Teplotní rozdíly mezi radiačním štítem a ČS meteorologickou budkou Daniel Bareš; Martin Možný; Jiří Novák; Martin Stalmacher Český hydrometeorologický.

Prezentace na téma: "Teplotní rozdíly mezi radiačním štítem a ČS meteorologickou budkou Daniel Bareš; Martin Možný; Jiří Novák; Martin Stalmacher Český hydrometeorologický."— Transkript prezentace:

1 Teplotní rozdíly mezi radiačním štítem a ČS meteorologickou budkou Daniel Bareš; Martin Možný; Jiří Novák; Martin Stalmacher Český hydrometeorologický ústav observatoř Doksany doksany@chmi.cz

2 Kolísání teploty vzduchu je často diskutovanou otázkou v souvislosti s nedávnou změnou klimatu (Hansen et al., 2010). Otázka přesnosti měření je nesmírně důležitá v operativní meteorologii a klimatologii. Přesné měření teploty vyžaduje minimalizaci negativních dopadů; umístění stanic a teploměrů (např. záření a překážky). Světová meteorologická organizace (WMO) definuje měření teploty vzduchu jako: Měření prováděné čidlem, které je vystaveno přirozenému proudění vzduchu v místě, jež je chráněno před přímým slunečním zářením (WMO, 1996). Úvod:

3 a) Modifikace Stevensonovy meteorologické budky (Kocourek 1956) c) Od roku 1997 postupný přechod k automatizovanému měření, se zavedením odporových teploměrů umístěných v lamelovém stínění b) Česko-slovenská modifikace nahradila původní zastíněné dno drátěným sítem. Tím došlo ke zvýšené radiační výměně s terénem v těsné blízkosti dna. Později byly původní dřevěné nahrazeny plastovými.

4 V současné době je operativní meteorologie založena pouze na těchto automatizovaných měřeních, ale některé stanice si udržují paralelní manuální měření s teploměrem v meteorologické budce. Mnoho krátkodobých srovnávacích měření v aerodynamických tunelech a polních pokusech odhalily poměrně velké rozdíly v měření kvůli změnám v oblasti ochrany před zářením. Rozdíly byly největší za určitých povětrnostních podmínek (bezvětří, jasné a slunečné dny, jasno se sněhovou pokrývkou). Studie zkoumající rozdíly (Brock et al, 1995;. Barnett et al, 1998;. Lin et al, 2001;. Van der Meulen a Brandsma, 2008). (Petäjä 2004, Nagy 2006;. Lacombe et al, 2011). V této studii jsme zkoumali výsledky 10 let časové řady srovnávacích měření v Doksanech, se zaměřením především na průměrné, maximální a minimální teploty vzduchu.

5 a) Srovnávací měření bylo provedeno na OBS v Doksanech mezi dubnem 2000 a prosincem 2009 b) Ruční měření teploty vzduchu Průměrná denní teplota, Tmean byla vypočítána podle rovnice: Tmean = (T07 + T14 + 2 * T21) / 4. c) klimatologické normy: průměrná roční teplota vzduchu 8,5 °C průměrný roční srážkový úhrn 456 mm.

6 a)Průměrná 74% všech rozdílů bylo 0,5 °C 97% bylo 1 °C 100% bylo 2 °C b) Minimální 60% rozdílů bylo 0,5 °C 79% bylo 1 °C 99% bylo 2 °C c) Maximální 62% všech rozdílů bylo 0,5 °C 70% bylo 1 °C 98% bylo 2 °C Denní rozdíly v teplotách vzduchu

7 Průměrné měsíční rozdíly teploty vzduchu a) Průměr rozdíl mezi -0,5 °C až 0,29 °C b) Minimum rozdíl -0.45 °C až 0,96 °C c) Maximum rozdíl -1.22 °C až -0,21 °C Průměrný rozdíl v zimním období -0,19 °C průměrné teploty vzduchu -0,44 °C maximální teploty vzduchu -0,25 °C minimální teploty vzduchu Průměrný rozdíl v průběhu léta 0,21 °C průměrné teploty vzduchu -1,13 °C maximální teploty vzduchu 0,73 °C minimální teploty vzduchu

