1. ÚVOD DO STUDIA METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE 1.1 METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE JAKO VĚDNÍ DISCIPLÍNY • meteorologie a klimatologie jsou nauky o zemské atmosféře a povětrnostních jevech a dějích, které se v ní odehrávají • Platón (427-347 př. n. l.) – „meteora“ – věci nadzemské, „meteoros“ – vznášející se ve výši • Aristoteles (384-322 př. n. l.) – dílo „Meteorologica“ • meteorologie – věda fyzikální, klimatologie – věda geografická • Meteorologie – věda o atmosféře, její stavbě, vlastnostech a v ní probíhajících fyzikálních procesech, která studuje: a) složení a stavbu atmosféry b) oběh tepla a tepelný režim v atmosféře a na zemském povrchu c) oběh vody a její fázové změny v atmosféře d) atmosférické pohyby e) elektrické pole atmosféry f) optické a akustické jevy v atmosféře [Bednář, J. (1989): Pozoruhodné jevy v atmosféře. Atmosférická optika, akustika a elektřina. Academia, Praha, 240 s.] • Hipparchos (190-120 př. n. l.) – „klinein“ – sklánět se • Klimatologie – věda o klimatech Země, o podmínkách a příčinách jejich utváření, o působení klimatu na objekty činnosti člověka, samotného člověka a na různé přírodní děje, a naopak, která studuje: a) obecné zákonitosti klimatických jevů b) genezi zemského klimatu c) změny a kolísání klimatu (meliorace klimatu, scénáře) 1.2 HISTORICKÝ VÝVOJ METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE • starověké civilizace – vazba zemědělská produkce – povětrnostní jevy • astrometeorologie – souvislost s vesmírnými tělesy • antika – základy vědecké meteorologie (věž větrů v Athénách) • středověk – objevování cizích krajů (nové meteorologické jevy), kronikářské záznamy, snahy o předpověď počasí (povětrnostní pranostiky) • „stoletý kalendář“ Mauricius Knauer (1613-1664), opat kláštera v Langenheimu, zaznamenával v letech 1652-1659 počasí s cílem zjistit vliv 7 planet Ptolemaiova systému (tzv. vládnoucí planety) Christoph Helwig (1663-1721), lékař z Erfurtu, přisoudil Knauerovým záznamům všeobecnou platnost a pozorované počasí označil jako předpovídané (7letý cyklus – např. roky ve znamení Saturna – nestálé a proměnlivé, ve znamení Venuše – vlhké a teplé) • Galileo Galilei (1564-1642) a jeho žáci – konstrukce fyzikálních přístrojů pro meteorologická měření • Accademia del Cimento (Akademie pokusu) 1657 – přístrojová pozorování v Itálii i mimo ni – Rete Medicea • teplotní řada střední Anglie (od roku 1659), srážková řada Kew, Surrey (od roku 1697) • 1717-1726 – vratislavský lékař Johann Kanold publikoval výsledky měření a pozorování z různých míst Evropy (po Kanoldově smrti síť pokračovala do roku 1730) • Societas Meteorologica Palatina (Mannheimská společnost meteorologická) roku 1780 – publikace výsledků 39 stanic z let 1780-1792 – do sítě stanic zahrnuta i Praha- Klementinum České země: • nejstarší písemná zpráva o počasí: zima 974/75 „Velmi tuhá a dlouhá zima.“, 15. května 975 „Napadlo mnoho sněhu.