POTENCIÁLNÍ VLÁHOVÁ BILANCE V LETECH 2000 AŽ 2003 Potential Moisture Balance during Mojmír Kohut 1, Jaroslav Rožnovský 2

Transkript

1 POTENCIÁLNÍ VLÁHOVÁ BILANCE V LETECH 2 AŽ 23 Potential Moisture Balance during 2-23 Mojmír Kohut 1, Jaroslav Rožnovský 2 1 Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno 2 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně A b s t r a c t : The course of the weather in 2-23 was typical by the lack of precipitation, and therefore by this occurrence of drought, it made us try to find the possibility of operative evaluation of drought occurrence. For this evaluation, we used the Potential Moisture Balance (PMB), which we have determined as the difference between precipitation and potential evapotranspiration. From our evaluation it follows, that by this method it is possible to very convincingly characterise moisture conditions. Generally it may be said, that during the evaluated period of 2-23, we find limiting PMB values in the summer months. During the evaluated years, negative values of PMB were more distinct, only year 22 had due to the floods high positive values. Year 23 had clearly a higher deficit of PMB than year 2 in July and August, in June the deficit was higher in 2 in half of the stations. With the help of long-term average ( ) we may state, that the positive values of PMB change to negative ones in most of the stations at the end of March, and what is very significant, the cumulative PMB is negative for the whole of the rest of the year. The biggest decrease is in August, or in September as the case may be, and autumn precipitation does not equalise the deficit. The yearly value of the PMB is around 1 to 15 mm. Out of the evaluated years, the greatest negative sum of PMB was for 23, when on some stations the deficits were double that of the average, but always exceeded the value of 1 mm. A significant decrease as opposed to the average occurred also in the year 22. Year 21 corresponded approximately to the long-term average. Key words: moisture balance, potential evapotranspiration, drought Úvod V posledních letech byly na území české republiky zaznamenány mimořádné úhrny srážek, ale i jejich nedostatek, tedy výskyt sucha, a to v letech 2 a 23. Zajištění dostatku vody v naší krajině je dáno pouze srážkami. Proto nacházíme nejčastěji v literatuře hodnocení vláhových poměrů podle výše srážkových úhrnů (Kurpelova a kol. 1975, Petr a kol. a další). V našich nejúrodnějších oblastech je dostatek vody jednoznačně limitujícím faktorem výnosů.výskyt období je v našich klimatických podmínkách typický (Vitásek 1942, Trachtulec 1984, Krška 198), kdy za hrubou hranici sucha považuje roční úhrny srážek 55 mm. Nedostatek půdní vláhy se potom projeví ve vegetačním období pokud srážkový úhrn nepřekročí 34 mm, v jednotlivých měsících, když úhrn srážek nedosáhne 5 mm. Suchost podnebí - aridita, v pojetí klimatologie vyjadřuje výrazně převažující výpar nad množstvím spadlých srážek. Jako suché období je často v klimatologické literatuře označováno období bezsrážkové. Tímto míníme vždy určitý počet po sobě jdoucích dnů (nejčastěji nejméně 5 dnů), kdy nebyly na stanici naměřeny srážky, případně byly srážky velmi malé (, mm, výjimečně 1 mm) jak uvádí Nosek (1972). Z tohoto pohledu je nutné věnovat velkou pozornost variabilitě srážkových úhrnů a jejich trendu. Rozbory této problematiky uvádějí např. Groisman, Easterling (1994), Litschmann, Rožnovský (1993). Sucho agronomické lze vyjádřit jako nedostatek vody v půdě vyvolaný suchem meteorologickým, nejčastěji chápaným jako nedostatkem srážek, které se nevyskytují vůbec

