká vlhkost • malá denní i roční amplituda teploty vzduchu • rozdíly tropické klima západních vs. východních břehů pevnin 25 Klimatické pásy na Zemi PÁS TROPICKÉHO VZDUCHU (TROPICKÝ PÁS) • západní břehy - nižší teplota vzduchu (18-20 °C) - málo srážek, časté mlhy - vyvinutá břízová cirkulace - vysoká relativní vlhkost (80-90 %) - klima pobřežních pouští (Atacama, Namib) • východní břehy - vyšší teplota vzduchu - vyšší srážkové úhrny - pouze slabá pasátová inverze - výrazný vliv orografie 26 13 14 Klimatické pásy na Zemi • SUBTROPICKÝ PÁS - nižší roční úhrny insolace oproti tropům (-20 %) - vyšší sezónní rozdíly - léto: tropický vzduch, suché a jasné počasí - zima: vzduch mírných šířek, chladnější a deštivé počasí - kontinentální subtropický typ (Kôppen: BWh, BWk, BSh, BSk) • stejné hodnoty EB jako tropy • minimální tvorba oblak • prům. teploty okolo 30 "C • v zimě a na jaře cyklonální činnost - srážky (prům. roční úhrn 500 mm) - oceánsky subtropický typ (Kôppen: Cfa, Csa, Csb) • vyrovnanější roční chod teploty vzduchu oproti kontinentu • klima západních pobřeží (stredomorské klima) - teplé, suché, slunečné léto, teplá deštivá zima (vliv polární fronty) • klima východních pobřeží - monzunový typ, suché a chladné zimy, srážkově velmi bohaté léto 29 30 15 Klimatické SUBTROPICKÝ PÁS pásy na Zemi Klimatické pásy na Zemi PÁS VZDUCHU MÍRNÝCH ŠÍŘEK (MÍRNÝ PÁS) - výrazná cyklonální činnost podmiňuje meridionální výměnu vzduchu -> vpády arktického a tropického vzduchu - EB v zimě již záporná - vyšší letní teploty - výpar výrazně nižší oproti tropům - velká proměnlivost počasí - kontinentální typ (Koppen: BWk, BSk) • léto: vysoká teplota, nízká relativní vlhkost, labilní zvrstvení • zima: nízká teplota, vysoká relativní vlhkost, stabilní zvrstvení • vznik výrazných anticyklon (teploty až -40 °C) • vysoké roční amplitudy teploty vzduchu (50-60 °C) • roční úhrn srážek 300-600 mm - oceánsky typ (Koppen: Dfa, Dfb, Dwa, Dwb) • nízká denní a roční amplituda teploty vzduchu • teplejší zima, chladnější léto • rovnoměrně rozložené srážky během roku 16 Klimatické pásy na Zemi PÁS VZDUCHU MÍRNÝCH ŠÍŘEK (MÍRNÝ PÁS) • mírné klima západních pobřeží pevnin (Koppen: Cfb, Cfc) - cyklonální činnost během celého roku - relativně teplá zima, chladné léto - maximum srážek na podzim a v zimě - roční úhrn srážek 600-700 mm - časté deštivé počasí s mlhami • mírné klima východních pobřeží pevnin - monzunový ráz - zima: vliv SZ proudění (studené a suché počasí) - léto: cyklonální činnost (deštivé a chladné počasí) - roční úhrn srážek 500-700 mm 33 Klimatické pásy na Zemi PÁS VZDUCHU MÍRNÝCH ŠÍŘEK (MÍRNÝ PÁS) Winnipeg Kanada 2,6 "C 505 mm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII měsíce Stanley Falklandy 350 300 250 20 C 15C 10C SC 5,7 "C 641 mm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII měsíce 17 Klimatické pásy na Zemi SUBARKTICKÝ PÁS - Koppen: Dfc, Dfd, Dwc, Dwd - zima: arktický vzduch / léto: vzduch mírných šířek - plošně jen omezený rozsah - kontinentální subarktický typ • zima: velmi chladná a dlouhá (teplota -50 - -60 °C) • léto: krátké a relativně teplé • nejvétší roční teplotní amplitudy na světě (cca 65 °C) • malé množství srážek (cca do 200 mm/rok) - zejména