Voda, sluneční energie a klima

Transkript

1 Voda, sluneční energie a klima Jan Pokorný, ENKI,.p.s. Česká zemědělská univerzita Praha 7. prosince 2010 STUŽ

2 Životní pochody snižují gradienty (Life abhors gradients) Země je otevřený systém dostáváme energii od Slunce Organismy využívají tuto energii k vytváření složitějších struktur, které disipují sluneční energii tak, že snižují teplotní rozdíly. Ekosystémy snižují svoji entropii a zvyšují ji v okolí snižováním gradientů. Schroedinger,E. What is Life (1944) Prigogine, I. (interpretace F. Capra, Tkáň života, 1997, 2004) Schneider, E.D., Sagan, D. Into the Cool, Energy Flow Thermodynamics and Life.(2005)

3 Energie od Slunce k Zemi Na hranici zemské atmosféry přichází v průběhu roku: 1321 W m-² až 1412 W m-² +-3,2% (45 W m-2) podle polohy Země na její eliptické dráze kolem Slunce Na povrch zemský přichází až 1000W m-² při jasné obloze několik desítek W m-² při zatažené obloze

4 Při jasné obloze přichází 1000 MW na km-² Na 8 km-² přichází 8000MW (instalovaný výkon elektráren Slovenska) Za jediný jasný den přijde na území Slovenské republiky GWh sluneční energie GWh vyrobí všechny elektrárny na Slovensku za rok

5 Distribuci sluneční energie a toky látek v krajině a městech významně ovlivňuje člověk hospodařením s vodou a vegetací

6 Termovizní snímek Termovizní kamera snímá v infračervené oblasti spektra ( μm) a umožňuje zachytit rozložení teplot. Následují snímky náměstí, střech a vegetace pořízené z věže staré třeboňské radnice v horkém, slunném letním dnu.

7 Photos were taken using Thermo-vision and Digital camera Infrared Thermometer was used to measure Temperature of the; Cloud 14 o C Clear sky -3 o C Thermo-vision Camera Big tree 29 o C Dry Grass 34 o C Water 23 o C Bare soil 37.6 o C Wood 50 o C

8 Třeboňské náměstí s pohledem do parku

9 Slunný den teploty na střechách, na dláždění, a teplota stromů v parku

10 Změdělská půda na jaře: už v dubnu je patrný rozdíl (12.7 C) mezi teplejší ornou půdou (32,5 C) a díky transpiraci chladnější louce (19,8 C) Budova 45 C Ar 1 louka, Ar 2 orná půda

11 Satelitní snímky Teplotní mapa Prahy Teplotní mapa a krajinný pokryv severozápaních Čech

12

13 Land cover classification Chemnitz Neklasifikováno Holé plochy Nelesní vegetace Les Voda, stíny Ústí nad Labem mraky

14 [ C ] temperature information measured by satellite for 120x120m area no interpolation

15 Bare grounds Non-forest vegetation Forest Land cover temperature categories Lowest temperature Low teperature Middle temperature High temperature Highest temperature Bare grounds Non-forest vegetation Forest

16 LATENTNÍ TEPLO se spotřebovává při výparu a uvolňuje při kondenzaci ochlazení ohřev

17

18 CO 2 + H 2 O + sluneční energie = (CHOH) + O 2

19 Bent leaf Ohnutý list netranspiruje a za několik minut se ohřívá Vyšší teplota suché trávy Dry grasses Green grasses

20 Meteorologická stanice na betonové ploše

21 Air Temperature & Shortwave radiation Sensor (Rs) Relative Humidity Solar energy panel Computer Data logger Long wave radiation Sensor (RL) Soil Temperature

22 Tok zjevného tepla v letním dnu ( ): pole,louka, mokré louky, betonový povrch Na odvodněné ploše se uvolňuje až 600 W/m2 tepla

23 Tok latentního tepla výparu (evapotranspirace) v letním dnu: pole, louka, mokrá louka, betonový povrch Výpar = chlazení

24 mokré louky, les a betonová plocha Vegetace dobře zásobená vodou spotřebuje většinu sluneční energie spotřebuje na výpar (skupenské teplo vody) Na betonové ploše se většina sluneční energie uvolňuje jako zjevné teplo (teplo, které pociťujeme a monitorujeme teploměrem)

25 Desertifikace Země ztrácí ročně km 2 produkčních ploch následkem nedostatku vody Desertifikace: km 2 /rok Podle údajů FAO % plochy kontinentů trpí nedostatkem vody (6.45 x 107 km 2 ).

26 MODERNÍ STEP Čechy Keňa

27 PRVNÍ PLODINY Blízký a Stř. Východ pšenice a ječmen Čína a JV Ásie proso a rýže

28 ODVODNĚNÁ KRAJINA Těžba surovin Lidská sídla

29 PASTVA Střední Ásie Austrálie

30 RAŠELINIŠTĚ Přirozené Těžba

31 ODVODNĚNÍ KRAJINY

32

33

34

35

36 litorál Viktoríno jezero zde byla ještě v roce 2005 voda

37 Nadměrná pastva a odlesnění, v Etiopii zůstalo méně než 2% ploc

38 6000 K 300 K Radiative Forcing Radiační účinek EARTH 300 K

39 Jak velká je hodnota radiační účinnosti? (zesílené IČ záření zpět k Zemi z troposféry následkem zvýšené koncentrace skleníkových plynů)

40 Kvantifikace skleníkového efektu Radiační účinnost (zesílení): 1 3W/m2 od počátku průmyslové revoluce Materials of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) y

41 Radiative forcing = radiační účinnost Od počátku průmyslové revoluce, (IPCC srovnává současný stav s rokem 1750), stoupla radiační účinnost následkem zvýšené koncentrace skleníkových plynů o 1 3 W.m -2. Podle modelů klimatické změny stoupá radiační účinnost během deseti let o 0,2 W.m -2 neboli o 1 W.m -2 za 50 let. Koncepce skleníkového efektu pracuje s předpokladem homogenně promíchaných skleníkových plynů (Hansen 2000, CRFEC 2005).