2 anebo jen v malých úhrnech (Kott 1993, Novák 1995, Slavíková 1986). Toto znamená, že výskyt sucha je doslova limitován vlastnostmi půd, jejich hydropedologickými charakteristikami. Stejné úhrny srážek se v tomto pohledu budou projevovat různě. Zákonitě se při výskytu sucha uplatňuje vliv evaporace, v porostech potom evapotranspirace zvyšované vyššími teplotami vzduchu a většími rychlostmi větru (Rožnovský, Kohut 21, Becker et al.1993, Brautsaert, 1982, Matejka et al. 21). Z literárních podkladů pro naše území je zřejmé, že ačkoliv lineární trendy u průměrných teplot a úhrnů srážek vykazují tendenci potvrzující domněnku o postupné aridizaci našeho území (Litschmann, Rožnovský 1993, Rožnovský 1989) ukazuje se však, že tyto trendy nejsou na běžně používaných hladinách významnosti signifikantní. V souvislosti s trendy je bohatě studována problematika možné změny klimatu. Možné dopady změny klimatu na zemědělství a krajinu jsou analyzovány v práci Brázdil, Rožnovský et al. (1996). Agroklimatologické vymezení sucha pro Československo pomocí ukazatele zavlažení, vyjádřeného rozdílem potenciální evapotranspirace a srážek za letní měsíce (VI až VIII) uvádí Kurpelová a kol. 1975). V oblasti agrometeorologických služeb se jeví stále potřebnější předpovídání sucha. Zatím jsou spíše k dispozici postupy hodnocení sucha z klimatologického pohledu, ovšem nejen ze zemědělství, ale z vodního hospodářství je snaha získat operativní metodu předpovědi sucha. Proto jsme se rozhodli posoudit roky 2 až 23, které měli odlišný chod srážek a teplot vzduchu, pomocí potenciální vláhové bilance. Materiál a metody Potenciální vláhovou bilancí travního porostu (dále jen PVB) rozumíme rozdíl mezi srážkovými úhrny a potenciální evapotranspirací travního porostu (dále jen PEVA), všechny údaje jsou uvedeny v mm. Pokud je výsledná vláhová bilance záporná, jedná se o nedostatek vláhy (PEVA převažuje nad srážkami), v opačném případě hovoříme o nadbytku vláhy (srážky převažují nad PEVA). Hodnoty PEVA pro soubor klimatologických stanic ČR jsou jedním ze základních výstupů agrometeorologického modelu AVISO. PEVA byla vypočtena pomocí rovnice Penmanova - Monteithova, kterou můžeme obecně vyjádřit tvarem: ( R G ) + ρ a c p ( e o e ) / r a LE =, + γ [1 + ( r s / r a )] kde L vyjadřuje latentní teplo, E evapotranspiraci, symbolem je označená změna tlaku nasycené vodní páry vzhledem k teplotě, R je radiační bilance, G tok tepla do půdy, ρ a hustota vzduchu, c p jeho měrné teplo, e o tlak nasycené vodní páry nad vypařujícím povrchem a e ve stanovené hladině atmosféry, r a aerodynamická rezistence, γ je termodynamická psychrometrická konstanta a r s je rezistence vypařujícího povrchu. Výsledky měsíčních hodnocení vycházejí z databáze meteorologických prvků naměřených v letech 2 až 23 na automatických meteorologických stanicích Dyjákovice (indikativ 696), Kuchařovice (723), Brno-Tuřany (723), Velké Pavlovice (725), Brod nad Dyjí (729) a Strážnice (755), které jsou součástí sítě klimatologických stanic Českého hydrometeorologického ústavu dále jen (ČHMÚ). Výsledky a diskuse Měsíční hodnoty PVB bilance v jednotlivých letech jsou velmi názorně vyjádřeny na obr. 1 a 2. K výsledkům za zimní měsíce musíme s ohledem na menší spolehlivost výpočtů PEVA a svým způsobem i srážek přistupovat opatrně, na druhé straně nižší hodnoty obou prvků se výraznějí neprojevují v celkové bilanci. V tomto pohledu až na rok 21 v lednu srážky převyšovaly PEVA. Srážkově nejbohatší byl rok 23. Únor se jeví s vyrovnanou bilancí pro Dyjákovice a Kuchařovice, ovšem u ostatních stanic vidíme větší rozdíly mezi

3 696 DYJÁKOVICE KUCHAŘOVICE BRNO-TUŘANY Obr.1 Měsíční rozdíly vláhové bilance travního porostu ve vybraných stanicích mezi jednotlivými roky (2-23) a průměrem za období ( )

4 725 VELKÉ PAVLOVICE BROD NAD DYJÍ STRÁŽNICE Obr.2 Měsíční rozdíly vláhové bilance travního porostu ve vybraných stanicích mezi jednotlivými roky (2-23) a průměrem za období ( )

