Měření mikroklimatu v Kateřinské jeskyni v roce 2009 a 2010

Transkript

1 Měření mikroklimatu v Kateřinské jeskyni v roce 2009 a 2010 Monitoring of microclimate in Kateřinská cave in 2009 and 2010 Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno Mendelova univerzita H. Středová, P. Fukalová, T.Středa, J. Rožnovský Mikroklima a mezoklima krajinných struktur a antropogenních prostředí February 2011

2 I. Představení projektu (Project introduction)

3 Projekt SP/2d5/07 PROGRAM VĚDA A VÝZKUM Ministerstvo životního prostředí České republiky Stanovení závislosti jeskynního mikroklimatu na vnějších klimatických podmínkách ve zpřístupněných jeskyních ČR Assessment of cave microclimate dependence on external climatic conditions in accessible caves in CR Řešitelská organizace: Správa jeskyní České republiky Spoluřešitelská organizace: Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno

4 Cíle projektu (Project tasks): DÚ 1 Vyhodnocení mikroklimatu jeskyní a vazby na vnější prostředí Evaluation of cave microclimate in relation with external environment Stanovení mikroklimatu jeskyní na základě předchozího monitoringu a dat získaných v rámci projektu Vybudování klimatologických stanic k monitoringu vnějšího prostředí Analýza vlivu vnějších stavů počasí na mikroklima jeskyní Stanovení vlivu návštěvnosti na dynamiku mikroklimatu Predikce vnějších klimatických podmínek podle scénářů změny klimatu a možné ovlivnění mikroklimatu jeskyní ČHMÚ

5 DÚ 2 Vytvoření a ověření funkčnosti jednotného kontinuálního sledování mikroklimatických poměrů jeskyní Creation and verification of caves microclimate monitoring Cíle Instalovat síť meteorologických stanic pro monitoring vnějších klimatických podmínek Instalovat automatické stacionární monitorovací systémy a systémy měření teploty pro monitoring jeskynního mikroklimatu Zjistit současný stav mikroklimatických režimů jednotlivých jeskynních systémů a vliv vnějších klimatických podmínek na tyto systémy Experimentálně zjistit změny jeskynního mikroklimatu, způsobené vlivem zpřístupnění jeskyní prorážky vchodů, chodeb Zjistit změny jeskynního mikroklimatu, způsobené vlivem protékajících vodních toků SJČR

6 Zájmové oblasti 1. Mikroklimatické poměry jeskyní Punkevní jeskyně Stacionární systém měření provozovaný Správou jeskyní ČR Kateřinská jeskyně Stacionární systém měření provozovaný Správou jeskyní ČR Ambulantní měření Českého hydrometeorologického ústavu Amatérská jeskyně Doplňková hydrologická měření Českého hydrometeorologického ústavu

7 Zájmové oblasti 2. Mezoklimatické poměry oblasti Propast Macocha Vertikální profil měření teploty a vlhkosti vzduchu Účelové klimatologické stanice - AMET Macocha Výtok Punkvy Punkevní jeskyně Ostrov Sloup Kateřinská jeskyně - Ekotechnika

8 Ad 1.) Mikroklimatické poměry jeskyní Punkevní jeskyně

9 Kateřinská jeskyně

10 Amatérská jeskyně Chrochtadlo Řícený dóm Bahňáky Macocha tlakové hladinoměry ALA

11 Ad 2.) Mezoklimatické poměry oblasti Vertikální profil v propasti Macocha Vertical profile in Macocha Abyss

12 Účelové klimatologické stanice (Amet) Special climatological stations

13 II. Měření mikroklimatu v Kateřinské jeskyni (Monitoring of microclimate in Kateřinská cave)

14 Kateřinská jeskyně Lokalizace (Localization): Severní část CHKO Moravský kras (kaňon Suchého žlebu) NPR Vývěry Punkvy Základní údaje (Basic information): Dva propojené dómy (Hlavní dóm a Dóm Chaosu) s přilehlými chodbami Nadmořská výška: 342 m n.m. Zpřístupnění veřejnosti: v roce 1910 Průměrně jeskyni navštíví návštěvníků ( ) Celková délka: 950 m (zpřístupněná část: 420 m, návštěvní okruh: 580 m) Nejkrásnější partie: útvar Čarodějnice a Bambusový lesík Významné zimoviště 11 druhů netopýrů a vrápenců (uzavření XII, I, II) Základní klimatická charakteristika (Climatic characterization): Stálá teplota vzduchu v jeskyni: 7 až 8 C Relativní vlhkost vzduchu: cca 99 %. Probíhající výzkumy (Running research): Pokračující speleologický průzkum Mikroklimatický výzkum Hydrochemické, geologické a další výzkumy