v létě na frontách - oceánsky subarktický (subantarktický) typ • zima: mořský arktický vzduch (mírná zima) • léto: mořský vzduch mírných šířek (chladné počasí) • roční teplotní amplituda do 20 "C 36 18 Klimatické pásy na Zemi ARKTICKÝ A ANTARKTICKÝ PÁS (POLÁRNÍ PÁSY) - EB po většinu roku záporná (vysoké albedo sněhu a ledu) - velmi krátká období kladné bilance - většina energie na tání sněhi ledu - velmi nízké teploty po celý rok - mohutné inverze subsidenčního a radiačního typu - malé srážkové úhrny (nízký obsah vodní páry) - kontinentální polární klima (Koppen: EF) • typicky v Antarktidě • velmi chladné zimy, studená léta • průměrná teplota záporná po celý rok • stanice Vostok (21. 7. 1983: -89,2 °C) • silné proudění v okrajových částech kontinentu • srážkové úhrny 40-50 mm /rok (roste k okrajům kontinentu) 38 19 Klimatické pásy na Zemi ARKTICKÝ A ANTARKTICKÝ PÁS (POLÁRNÍ PÁSY) - oceánské polární klima (Koppen: ET) • oblast Arktidy (vyjma centrální části Grónska) • v létě teploty nad 0 °C • v zimě teploty mezi -40 a -55 °C • oteplující vliv Atlantského oceánu • roční úhrn srážek 150-200 mm j JsLm 20 Klimatické podmínky České republiky výrazný vliv nadmořské výšky vliv zeměpisné šířky a délky zanedbatelný nejteplejší měsíc: červenec (tprům= 16,7 °C) nejchladnější měsíc: leden (tprům= -2,9 °C) nejnižší průměrné roční teploty v horských oblastech - Sněžka (+0,2 °C) historická minima a maxima teplot: - Litvínovice u ČB (-42 °C, 1929) - Dobřichovice u Prahy (+40,4 °C, 2012) prům. roční srážkový úhrn: 680 mm srážkově extrémní lokality: - návětrné svahy Jizerských hor, Moravskoslezských Beskyd, Hrubého Jeseníku a Šumavy (cca 1200 - 1600 mm) - oblasti ve srážkovém stínu Krušných hor (cca 300 - 500 mm) - maximální roční úhrn srážek: 2201 mm, Jizerka, rok 1926 - minimální roční úhrn srážek: 247 mm, Velké Přítočno (okres Kladno), rok 1933 42 21 Klimatické podmínky České republiky Klimatické podmínky České republiky Koppen: - mírně teplé klima bez suchého období s horkým létem (Cfb) - mírně studené klima bez suchého období s teplým létem (Dfb) - mírně studené klima bez suchého období s chladným létem (Dfc) - polární klima tundry (ET) klasifikace klimatu podle E. Quitta (1971) - dílo Klimatické oblasti Československa - vychází z průměrných teplot vzduchu, počtu letních dnů se specifickými teplotami (mrazové dny, atd.), dnů s určitým úhrnem srážek, počtu dní se zataženou oblohou, atd. - 3 hlavní klimatické oblasti: • teplá (rajony TI - T5) • mírně teplá (MT1-MT11) • chladná (CH1-CH7) - na území ČR aktuálně pouze 13 jednotek klasifikace z Atlasu podnebí ČSR (1958) 44 Klimatické podmínky České republiky OBLASTI ť ESKE RĽPEBLIKY I■■■UMA'IH" K"KS I iť'THIv Ä*KK< 'H.KKf'Ir M.ti tHilÚK CfBKE, .fISWjl MT: mt - I MT? CH * | | MT J ['päflfl MT 5 MT li 45 Změny a kolísaní klimatu klimatický systém je časově proměnlivý sezónní / meziroční / sekulární proměnlivost změna klimatu jako projev sekulární nestálosti klimatického systému - příčinou je změna klimatotvorných faktorů - změna probíhá v dlouhých časových intervalech (geologické epochy) kratší intervaly - může jít o kolísání kolem střední hodnoty meteorologických prvků -> kolísání klimatu místní / regionální / globální měřítko