5 roky s tím, že rok 23 má u zbývajících nedostatek srážek a tím i zápornou vláhovou bilanci. V březnu jsou zcela odlišné hodnoty pro roky 2 a 21, kde srážky převyšují PEVA. Naopak v letech 22 a 23 je nedostatek srážek, takže bilance za tento měsíc v roce 23 převyšuje 2 mm. Měsíc duben vykazuje odlišné rozložení, když záporné hodnoty PVB nacházíme v letech 2 a 23, tedy v obou rocích s výrazným výskytem sucha. Větší deficit je jednoznačně v roce 2. Zde je nutné upozornit na rozdílnost hodnot PVB na jednotlivých stanicích, jak vidíme u stanice Strážnice, která má v roce 23 kladnou bilanci, tedy dostatek srážek. Květen je typický rozdíly mezi stanicemi i v jednotlivých letech, např. Kuchařovice měli kladnou PVB v roce 23 a v přecházejících zde byl nedostatek srážek, v Brně Tuřanech byl deficit srážek jen v roce 2. Měsíc červen však dokládá, proč jsou roky 2 a 23 označovány za suché, když i v roce 21 mimo Strážnice je PVB záporné. Zajímavé je srovnání hodnot PVB v roce 23. Na stanici Brno Tuřany jen o několik mm přesahuje 2 mm, ale v Brodě n. D. je to 8 mm. Známý výskyt srážek v červenci 2 způsobuje, že na všech stanicích má PVB hodnotu kladnou, v roce 23 zápornou. Srpen v roce 23 je na všech stanicích s nedostatkem srážek. Výskyt mimořádných dešťů v roce 2 naopak je důvodem, kladné bilance. V září pokračuje nedostatek srážek v roce 23, takže PVB je významně záporná. Ovšem v roce 22 se na stanicích Dyjákovice, Brno Tuřany a Velké Pavlovice projevuje nedostatek srážek. Měsíc říjen má odlišný chod PVB v roce 2 a 21, kdy je PVB na všech stanicích záporná, naopak v dalších dvou letech je kladná. Listopad měl v roce 23 nižší úhrny srážek a vyšší teploty, takže PVB byla opět záporná na všech stanicích, naopak v roce 2 byla takřka vyrovnaná, případně až významně kladná. V prosinci můžeme obecně říci. že převažují srážky nad PEVA, která je díky nízkým teplotám velmi slabá. Ovšem v některých letech může dojít k vyrovnané, či slabě záporné PVB. Uvedený přehled dokládá rozdílnost hodnot PVB nejen v jednotlivých letech, ale i lokálně. Obecně lze uvést, že krajní hodnoty PV nacházíme v letních měsících. V hodnocených letech byly výraznější záporné hodnoty PVB, i když díky povodním rok 22 měl vysoké kladné hodnoty. Rok 23 byl jednoznačně s vyšším deficitem než rok 2 v měsících červenci a srpnu, v červnu byl vyšší deficit v roce 2 na polovině stanic. Dalo by s určitou tolerancí říci, že větší sucho bylo v červnu 2 na západně ležících stanicích. O průběhu PVB v rámci celého roku se přesvědčíme pomocí kumulativních hodnot, které jsou na obr. 3. navíc je zde uvedenou vyhodnocení za období 1992 až 22. Pomocí tohoto dlouhodobého průměru můžeme konstatovat, že kladné hodnoty PVB na záporné se mění na většině stanic v závěru března, a co je velmi významné, kumulativní PVB je po celý zbytek roku záporná. Nejvyšší pokles je v srpnu, případně v září a podzimní srážky deficit nevyrovnají. Roční hodnota PV se pohybuje přibližně mezi 1 až 15 mm. Z hodnocených let měl nejvyšší zápornou sumu PVB rok 23, kdy na některých stanicích byly deficity dvojnásobné oproti průměru, ale vždy překračovaly hodnotu 1 mm. Významný pokles oproti průměru vykazoval i rok 22. Ve srovnání s rokem 23 byl však průběh PVB v jednotlivých období odlišný, hlavně v roce 2 byl na srážky bohatý březen. Kladnou roční hodnotu PVB vykázal jen rok 22, což bylo dáno mimořádnými srážkami v srpnu. S ohledem na povodně nelze považovat tuto hodnotu za zcela reálnou pro závěr roku, vzhledem k tomu, že podstatná část vody povrchově odtekla. Přibližně dlouhodobému průměru odpovídal rok 21. Hodnocení roku 23 Výše uvedené zjištění nás vedlo k podrobné analýze průběhu počasí v roce 23. Ve srovnání s normálem je vidět výrazný pokles teplot vzduchu v únoru 23, ale také vysoké teploty od poloviny dubna s tím, že od května do září byly všechny měsíce teplotně nadnormální, červen a srpen byly mimořádně teplé. Naopak chladný byl únor a velmi chladný