8 Závislost na oblačnosti a rychlosti větru TS zachytí až 20% slunečního záření odraženého od travního porostu a až 80% ze sněhové pokrývky během klidného a slunečného dne. RS zachytí pouze 2-7% slunečního záření. a) zataženo s rychlostí větru < 3 m/s rozdíl -0,4 °C až -0,2 °C. rychlost větru > 3 m/s, rozdíl -0,1 °C až 0 °C b) jasný den s rychlostí větru < 3 m/s rozdíl -0,3 ° C. rychlost větru > 3 m/s rozdíl od -0,2 °C až 0 °C

9 Klimatologická pozorování ve 14:00 Rozdíly teplot vzduchu mezi TS a MRS v závislosti na: a) Rychlosti větru (R2 = 0,47, P <0,01) b) Oblačnosti (R2 = 0,14, P <0,01) c) Odraženém záření (solární radiaci) (R2 = 0,23, P <0,01)

10 Variabilita odraženého záření Nejvyšší záření se vyskytuje v polovině července, a nejnižší v prosinci. Závislost na sněhové pokrývce Vysoká variabilita odraženého záření v zimním období je důsledkem změn v albedo. Albedo sněhové pokrývky (0,4- 0,9) závisí na mnoha faktorech: hloubka a stáří sněhové pokrývky množství slunečního záření oblačnost Data pro každý rok barevně odlišena

11 a) Teplotní rozdíly mezi TS a MRS při jasném dnu s rychlostí větru méně než 3 m/s dosáhla až 2,6 °C během dne; až -1 °C v noci. Data z 11. – 12. 9. 2010 b) Teplotní odchylky až 4,1 °C, při sněhové pokrývce data z 8. 2. 2010 Vliv na rozdílnost teplot vzduchu ukázala studie (Huwald et al., 2009) Záření v kombinaci se sněhovou pokrývkou může zvýšit rozdíl až cca na 8 °C při rychlosti větru 0 m/s (Gill, 1983).

12 Největší rozdíly jsou v oblastech s nejvyšším výskytem větru o rychlosti nižší než 3 m/s, jako například v údolí řek a pánevních oblastech Čech (Tolasz et al., 2007). Výskyt bezvětří se na stanicích ČHMÚ pohybovala od 11% až 41% (Churáňov 11%; Kostelní Myslová 14% ; Kocelovice 18%; Doksany 41%; Milešovka 3% v letech 2000 - 2011. Průměrné denní maximální rozdíly teplot mezi TS a MRS se pohybovaly od 0,1 do 0,6 °C (Milešovka 0,09 °C, Churáňov 0.2 °C, Kostelní Myslová 0,23 °C, Kocelovice 0.32 °C, Doksany 0,6 °C) v období 2000 - 2011. Nejvyšší naměřený rozdíl teplot mezi TS a MRS byl 4,8 °C na stanici Kostelní Myslová.

13 15 stanic má nižší průměry rychlosti větru než porovnávaná OBS Doksany

14 Simulované a skutečné rozdíly statisticky významný vztah mezi TS a MRS pro a) denní maximální teploty vzduchu (R2 = 0,93, P <0,01) b) denní minimální teploty vzduchu (R2 = 0,86, P <0,01). ROVNICE AT = B0 - b1U - b2N + + b3R Li U rychlost v m / s, N výši oblačnosti, R odražené záření ve W/m2, Li chyby při měření, a B0, B1, b2, b3 jsou koeficienty, které se odhadují. Koeficienty byly upraveny pomocí výsledků desetileté série srovnávacích měření z Doksan. (Trnka et al, 2005;. Hlavinka et al, 2010;.. Trnka et al, 2010).