problém jednoznačného stanovení trendu změn hodnot meteorologických prvků 46 Co je klimatická změna? „Taková změna klimatu, která je vázána přímo nebo nepřímo na lidskou činnost měnící složení globální atmosféry a která je vedle přirozené variability klimatu pozorována za srovnatelný časový úsek" (Rámcová úmluva OSN o změně klimatu - UNFCCC, 1992) „Změna stavu klimatu, kterou lze rozpoznat (např. využitím statistických testů) ve změnách průměru a/nebo proměnlivosti jeho vlastností a která přetrvává po dosti dlouhé období, typicky desítek let nebo déle". „Změna klimatu může být následkem přirozených vnitřních procesů nebo vnějších sil nebo důsledkem trvalých antropogenních změn ve složení atmosféry nebo ve využití půdy". (4. hodnotící zpráva IPCC, 2007) vs. proměnlivost (variabilita) klimatu - kolísání průměrného stavu a dalších statistik (jako standardní odchylky, výskytu extrémů atd.) klimatu na všech prostorových a časových měřítkách delších než jednotlivé povětrnostní události (J. Hollan-amper.ped.muni.cz) 47 A co globální oteplování? jednoznačný a pokračující růst průměrné teploty klimatického systému Země vybrané závěry 5. hodnotící zprávy IPCC, 2014: - vliv člověka je zcela zřejmý minimálně od 50. let 20 .st. - příčinou (jistota 95-100 %) jsou zvýšené koncentrace skleníkových plynů - minimálně 40% nárůst koncentrací C02 je důsledek spalování fosilních paliv od počátku průmyslové revoluce - od počátku 20. století došlo k nárůstu průměrné teploty vzduchu a povrchových vod oceánu o 0,8 °C - cca 2/3 nárůstu nastaly po roce 1980 - hladina světového oceánu se v průměru zvyšuje - rozloha pevninských i horských ledovců v průměru klesá 48 24 Změny a kolísání klimatu METODY STUDIA ZMĚN A KOLÍSÁNÍ KLIMATU - přístrojová meteorologická měření a pozorování • od poloviny 19. století, spolehlivá měření od r. 1880 • málo stanic na oceánech, omezené provádění specializovaných pozorování - písemné prameny o počasí a klimatu • 2-3 tisíce let před přístrojovými měřeními • zápisy kronik, lodních deníků, staré rukopisy, literární díla,... • zmínky o výjimečných meteorologických jevech (extrémní zimy, sucha,...) • problém subjektivity • význam pro studium regionálních výkyvů klimatu - paleoklimatické metody studia • paleoklimatologie - rekonstrukce minulého klimatu, objasnění přirozeného trendu klimatických změn a nástin budoucího vývoje klimatu na základě paleogeografických údajů • princip aktuálnosti • proxy data - nepřímé údaje umožňující rekonstrukci klimatu z minulosti Země 51 Změny a kolísání klimatu podklady pro fungování klimatických modelů zdroje proxy dat: - ledovcová jádra (koncentrace prachových částic, síranových iontů, analýza poměrů izotopu kyslíku) - letokruhy (dendroklimatologie) - pyl (rekonstrukce vegetace) - koráli - geotermické vrty (analýza anomálií teplotních profilů prostřednictvím nízkofrekvenčního signálu) - geologické / geomorfologické vlastnosti a tvary (morény, kary, mrazové klíny, spraše, varvy, fosilní půdy,...) 