6 696 DYJÁKOVICE 698 KUCHAŘOVICE BRNO-TUŘANY 725 VELKÉ PAVLOVICE BROD NAD DYJÍ 755 STRÁŽNICE Obr.3 Měsíční kumulativní hodnoty vláhové bilance travního porostu (mm) na vybraných stanicích v letech 2 až 23 a průměr za období 1992 až 2

7 říjen. Podle rozložení průměrných teplot za stejné období byly nejteplejšími oblastmi na Moravě Dyjskosvratecký a Dolnomoravský úval a v Čechách téměř celé střední Čechy, Polabí a okolí středního toku Vltavy. Odchylka průměrné teploty od dlouhodobého průměru na území ČR vykazuje kladnou odchylku do 2 C. Z vyhodnocení srážek se ukázal únor jako velmi suchý a březen jako mimořádně suchý měsíc. Naopak nadprůměrné srážky měl jen velmi vlhký prosinec. Z plošného vyhodnocení našeho území vychází, že únor roku 23 byl srážkově podnormální, na mnoha místech byly mimořádně malé srážky, až nulové. Ze synoptického pohledu šlo o častější výskyt anticyklonálního počasí, nižší četnosti západního proudění. Za období leden až září bylo na většině území ČR naměřeno méně než 5 mm srážek, což představuje méně než 8% průměrné hodnoty, velká část území zaznamenala méně než 6% dlouhodobého průměrného úhrnu srážek. Sucho roku 23 nastoupilo podle lokalit od do V podstatě nízké srážky v červnu vyvolaly jeho prohloubení tak, že asi na polovině našeho území bylo sucho kritické. Červenec nepřinesl na většině území vydatné srážky, takže sucho pokračovalo i v srpnu a v září. Souhrn V posledních letech je pozornost agrometeorologických studií zaměřena na problematiku variability podnebí, protože výskyty povodní a sucha jsou relativně velmi časté. Roky 2 a 23 svým nedostatkem srážek a tím výskytem sucha nás vedly ke snaze, najít možnost operativního hodnocení výskytu sucha. Pro toto hodnocení, jsme použili potenciální vláhovou bilanci, kterou jsme stanovili jako rozdíl mezi srážkami a potenciální evapotranspirací. Z našeho vyhodnocení vyplynulo, že touto metodou je možné velmi přesvědčivě charakterizovat vláhové podmínky. Obecně lze uvést, že krajní hodnoty PVB nacházíme v letních měsících. V hodnocených letech byly výraznější záporné hodnoty PVB, pouze rok 22 měl díky povodním vysoké kladné hodnoty. Rok 23 byl jednoznačně s vyšším deficitem PVB než rok 2 v měsících červenci a srpnu, v červnu byl vyšší deficit v roce 2 na polovině stanic. Vyhodnoceno bylo období 1992 až 22. Pomocí tohoto dlouhodobého průměru můžeme konstatovat, že kladné hodnoty PVB na záporné se mění na většině stanic v závěru března, a co je velmi významné, kumulativní PVB je po celý zbytek roku záporná. Nejvyšší pokles je v srpnu, případně v září a podzimní srážky deficit nevyrovnají. Roční hodnota PV se pohybuje přibližně mezi 1 až 15 mm. Z hodnocených let měl nejvyšší zápornou sumu PVB rok 23, kdy na některých stanicích byly deficity dvojnásobné oproti průměru, ale vždy překračovaly hodnotu 1 mm. Významný pokles oproti průměru vykazoval i rok 22. Ve srovnání s rokem 23 byl však průběh PVB v jednotlivých měsících odlišný. Přibližně dlouhodobému průměru odpovídal rok 21. Z hodnocení dále vyplývá, že rok 23 byl velmi rozdílný v chodu teplot vzduchu, měl velmi chladný únor a říjen, naopak extrémně teplé léto s vysokým počtem tropických dnů. Naopak srážkové úhrny byly velmi nízké. Za vrcholy sucha v roce 23 je možné označit závěr června a polovinu srpna, ovšem sucho přetrvávalo až do počátku října. Průběh počasí v posledních letech a shodné výstupy z modelů možné změny klimatu by nás měly vést k urychleným opatřením pro udržení vody v krajině. Klíčová slova: vláhová bilance, potenciální evapotranspirace, sucho Poděkování Článek vychází z výsledků zpracovávaných v rámci projektu QF 31 Národní agentury zemědělského výzkumu České republiky.