15 Vliv na analýzu časových řad Přechod z TS MRS měření byla spojena s poklesem -0.34 °C průměrné teploty vzduchu v zimním období. Průměrná teplota vzduchu v létě se zvýšila o 0,26 °C Průměrná maximální teplota vzduchu v létě klesla o -1.11 °C Průměrná minimální teplota vzduchu se zvýšila o 0,91 ° C. Průměrná min. teplota vzduchu v zimním období se snížila o -0.38 °C. Rozdíly v denních amplitudách kolísaly mezi -0.52 °C až -1.07 °C (-0,52 ° C v zimě, -0,92 ° C, na jaře, -1,07 ° C v létě a -0,79 ° C, na podzim). Průměrné max. teplotní rozdíly mezi Doksany a Milešovkou kolísaly od -4.09 °C až -5,1 °C (-4,09 °C v zimě, -4,68 °C na jaře, -5,1°C v létě a -5,09 °C na podzim) na TS od -2.92 °C až -4.17 °C (-3,65 °C v zimě, -3,14 °C na jaře, -2,92 °C v létě a -4,17 °C, na podzim) pro MRS.

16 Průměrné minimální teplotní rozdíly mezi Doksany a Milešovkou Pro srovnávací období se rozdíly pohybovaly: TS od -1.21 °C do -1.86 °C (-1,86 °C v zimě, -1,21 °C, na jaře, -1,71 °C v létě a -1,53 °C, na podzim) MRS od -0.56 °C do -1,8 °C (-1,8 °C v zimě, -0,98 °C na jaře, -0,56 °C v létě a -1,11 °C, na podzim)

17 Srovnání liniových trendů maximálních (Tmax)a minimálních (Tmin) teplot vzduchu na OBS Doksany mezi (TS) a (MRS) pro období2001-2010.

18 V letech 2001 až 2010 v Doksanech MRS ukázaly rostoucí trend denních (Tmin) ve všech ročních obdobích, s (Tmax) rostoucích na jaře a v létě. Za stejné období, TS ukázala nárůst maximálních denních teplot vzduchu ve všech ročních obdobích, a minimální růst teploty v zimě a na jaře Jednou z možných příčin nehomogenity v teplotních řadách v ČR je pokračující automatizace pozorování. Je potřebné určit, zda lidské a automatizované pozorování může být spojeno s cílem vytvořit homogenní časovou řadu. Nehomogenita teplotních řad může negativně ovlivnit výsledky analýz biometeorologických a klimatických modelů (Možný a kol., 2012). Přechod na měření teploty s MRS způsobil výrazný pokles průměrné a minimální teploty v zimě a významný nárůst v létě vzhledem k měření z TS. Kromě toho, maximální teploty byly nižší v průběhu celého roku. Největší rozdíly se objevily u minimální a maximální teploty, zatímco nejmenší byly pozorovány u průměrných denních teplot vypočítaných z klimatologických pozorovacích časů.

19 Závěr Průměrný teplotní rozdíl mezi PS a MRS se pohyboval od 0,3 °C až 2,8 °C. Chyba vzrostla během jasných dní s rychlostí větru méně než 3 m/s, a k teplotní odchylce až 4,1°C došlo v případě sněhové pokrývky. Rozdíly mezi TS a MRS u průměrné teploty byly nižší než 0,2 °C pokud byla zatažená obloha a rychlost větru nebyla vyšší než 3 m/s. Teplotní data z10-tiletých časových řad získaných z MRS nebyly v souladu s historickými daty z TS. Údaje z MRS mohou být opraveny na TS data pomocí modelu SITEDI. Použití surových dat z TS a MRS může mít negativní dopad na analýzy časových řad. Sezónní pokles nebo zvýšení teploty způsobené změnou měření by mohlo vést k nesprávným závěrům.Největší dopad byl pozorován u maximálních denních teplot vzduchu. Je důležité zvážit, zda údaje o teplotě v České republice a na Slovensku se získávají buď z TS nebo MRS při analýze a modelování teplotních dat ve střední Evropě

20 Studie byla publikována: Ministry of Education, Youth and Sports project OC10010, LD11041 and National Agency for Agriculture Research project Q191C054. Dr. Trnka’s work is also supported by a CzechGlobe Centre project (CZ.1.05/1.1.00/02.0073). Poděkování Vol. 21, No. 2, 125-133 (April 2012) Meteorologische Zeitschrift,

21 Děkujeme za pozornost kolektiv OBS Doksany