15 Vchod do jeskyně Fotografie Vrápenec,netopýr Bambusový lesík Čarodějnice Venkovní meteostanice Vstupní chodba v zimě

16 Metodika (1) Vymezení kritických zón s největší dynamikou teplot nejvýraznějším vlivem návštěvníků na mikroklima na základě: Definition of critical areas with the highest dynamics of temperature and the most significant visitors influence on the microclimate on the basis of: výsledků terénní observace (observation results) série ambulantních měření (series of occasional measurements) Měřené charakteristiky (observed parameters): teplota vzduchu (air temperature) teplota povrchu skalní stěny (rock surface temperature) vlhkost vzduchu (air moisture) Měřící intervaly (measurement intervals): 1 min - čidla v jeskyni (zachycení diferencí klim. prvků vlivem návštěvnosti) 15 min - exteriérové čidlo a kontrolní čidlo v interiéru

17 Metodika (2) Hodnocené období (evaluated season): Měření uvnitř a vně jeskyně v 15 min kroku (čidla 31 a 32) červen 2009 až červenec 2010 (13 měsíců) (June09-July10) zachycení stratifikace a roční dynamiky teploty a vlhkosti vzduchu Podrobný monitoring kritických míst uvnitř jeskyně v 1 min kroku kontinuálně od března 2010 (vyhodnoceno do řijna měsíců) (March09-Dec10) Použitá čidla (sensors): vysoce přesná čidla HOBO U23 Pro V2 s dataloggerem Rozmístění čidel (measurement points): před vchodem do jeskyně (čidlo 31), v přístupové chodbě (čidla 55 a 56), v místech nejvyššího vlivu návštěvníků (čidla 54, 53 a 32) ve vertikálním profilu (VP) - exponované místo uprostřed prohlídkové trasy

18 Měřící technika, rozmístění čidel Prohlídková trasa s vyznačením umístění čidel HOBO Čidlo HOBO - měření teploty a vlhkosti vzduchu IČ teploměr - měření teploty skalní stěny

19 Výsledky monitoringu (monitoring results) Roční dynamika teploty vzduchu vně (čidlo 31) a ve střední části jeskyně (čidlo 32) (Annual air temperature dynamics inside and outside the cave) Závislost vnitřní teploty na vnější (čidla 31 a 32) (Dependence of internal temperature on external temperature) patrný vliv vnější teploty, způsobující teplotní změny uvnitř jeskyně o 2 C (minimum 6,56 C, maximum 8,56 C). vyjádřená polynomem 2. stupně s odhadem trendu 9,0 8,6 8,8 8,4 28,0 8,6 8,2 24,0 8,4 20,0 8,2 16,0 8,0 12,0 7,8 8,0 7,6 4,0 7,4 0,0 7,2-4,0 7,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 09/09/10 14/08/10 18/07/10 21/06/10 25/05/10 29/04/10 6,0 02/04/10-24,0 06/03/10 6,2 08/02/10 6,2-20,0 12/01/10 6,4 16/12/09 6,4-16,0 19/11/09 6,6 6,6 24/10/09 6,8 27/09/09-8,0-12,0 31/08/09 C Teplota vnitřní = 7,449+0,0564*x-0,001*x^2 r=0,70 8,0 Teplota vnitřní ( C) vnější teplota vnitřní teplota 32,0 C 36,0 6,0 5,8-20,0-15,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 Teplota vnější ( C) 20,0 25,0 30,0 35,0