8 Literatura BECKER A., SEVRUK B., LAPIN M. (ed.): Evaporation, Water Balance and Deposition. Slovak Hydrometeorological Institute Bratislava, Swiss Federal Institute of Technology, Department of Geografy Zurich, IGBP / BAHC Core Project Office, Free University of Berlin, pp. 36, Bratislava BRÁZDIL, R., ROŽNOVSKÝ, J. et al. 1995: Dopady možné změny klimatu na zemědělství v České republice. Územní studie změny klimatu pro Českou republiku. Element 2. Národní klimatický program ČR, svazek 18, Praha, Český hydrometeorologický ústav, 14 s. BRUTSAERT, W. 1982: Evaporation into the Atmosphere. D. Reidel Publishing Company, Dodrecht, 269 p. GROISMAN, P.Y., EASTERLING D.R. (1994): Variability and trends of total precipitation and snowfall over the United States and Canada. Journal of Climate, vol. 7, s KOTT, I. (1992) Vláhová bilance na území České republiky v letech Sborník prací ČHMÚ, svazek 42, 125 s. KRŠKA, K.: K vymezení nejsušší jihomoravské oblasti na základě průměrných ročních úhrnů srážek. Meteorol. Zpr., 33, 198, č. 1, s KURPELOVÁ, M., COUFAL, L., ČULÍK, J.: Agroklimatické podmienky ČSSR. Hydrometeorlogický ústav, Bratislava 1975, 27 s. LITSCHMANN, T., ROŽNOVSKÝ, J.: Proměnlivost měsíčních a ročních úhrnů srážek v normálovém období 1961 až 199. In.: Klimatické změny a lesní hospodářství. Brno, Československá bioklimatologická společnost 1993, s MATEJKA, F., HURTALOVÁ, T., ROŽNOVSKÝ J., CHALUPNÍKOVÁ B., 21: Effect of Soil Drought on Evapotranspiration of Maize Field. Contributions to Geophysics and Geodesy, Vol.31, No.2, s ISSN MICHALOPOULOU H., PAPAIOANNOU, G. 1991: Reference crop evapotranspiration over Greece. Agricultural water and management, 2, NOVÁK, V. 1995: Vyparovanie vody v prírode a metódy jeho určovania. Bratislava, Veda, 26 p. ROŽNOVSKÝ, J. 1989: Agroklimatická studie výskytu srážek. Bratislava, Slovenská bioklimatologická společnost, Štúdia VI., s ROŽNOVSKÝ, J. 1998: Dynamics of occurrence of dry periods in the region of south Moravia and possible reduction of the effect of drought in agriculture. Acta univ. agric. et silvic. Mendel.Brun.(Brno), XLVI, 3, ROŽNOVSKÝ, J., KOHUT, M. 21: The Course of Potencial Evapotranspiration in the Vegetation Season of the Year 2. Contributions to Geophysics and Geodesy, Vol.31, No.2, s ISSN SLAVÍKOVÁ, J. 1986: Ekologie rostlin. Univerzita Karlova, Praha, 247 s. TRACHTULEC, J.: Srovnání roku 1983 se suchými roky 1947 a 1976 z hlediska zásoby půdní vláhy na Znojemsku. Meteorol. Zpr., 37,1984, č. 6, s VITÁSEK, F.: K otázce nejsušší oblasti na Moravě. Sborník České spol. zemědělské, 47, 1942, č. 7-8, s Kontaktní adresa: RNDr. Mojmír Kohut Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno, Kroftova 43, , Brno, Česká republika, tel , mojmir.kohut@chmi.cz