Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrické rekultivace hnědouhelných lomů


Motivace

Hydrická rekultivace hnědouhelného lomu Ležáky, která dala vzniknout nové vodní ploše, jezeru Most, vedla ke změně charakteristik povrchu v této lokalitě. Nastalé změny spočívají především v odlišných teplotních vlastnostech (tepelná kapacita, tepelná vodivost), odlišné drsnosti povrchu a odlišném albedu vody oproti pevnému povrchu. To má nepochybně vliv na okolní atmosféru a ovlivňuje tak především teplotu a vlhkost, ale i další meteorologické veličiny v okolí jezera. Cílem meteorologické části studie je kvantifikovat tento vliv. Kromě statistických analýz historických i nově naměřených dat je pro tuto práci využit komplexní numerický model popisující chování atmosféry a její interakci s půdou a vodní plochou.

Data

Pro řešení našeho projektu jsou používána data z pěti meteorologických stanic:

  • Observatoř Milešovka (měření od roku 1905, automatizovaná od roku 1998), leží přibližně 20 km vzdušnou čarou od jezera v nadmořské výšce 837 m. Je používána jako referenční.
  • Observatoř Kopisty (měření od r. 1970, automatizovaná od roku 2004), která je od břehů jezera vzdálena asi 1 km. Součástí je 80 m vysoký meteorologický stožár.
  • CELIO, nově vybudovaná stanice, ležící na břehu jezera.
  • AK Most, nově vybudovaná stanice, ležící na břehu jezera.
  • Stanice na jezeře, umístěná přímo na vodní hladinu, je nově vybudovaná stanice, která kromě běžných meteorologických veličin měří také teplotu vody v šestnácti hloubkách do 20 metrů.

Zpracování, předběžné výsledky

Níže uvádíme dva předběžné výsledky. Práce budou pokračovat a očekáváme, že získané výsledky budou zpřesněny na větším souboru dat a že budou rozšířeny o vlivy jezera na další meteorologické prvky.

Za dobu zpracování projektu bylo provedeno statistické srovnání dvou období: 1998-2000, tedy doby, kdy v budoucím jezeře nebyla ještě žádná voda, a 2009-2011, tedy období napouštění jezera vodou, kdy předpokládáme, že rozsah vodní plochy byl takový, že mohl ovlivňovat mikroklima. Z výsledků vyplývá zvýšení relativní vlhkosti vzduchu v posledním období a pokles průměrných teplot vzduchu ve 2 m v 7, 14 a 21 hodin. Srážkové úhrny se podle statistického zpracování snížily v zimním období, v letním období došlo naopak k jejich nárůstu nebo stagnaci.

V modelové části proběhlo testování modelu COSMO s cílem určit parametry modelu vhodné pro horizontální rozlišení 333 m. Bylo tak vybráno vhodné nastavení okrajových podmínek, turbulence, velikosti simulovaného pole a byla zapojena vhodná vertikální vstupní data z analýz ECMWF. Byla provedena řada modelových výpočtů a jejich analýz pro letní a zimní období a pro různé velikosti jezera. Z výsledků vyplývá relativně významné ovlivnění teploty vzduchu působením jezerní plochy s největší simulovanou plochou jezera (2,8 x 1,6 km). Největší hodnota změny teploty je téměř 1,2°C v bezprostřední blízkosti zemského povrchu, které je dosaženo v letním období při situaci, kdy je naměřená teplota vzduchu o více než 3°C vyšší než povrchová teplota vody (viz obr.).

Obrázek 1:

Průměrný vliv jezera o velikosti 2,7 x 1,6 km na teplotu vzduchu v letním období. Křivky zobrazují vliv v několika vertikálních hladinách, jezero je vyznačeno modrým pruhem (viz legenda). Grafy jsou rozděleny podle rozdílu mezi naměřenou teplotou vzduchu (T2m) a teplotou povrchové vrstvy vody (Tw). Osa x představuje vzdálenost od jezera v gridových bodech, osa y vliv jezera na teplotu ve °C.

Fotogalerie meteorologických měření:

Software ALAKE (ÚFA AVČR v.v.i.)

Software ALAKE byl vyvinut jako nástroj určený k výpočtu vlivu vodní plochy (jezera) na teplotu vzduchu. Impulsem pro jeho sestavení byly hydrické rekultivace hnědouhelných lomů, které jsou prováděny v severních Čechách. Hydrická rekultivace spočívá v zatopení zbytkové jámy po ukončení těžby a je to jedna z forem, které se v severních Čechách využívají pro obnovu krajiny po těžbě v současné době a jsou v plánu i do budoucna. Protože vznik vodní plochy znamená změny v charakteru povrchu, jako jsou teplotní vlastnosti, albedo a drsnost, dochází zároveň i k ovlivnění atmosféry.

Při sestavování modelu ALAKE byl jako modelové jezero využit zatopený lom Most. Přibližně kilometr od jeho břehu se měří meteorologické veličiny v observatoři Kopisty již od roku 1969, což znamená, že měření jsou k dispozici z doby před vznikem jezera. Pro účely výzkumu pak byla zbudována meteorologická stanice přímo na jezeře, která mimo měření meteorologických veličin poskytla měření teploty vody do hloubky 20 m.

Pro nasimulování vlivu jezerní plochy na teplotu vzduchu byl použit nehydrostatický numerický model předpovědi počasí COSMO. Model byl použit s horizontálním rozlišením 333 m a se 70ti nerovnoměrně rozdělenými vertikálními úrovněmi. Aby výsledky nebyly přímo závislé na konkrétním místě, byly do modelu zadány konstantní hodnoty některých parametrů, jako je drsnost povrchu, typ půdy, vegetace a plochý terén. Byl nastaven obdélníkový tvar jezera, přičemž se při výpočtech měnila jeho délka. Vstupní meteorologická a hydrologická data byla připravena z měření na stanici Kopisty, měření na jezeře a z analýz Evropského centra pro střednědobou předpověď. Na základě výsledků z modelových výpočtů v COSMO modelu pak byly určeny parametry zjednodušeného fyzikálního modelu ALAKE.

Software ALAKE počítá změny v teplotě vzduchu ve 2 m nad zemským povrchem, způsobené přítomností jezera. Jako vstupní hodnoty se zadávají šířka jezera, teplota vody v jezeře, teplota zemského povrchu, teplota vzduchu ve 2 m, rychlost větru a relativní vlhkost vzduchu.

Software ALAKE existuje ve dvou verzích – verzi ALAKE 1D a ALAKE 2D. Druhá varianta odhaduje vliv jezera na teplotu vzduchu v plošném měřítku a vstupní parametry jsou doplněny o směr větru.

Návod k instalaci softwaru

Popis modelu