52 Príčiny klimatických změn - dlouhodobé kolísání solární konstanty - kolísání sluneční aktivity - terestrické příčiny • nižší propustnost atmosféry v obdobích vulkanické činnosti (Krakatoa 1883) • změny magnetického pole Země (rozložení pevnin a oceánů,...) • charakter AP (albedo povrchu,...) - astronomická hypotéza • změny orbitálních parametrů Země podle Milutina Milankoviče • sklon ekliptiky / délka perihelia / excentricita zemské orbity • graf ekvivalentních šířek (± 1 mil. let) - orografická hypotéza • vliv tektonických pohybů zemské kůry na nestálost geografických klimatotvorných faktorů • teplá období = málo členitý reliéf studená období následujíc po zdvihu pevniny 53 Příčiny klimatických změn antropogenní faktory • nárůst koncentrace plynů • úbytek ozónu • znečišťování atmosféry Koncentrace CO2 v ovzduší / 1 ppmv ■ vrt Jižní půl * vrt SipJa * vrty D47 a 057 (Adéllina zemé) * avzdii&í na Maura Lea (Havaj) t vrty DE03 a DSS (Antarktida) 260 _ 900 1300 1500 1700 _letopočet_ 1900 2100 Príčiny klimatických změn Príčiny klimatických změn 4 3 - G loba liy averaged s u rface Ěem pe ratu re c h ange (re lat ive to 1870-18 99 baseli ne) El Chichon _ 7.2 -S.4 2 1 - Krakatau Agung Santa Maria Pinatubo 3.6 -1.8 0 - 0 1860 1S0O 1320 1S40 Year 19S0 2000 Gary Strand (NCAR V DOE) Změny teploty vzduchu následující po sopečné erupci v delší historii 56 29 Príčiny klimatických změn • cirkulační faktory - vliv všeobecné cirkulace atmosféry a systému mořských proudů - změna vlastností klimatických prvků vlivem stálého transportu vzduchových hmot z oblastí svého vzniku do jiných oblastí ■bí -4« -3i 30 -Zl -Z0 -14 -10-1 0 5 10 li zo a B l'SC Kala: NGEP;MCAR Ftearalysls Projsct. 195í-1997Cllmalrtoglss 60 Změny a kolísání klimatu v geologické minulosti - fanerozoikum: • převážně teplé klima, slabá sezónnost, různé úrovně zavlažení • vyšší teploty oproti současnosti zejm. v mírných a vysokých z. š. • větší rozsah tropické flóry • méně vyjádřená klimatická pásmovitost • od 1H výrazný rozvoj organismů • výskyt relativně krátkodobých ochlazení (hranice ordoviku a siluru, permokarbonské zalednění) • výrazné ochlazení na přelomu křídy a paleogénu (dopad asteroidu v oblasti Mexického zálivu) • globální ochlazování od poloviny oligocénu (zhruba do pleistocénu) -> navazují 4H glaciály • pleistocén: střídání glaciálů a interglaciálů • 4 glaciály (a 3 interglaciály) v Alpách: gúnz / mindel / riss / wúrm • později doplněn starší glaciál - donau • glaciály děleny na stadiály (chladnější) a interstadiály (relativně teplejší) 62 31 Změny a kolísání klimatu v geologické minulosti - glaciály • výrazný rozsah pevninských ledovců v době zalednění (až 30 % plochy souše, mocnost stovky metrů) • mořské ledy posunuty až o 10-15° z. š. k rovníku • pokles klimatické sněhové čáry • nárůst rozlohy permafrostu • výrazné kolísání hladiny světového oceánu (až 200 m !) • výrazný pokles teploty vzduchu (5 °C pro celou Zemi, až 12 °C ve vyšších šířkách) • posun fyzickogeografických zón (arktické klima až po 40-50° s. š.) • poslední glaciál před 20 000 lety (wúrmský stadiál) • ČR: zalednění až po Moravskou bránu - interglaciály • nárůst teploty vzduchu o 1-3 °C (až 5 °C v létě) oproti současnosti • řádově 5x kratší než glaciály • poslední interglaciál od 11000 BP do současnosti Změny a kolísání klimatu v geologie minulosti Tempera ture past 420,000 years ■ ■ Inlerglacials, i ké 450000 4GOQOD 35O0Q0 300000 250000 200000 15O0OD 10QOD0 