“ (Mnich sázavský – doplněk Kosmovy kroniky - patrně se netýká přímo českých zemí) • nejstarší denní záznamy počasí od 14. července 1533 do 9. dubna 1545 z jihovýchodní Moravy – Jan z Kunovic • nejstarší přístrojová měření od 21. prosince 1719 do 31. března 1720 ze Zákup – Johann Carl Rost • nejstarší denní pozorování počasí třikrát denně před 7. květnem 1771 (po 9. březnu 1775) v Telči – František Alois Mag z Maggu • nejstarší souvislá přístrojová měření v Praze-Klementinu od 1. ledna 1775 (1752, 1771) teplota a tlak vzduchu, od 1. května 1804 srážky (Josef Stepling, Antonín Strnad, Alois David) [Krška, K. – Šamaj, F. (2001): Dějiny meteorologie v českých zemích a na Slovensku. Karolinum, Praha, 568 s.] • v 19. století vznik národních sítí meteorologických stanic a meteorologických institucí (1851 - Zentralanstalt für Meteorologie und Erdmagnetismus ve Vídni) • 1817 – definice klimatu od A. von Humboldta (1769-1859) • 1820 – mapa současného rozdělení tlaku vzduchu (synoptická) od H. W. Brandese • vynález telegrafu synoptická meteorologie • hydrodynamika a termodynamika – dynamická meteorologie, radiační a elektrické děje v atmosféře • geografické podmínky vývoje klimatu a jeho regionální odlišnosti (A. I. Vojejkov 1842- 1916, J. von Hann 1839-1921, W. Köppen 1846-1940) • norská frontologická škola (V. Bjerknes) • rozvoj aerologie, aktinometrie • využití nových technických prostředků – radiolokační (radarová) meteorologie, družicová meteorologie • čistota ovzduší a jeho ochrana, alternativní zdroje energie (sluneční záření, vítr) • potřeba mezinárodní spolupráce (přístroje, metodika pozorování, výměna informací) – r. 1873 ustavena Mezinárodní meteorologická organizace • World Meteorological Organisation (WMO): – 22 zakládajících zemí včetně Československa (Washington 1947) – 23. březen 1950 - Světový meteorologický den (po připojení 30. státu k dohodě) – generální tajemník - výkonný výbor – Ženeva – Programy: World Weather Watch, World Climate Programme (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) Obr. 1 Schéma IPCC (dr. Metelka, ČHMÚ Hradec Králové) 1.3 POČASÍ A PODNEBÍ • počasí – okamžitý stav atmosféry ve vrstvě od zemského povrchu po tropopauzu, popsaný souborem meteorologických prvků a jevů v daném místě • meteorologické prvky: sluneční záření, sluneční svit, teplota půdy, teplota vzduchu, tlak vzduchu, výpar, vlhkost vzduchu, oblačnost, srážky, vítr • meteorologické jevy (meteory) – hydrometeory, litometeory, fotometeory, elektrometeory • povětrnost – ráz počasí během několika dnů • počasí je charakteristické velkou časovou a prostorovou proměnlivostí na rozdíl od relativně časově stálého klimatu • klima (podnebí) – souhrn a postupné střídání všech stavů atmosféry (podmínek počasí) možných v daném místě, které je důsledkem různých, nepřetržitě probíhajících klimatotvorných procesů; klimatotvornými procesy se rozumí fyzikální procesy v atmosféře a aktivní vrstvě půdy (přeměna a přenos energie, oběh vody atd.), které jsou důsledkem nepřetržitého působení klimatotvorných faktorů: a) astronomické – plynou z vlastností Země jako planety, ovlivňují přítok sluneční energie a její transformaci stejně jako pohyb vzduchu b) geografické – jsou dány polohou a vlastnostmi různých částí zemského povrchu c) cirkulační – umožňují přenos vzduchových hmot různých fyzikálních vlastností na Zemi d) antropogenní – živelné a záměrné změny vlastností atmosféry a zemského povrchu související s činností člověka 1.4 KLIMATICKÝ SYSTÉM A JEHO VLASTNOSTI • úplný klimatický systém (ÚKS) – subsystémy: a) atmosféra b) hydrosféra c) kryosféra d) povrch souše e) biosféra • charakteristika ÚKS: velmi komplikovaný – chaotický systém, velký počet stupňů volnosti, nelineární procesy různého měřítka, neuspořádanost různých zdrojů a toků energie, bezprostřední (přímé) a zpětné (feedback) vazby zpětná vazba – část výstupu působením systému je dodávána na vstup a současně mění výstup: zesílení působení – pozitivní zpětná vazba, zeslabení – negativní zpětná vazba význam a váha zpětných vazeb závisí na časové škále chování systému, který je ovlivňován, tj. na čase odezvy (equilibrium time, response time, adjustment time) krátký čas odezvy – systém reaguje rychle na změnu, je v kvazi-rovnovážném stavu počasí – okamžitý stav ÚKS popsaný souhrnem globálních polí charakteristik jednotlivých subsystémů klima – statistický soubor stavů, jimiž prochází ÚKS během několika desetiletí • prostorová proměnlivost ÚKS: a) topická až chorická b) regionální c) globální • časová proměnlivost ÚKS: a) sezónní b) meziroční (interannuální) c) sekulární – změny a kolísání klimatu • jednoznačnost x mnohoznačnost zemského klimatu jako výsledek působení klimatotvorných faktorů: a) dynamický systém – stav systému, fázová rovina, fázová trajektorie b) ergodický systém – ze všech výchozích stavů vývoj probíhá stejnými body fázové roviny jednoznačnost zemského klimatu (tranzitivní) c) neergodický systém – z různých výchozích stavů vývoj probíhá různými částmi (body) fázové roviny mnohoznačnost zemského klimatu (netranzitivní) d) klima Země se považuje za pseudonetranzitivní – možné přechody mezi jednotlivými částmi fázové roviny zpochybnění prognózy klimatu, velký význam živelného a záměrného antropogenního působení na klimatický systém 1.5 ZPŮSOBY ZÍSKÁVÁNÍ METEOROLOGICKÝCH DAT A INFORMACÍ Český hydrometeorologický ústav Praha 1.5.1 Přízemní meteorologická měření a pozorování • meteorologická měření (přístroje) a pozorování (vizuální) • meteorologické stanice: a) synoptické a letecké stanice hlavní synoptické termíny: 00, 06, 12, 18 h UTC, vedlejší: 03, 09, 15, 21 h UTC – údaje pro přízemní synoptické mapy (zpráva SYNOP) b) klimatologické stanice klimatologické termíny: 07, 14, 21 h středního místního času c) agrometeorologické a fenologické stanice d) speciální stanice • klimatologické stanice: a) základní b) doplňkové c) srážkoměrné d) speciální • meteorologické stanice podle obsluhy: a) profesionální b) dobrovolnické c) automatické • zpracování klimatologických údajů: a) logická kontrola a archivace dat b) relativní homogenita pozorování (METADATA, testy, homogenizace) - viz cvičení c) výpočet statistických charakteristik pro normální období: 1901-1930, 1931-1960, 1961-1990 a jejich kombinace 1.5.2 Aerologická měření • aerologická stanice (Praha-Libuš) – vertikální sondáž atmosféry pomocí radiosond • tlak, teplota a vlhkost vzduchu, rychlost a směr větru pro různé výškové hladiny • výškové synoptické mapy pro hladiny 850, 700, 500, 300 hPa (zpráva TEMP) 1.5.3 Radiolokační měření • radiolokační meteorologické stanice (Praha – Brdy, Skalky – Drahanská vrchovina) • nepřetržité pozorování meteorologických objektů a jevů (oblaka, srážky) • radar registruje radiolokační odraz (radioecho), kdy se vrací část elektromagnetické energie vyslané v podobě směrového paprsku od objektu • režim činnosti – indikátor kruhového obzoru, indikátor dálka-výška • operativní informace o intenzitě srážek – povodňová ochrana 1.5.4 Družicová měření • meterologické družice: a) s polární drahou (NOAA, Meteor) b) geostacionární družice – Meteosat • globální družicový meteorologický systém • družicová informace: a) snímky zemského povrchu a oblačnosti – viditelná část spektra (500-900 nm) – infračervená část spektra (10500-12500 nm) b) radiační měření – kanál vodní páry (5700-7100 nm) c) předávání měření z pozemních stanic 1.6 ČLENĚNÍ METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE • podle stupně vlivu aktivního povrchu na klimatotvorné procesy: a) klimatologie přízemní atmosféry b) klimatologie mezní vrstvy atmosféry c) klimatologie volné atmosféry (aeroklimatologie) • podle kategorií klimatu: a) mikroklimatologie b) mezoklimatologie c) makroklimatologie • podle zaměření studia: a) klimatologie obecná b) klimatologie aplikovaná – bioklimatologie – vliv podnebí na živé organismy a naopak – agroklimatologie – vliv podnebí na zemědělství – technická klimatologie – vliv podnebí na průmyslovou výrobu (stavební klimatologie) – dopravní klimatologie – vliv podnebí na dopravu (letecká klimatologie) 1.7 VÝZNAM METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE PRO LIDSKOU SPOLEČNOST • povětrnostní a klimatické podmínky ovlivňují činnost člověka • využít příznivé stránky a minimalizovat negativní stránky • předpovědi počasí • klimatologické údaje – projekční a plánovací činnost, alternativní energetické zdroje 1.8 METEOROLOGICKÉ A KLIMATOLOGICKÉ PUBLIKACE, ORGANIZACE METEOROLOGIE • Základní pramenná díla klimatografie Československa (období 1901-1950): – Atlas podnebí Československé republiky (1958) – Tabulky k Atlasu podnebí (1961) – období 1901-1950 – Souborná studie (1969) – období 1901-1960 • Atlas podnebí Česka (2007) – období 1961-2000 • Publikace výsledků meteorologických měření a pozorování: – Ročenka povětrnostních pozorování meteorologických stanic – do roku 1977 – Ovzdušné srážky na území Československé republiky – do 1978 – další ročenky (fenologické, znečištění ovzduší) • Aktuální publikace ČHMÚ: – Denní přehled počasí – Měsíční přehled – Ročenka observatoře Praha-Karlov – agrometeorologické přehledy • Meteorologické vzdělávání: – katedra meteorologie a ochrany prostředí MFF UK v Praze – obor meteorologie • Instituce: – Česky hydrometeorologický ústav – Ústav fyziky atmosféry AV ČR Praha – katedry vysokých škol – Národní klimatický program ČR (Praha) • Společnosti: – Česká meteorologická společnost (pobočka Praha) • Meteorologické publikace v ČR: – časopis Meteorologické zprávy (6 čísel ročně) od roku 1947 – publikační řada Národního klimatického programu České republiky (32 svazků) – publikační řady institucí • Mezinárodní meteorologické společnosti: – European Meteorological Society (EMS) • Hlavní zahraniční klimatologické časopisy: – Journal of Climate – Climate Dynamics – Climate of the Past – Climatic Change – International Journal of Climatology – Climate Research – Theoretical and Applied Climatology – Meteorologische Zeitschrift – Weather – Bulletin of the American Meteorological Society 1.9 METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE – STUDIJNÍ LITERATURA • Barry, R. G., Chorley, R. J. (2003): Atmosphere, weather and climate. 8th ed. Routledge, London, 421 s. • Bednář, J. (2003): Meteorologie. Úvod do studia dějů v zemské atmosféře. Portál, Praha, 224 s. • Netopil, R., Brázdil, R., Demek, J., Prošek, P. (1984): Fyzická geografie I. Státní pedagogické nakladatelství, Praha, 272 s. • Sobíšek, B., ed. (1993): Meteorologický slovník výkladový a terminologický. Academia, Ministerstvo životního prostředí ČR, Praha, 594 s. • Tolasz, R., Míková, T., Valeriánová, A., Voženílek, V. (2007): Atlas podnebí Česka. Český hydrometeorologický ústav, Univerzita Palackého, Praha, Olomouc, 251 s. • Mezivládní panel pro změny klimatu – IPCC (2013): Závěry pracovních skupin I a II – shrnutí pro politické představitele. Viz web Ministerstva životního prostředí ČR.