42 Kolik je vody v atmosféře a kolik CO2? Ve vzduchu je více než o řád až dva řády vyšší koncentrace vodní páry než je koncentrace oxidu uhličitého. Koncentrace vodní páry je přitom velmi proměnlivá Voda absorbuje sluneční záření a IČ více než oxid uhličitý

43 Energetické toky v ekosystémech a skleníkový efekt Fotosyntéza: několik W/m2 Evapotranspirace: až několik set W/m2 Akumulace tepla: několik W/m2 Dekompozice: několik set W/m2 Odraz slunečního záření: 10 30% Vyzařování dlouhovlnného záření Nárůst skleníkového efektu od roku 1750 (podle IPCC) činí 1 3W/m2

44 Množství vodní páry ve vzduchu o 100% vlhkosti v závislosti na teplotě Vyjádřeno jako ppm objemu a hmotnost g/m3. Jaká je koncentrace CO2?

45 Návrat vody do krajiny (do krátkého oběhu) Sníží se rozdíly teplot mezi dnem a nocí i mezi místy Zvýší se produkce rostlin a ekosystémů Zvýší se akumulace oxidu uhličitého v půdě (sníží se koncentrace skleníkových plynů) Dostatek vody v krajině i dostatek pro obyvatele

46 Staré a nové paradigma Voda v krajině nemá vliv na klima Zkoumá se vliv klimatické změny na oběh vody Rozsah urbanizace a lidské činnosti má minimální vliv na oběh vody Vliv člověka na oběh vody je nepatrný Nepříznivé klimatické trendy se budou stupňovat, zmírnění lze očekávat za staletí Dominuje zájem o velký oběh vody Příčinou růstu extrémů klimatu je globální oteplení Odvodnění vede k přehřívání Zkoumá se vliv změn vodního cyklu na klima Urbanizace a odvodnění má zásadní vliv na oběh vody Člověk zásadně mění oběh vody Obnova oběhu vody positivně ovlivní klima Dominuje zájem o krátký oběh vody Příčinou narůstání extrémů jsou změny oběhu vody

47 Staré a nové paradigma Globální oteplení je hlavní problém Vegetace není z hlediska oteplení ideální, protože má nízké albedo (odrazivost) a vodní pára zvyšuje skleníkový efekt Hovoří o skleníkovém obalu Země Vzestup hladiny oceánů je působen táním ledovců Dešťová voda je problém a je třeba ji rychle odvést Růst extrémů počasí je hlavní problém Voda a vegetace zmírňují nežádoucí tepelné rozdíly, oblačnost zmírňuje intenzitu slunečního záření Hovoří o ochranném obalu Země Vzestup hladiny oceánů je působen nejenom táním ledovců ale i odvodněním kontinentů Dešťovou vodu je třeba zadržet v rostlinách a půdě

48 Staré a nové paradigma Voda se používá jednou a vede na ČOV Voda se dodává jednou soustavou jako pitná Vzájemná izolovanost, resortismus ve vztahu k vodě Sektorový přístup v hospodaření s vodními zdroji Voda se recykluje, opakovaně využívá Voda se dodává do sídel odděleně jako pitná a užitková Holistické vnímání vody v rámci celkového oběhu vody v krajině Integrovaný management povodí a ekosystémový přístup

49 Proč voda a ne CO2 Vody je mnohokrát více Voda má kráký čas oběhu (rychle se vyměňuje) Voda má tři skupenství a jejich změna je provázena tepelnými toky Voda vyrovnává teplotní rozdíly a právě ty jsou příčinnou extrémů počasí

50 (which is

51

52 Nothing new Bohemian King, Holy Roman Emperor (son of count of Luxemburg, John the blind) CHARLES IV.

53 Člověkem vytvořená krajina

54 Děkuji za pozornost Josef Lada - Vodník (water spirit), 1941

55

56 Mau Forest - Kenya The Mau Forest Complex (4000 km 2 ) is referred as one of the largest remaining continuous blocks of indigenous forest in East Africa Feeds twelve rivers and six large lakes (Nakuru, Naivasha. Elmentaita, Victoria, Natron, Mara, etc.)

57 Deforestation duing several decades

58 Lack of water in rivers and wells (Japanese investor)

59

60

61

62

63

64

65 Digital and thermo-vision pictures cont d House Grass Concrete

66 Rozložení teplot v lesním porostu

67 Teploty v kukuřičném poli v letním dnu

68 Rozložení teplot v lesním porostu

69 Člověkem vytvořená krajina

70 Děkuji za pozornost Josef Lada - Vodník (water spirit), 1941