5OD00 Years Betone Pieswit 64 65 Změny a kolísání klimatu v geologické minulosti klimatické podmínky holocénu - holocén = postglacial - několik výrazných výkyvů klimatu - relativně chladné a vlhké klima po posledním zalednění - postupný ústup pevninských ledovců (cca od 10 800 let BP) - nárůst teploty vzduchu - kulminace před 8 000-5 000 lety (teplota vyšší o 2 až 3 °C oproti současnosti) - postglaciální klimatické optimum • subtropická oblast VT posunuta k severu • vlhčí klima v dnešních aridních oblastech • mírné klima v S Americe a Eurasii - následují další menší klimatické změny, s tendencí k ochlazování 66 Změny a kolísání klimatu v minulosti • klimatické podmínky od počátku letopočtu - relativní stálost klimatotvorných faktorů - v Evropě teploty a srážky v prvních stoletích analogické současnosti - postupné mírné oteplování do cca 8. století (suché a teplé klima) • daleké plavby Vikingů • kolonizace Grónska (Grönland - Zelená země) - středověké klimatické optimum (950-1300 n. I.) • vinařství v Británii - období deteriorace klimatu (1300-1550 n. I.) • od poloviny 14. stol. ochlazování-vyšší proměnlivost počasí v Evropě • zánik grónských osad v 15. století - tzv. malá doba ledová (1550-1850 n. I.) • nejvýraznější ochlazení v 17. století • formace menších horských ledovců v Evropě - současné oteplování (po r. 1850) Změny a kolísání klimatu v minulosti Average temperature over past 10 000 years = 15°C Mesopotamia flourishes Agriculture i emerges i Vikings in y T Greenland IPCC (2001) forecast: +2-3 X.wlth band of uncertainty 1 1. Hokxene Opt mum End of 1 last 1 ice age ■ Younger Dry as i 1 Medieval ■ Warm Uttte ice age h Europe (l5th-IBth centuries) 1940 21st century: very rapid rise ! i 1 1 20 000 10 000 2000 1000 300 100 Number ct years before present (quasi-log scale) + 103 Změny a kolísání klimatu v minulosti Změny a kolísání klimatu současný stav klimatu a jeho vývoj - postupný trvalý nárůst teploty vzduchu - krátké období ochlazení zhruba mezi lety 1940-70 - dopady kolísání (změny) nejvíce patrné ve vysokých z. š. v zimě (zmenšení rozlohy pevninských i horských ledovců) - chybně označováno jako globální oteplování - příčiny změny klimatu: • zesilování vlivu skleníkového efektu • růst obsahu antropogenních aerosolů v atmosféře • změny obsahu přirozených aerosolů v atmosféře (po vulkanických erupcích) • změny intenzity slunečního záření • změny v charakteru využití území (albedo,...) 71 36 74 37 Změny a kolísání klimatu Mezivládní panel pro změny klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) - vědecké mezivládní uskupení zal. r. 1988 - Světová meteorologická organizace (WMO) a Program OSN pro životní prostředí (UNEP), sekretariát v Ženevě (WMO) - vyhodnocování rizika změny klimatu - nikoliv vlastní výzkum, ale pouze publikace zpráv a analýza existujících podkladů - I. hodnotící zpráva (1990) - aktuálně V. hodnotící zpráva (2014) - 3 části (Fyzikální základy, Dopady, adaptace a zranitelnost, Mitigace) - Speciální zpráva o emisních scénářích (SRES, 2000) Q web IPCC: http://www.ipcc.ch měny a kolísání klimat Příspěvky k radiačnímu působení Příspěvek Hodnota 1 VrmJ Měřítko LOSU i 1 ' 1 Skleníkové plyny ! ^■E—i 1 1.66 [1,49 až 133] Globálni Vysoký s dlouhou < n2o | l 0,48 [0.43 ai0.53] 0,16 [0.14 až 0.1 B] 0,34 [0.31 až 0.37] dobou života 1 MB"! J. Halogenovaně uhlovodíky Olobální ^V&oký Ozón Stratosféricky H —1 Troposférický i .0,05 [-0,15 aí 0.05] 0,3S[0.25ai0.65] Slobälní až kontinentálni Sliodni Stratosferická vodní pára z CH4 \ 0,07 [0.O2 až 0,12] Globálni Nizký Albedo povrchu Vyuiivánl krajiny i—S ■ i -0,2 [-0.4 ai 0.0] Lokálni až Stíedni ft Saze na sněhu 0,1 [0,0 sí 0.2] konn'nenlální - nízký Pľlmé íl ( [ [' li -,i fl 11 niotBlIri Síedni působeni kontinentálni ruký Aerosoly Vliv albeda oblaků -0,7 [-1.0 až-0,3] Globálni až kontínenlálni Nizký Kondenzační pruhy 0,01 [0.003až 0,03] Kontinentálni Nizký Intenzita slunečního záření b \ 0,12 [0,00 až 0.30] Antropogenni ! 1,6 [0.6 až 2.4] příspěvek celkem HíHIB -2-1012 Radiační působení 1 W rrr2 zdroj: IPCC2007 38 Změny a kolísání klimatu Pozorované změny teploty vzduchu při povrchu, 1901-2012 ^11 lili r -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.25 1.5 1.75 2.5 (°C) zdroj: IPCC 2013 78 39 Změny a kolísání klimatu Změny a kolísání klimatu budoucí vývoj klimatu Země - konstrukce klimatických scénářů - přijatelný popis klimatu při zahrnutí předpokládaných důsledků antropogenních vlivů - rozdíl mezi současným stavem (např. obdobím 1961-1990) a budoucím modelovým klimatem pro určitý časový horizont - projekce klimatu je odezva klimatického systému na určitý scénář emisí skleníkových plynů a aerosolů stanovená klimatickými modely - globální klimatické modely -> konstrukce regionálních scénářů změny klimatu - použití více různých klimatických modelů s cílem zohlednění nejistoty v modelování - emisní scénáře růstu emisí skleníkových plynů, popř. antropogenních aerosolů - IPCC: 4 hlavní skupiny emisních scénářů možného vývoje do konce 21. století (IPCC SRES) 40 Změny a kolísání klimatu emisní scénáře zohledňují různé stupně socioekonomického vývoje světa • různou míru růstu ekonomiky • způsoby a možnosti využívání palivo-energetických zdrojů • regionální odlišnosti ekonomického rozvoje • vývoj nových technologií • populační vývoj • způsoby globálního řešení ekonomických a sociálních problémů • způsob ochrany životního prostředí ... r / r- neřešeni problému životního prostředí • regionální rozložení míry nárůstu HDP A AI globální i rj ni Bl A2 B2 regionální zdroj: IPCC-TAR důraz na řešeni problémů životního pro střed Změny a kolísání klimatu scénář stručný popis AI rychlý růst ekonomiky a vývoj nových technologií A1FI intenzivní využívání fosilních paliv A1T bez fosilních paliv A1B vyvážené využívání všech zdrojů energie A2 heterogenní svít, silný populační nárůst, přetrvávající regionální ekonomické rozdíly Bl postupující globalizace, rychlý rozvoj informačních technologií, služeb, zavádění nových technologií B2 důraz ua udržitelný rozvoj, podpora regionálních ekouomik, různorodost technologických změn zdroj: IPCC-SRES 82 scénář mil úst teploty (°C) zvýšení hladiny oceánu (m) íiejlepší odhad rozpětí dolní/horní odhad rozpětí dolní/horní odhad BI 1.8 1.1-2.9 0.18-0.38 AIT 2,4 1,4-3.8 0.20 - 0,45 B2 2,4 1,4-3.8 0,20 - 0,45 AIB 2,8 1,7-4,4 0,21-0,48 A2 3,4 2.0 - 5,4 0,23 -0,51 AlFI 4.0 2,4-6,4 0,26 - 0.59 zdroj: IPCC-AR4 S3 měny a kolísaní klimati Varianta A 1FI (Fossil Intensive) 1 Scenár Ekonomický růs Technologický pokrok Globálnost/lokálnost vývoje Rychlý 9 miliard v roce 2050, pak postupný pokles Rychlý rozvoj Konvergentní svět, příjmy a způsob nových technologií života se vyrovnávají, velké kulturní a sociální interakce mezi různými částmi světa Doraz na spalovaní fosilních paiiv Varianta AI B (Balanced) Varianta Al T (Technological) Vyvážený důraz na různé energetické zdroje Důraz na nefosiinízdroje energie A2 Pomalejší Postupně rostoucí Poma lejší Regionálně orientovaný, nízkétempo globallzace B1 Rychlý (jako AI) Jako AI Důraz na ekologické řešení Globální řešení problémů B2 Střední Postupně rostoucí. Střední, důraz na Regionálně orientovaný ale pomaleji nežv A2 ekologická řešení Zdroj: Nakicenovic et oi. (2000) a Solomon et al. (2007). 84 Změny a kolísání klimatu nové scénáře RCP (Representative Concentration Pathways) využité v 5. hodnotící zp arávě Změna globální průměrné teploty při povrchu ' • ' ' 1 ^™ histofická . — Rcpza RCP8.5 32 ^ ' 42 i 32 Průměr za období 2081-2100 (b) Plocha mořského ledu na severní polokouli v září \ '10.0 i- 2100 S i O o. o. or o o a a: zdroj: IPCC2013 43 Změny a kolísání klimatu Arctic Temperature rise much larger than global average Decrease in Arctic sea ice coverage Decrease in Greenland ice sheet Decrease in permafrost areas Increasing risk of biodiversity loss Intensified shipping and exploitation of oil and gas resources Coastal zones and regional seas Sea-level rise Increase in sea surface temperatures Increase in ocean acidity Northward expansion of fish and plankton species Changes in phytoplankton communities Increasing risk for fish stocks I North-western Europe I Increase in winter precipitation I Increase in river flow I Northward movement of species I Decrease in energy demand for heating I Increasing risk ot -iver and coastal flooding Mediterranean region Temperature rise larger than European average Decrease in annual precipitation Decrease in annual river iftow Increasing risk of biodiversity loss Increasing risk of desertification Increasing water demand for agriculture Decrease in crop yields Increasing risk of forest fire : Increase in mortality from heat waves ASH Expansion of habitats for southern disease vectors Decrease in hydropower potential Decrease in summer tourisrh and . potential increase in other seasons Northern Europe Temperature rise much larger than global average Decrease in snow, lake andriver ice cover Increase in river flows Northward movement of species Increase in crop yields Decrease in energy demand for heating Increase in hydropower potential Increasing damage risk from winter storms Increase in summer tourism Mountain areas Temperature rise larger than European average Decrease in glacier extent and volume Decrease in mountain permafrost areas Upward shift of plant and animal species High risk of species extinction in Alpine regions Increasing risk of soil erosion Decrease in ski tourism Central and eastern Europe Increase in warm temperature extremes Decrease in summer precipitation Increase in water temperature Increasing risk of forest fire Decrease in economic value of forests European Environment Agoncy 45