20 Závislost vnitřní teploty na vnější (všechna vnitřní čidla a čidlo vnější) Dependence of internal on external temperature (all sensors) Prohlídková trasa s vyznačením umístění čidel HOBO 9,0 8,0 7,0 čidla vnitřní ( C) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0-2, :51: 31:32: 31:53: 31:54: 31:55: 31:56: r2 = 0,5830; r2 = 0,5233; r2 = 0,5134; r2 = 0,4445; r2 = 0,5487; r2 = 0,5862; y = 2, ,2433*x y = 7, ,0467*x y = 7, ,0135*x y = 7, ,0253*x y = 4, ,141*x y = 4, ,1767*x čidlo 31 (venkovní) C

21 Četnosti jednotlivých teplot čidlo 51 u vchodu čidlo 55 vstupní chodba Průměr = 5,6372; Sm.odch. = 2,082; Max = 7,6245; Min = -1, % Průměr = 6,3; Sm.odch. = 1,2332; Max = 7,454; Min = 2,343 38% 8000 Průměr = 6,5493; Sm.odch. = 1,4926; Max = 7,8617; Min = 1, % % % Počet pozorování Počet pozorování % % 0% 0-2,0 3% 2% 1% 7% % 2% 0% -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0% 8,0 3% 0 2,0 3% 2% 6% 6% 0% 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 teplota 5,0 5,5 10% % 0% 6,0 6,5 7,0 0% 7,5 4% 2% 0 1,0 6% 2,0 2% 3,0 0 4,0 teplota 5,0 teplota čidlo 54 Medvědí komín čidlo 53 Dóm Chaosu Průměr = 7,6268; Sm.odch. = 0,2545; Max = 8,1033; Min = 7, % 7000 Průměr = 8,014; Sm.odch. = 0,1282; Max = 8,3158; Min = 7,645 39% Počet pozorování % 10% % Počet pozorování Počet pozorování čidlo 56 vstup do Hlavního dómu % % 12% 9% 7% 8% 7% 8% 7% % % 0 7, % 26% % 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 teplota 7,6 7,7 7,8 7,9 8,0 0% 0% 0 7,6 5% 4% 0% 0% 7,7 7,8 7,9 8,0 teplota 8,1 8,2 0% 8,3 6,0 7,0 8,0

22 Vývoj teplot v průběhu roku a jejich průběh v závislosti na vzdálenosti od vstupu Dynamika teploty vzduchu: vzdálenost od vchodu (m) Den poměrně výrazná ve vstupní části slábne s vzdáleností od vstupu od části Bambusový les v podstatě homogenní teplota

23 Teplota vzduchu ve vertikálním profilu 0,5 ;2; 3; 4; 5 m (Př: ) 8,65 Air temperature measured in vertical profile 8,55 8,45 8,35 T ( C) 8,25 8,15 8,05 7,95 7,85 7, m 7, m m m m 26.6 Maximální a minimální vertikální gradient Max and min vertical gradient (26.6.) 8,60 8,50 8,47 C 8,40 8,20 8,17 C 8,10 7,97 C 8,00 7,90 7,80 7,87 C 0.5 m 2m 3m 4m 5m 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 9:00 10:00 8:00 7:00 6:00 5:00 4:00 3:00 2:00 1:00 7,70 0:00 T ( C) 8,30 Vertikální profil

24 (max. 7,8; min. 3,1; avg. 6,48 C) 59: : : : : : : : : : : : : : : : : : : :29: : : : : : : : :28:43 11:28: : (max. 8,5; min. 6,6; avg. 7,81 C) :21.3 C 11:27:59 11:27:36 11:27:14 11:26:51 11:26:29 11:26:06 11:25:44 11:25:21 11:24:59 11:24:36 11:24:14 11:23:51 11:23:29 11:23:07 11:22:44 11:22:22 11:22:00 11:21:38 11:21:15 11:20:53 11:20:30 11:20:08 11:19:45 11:19:23 11:19:00 C Teplota skalní stěny (Rock surface temperature) Četnost měření: cca jednou měsíčně

25 Závěry Nejvýraznější dynamika teploty ve vstupní chodbě (dobře patrná i v celé trase) závislost změn směru proudění vzduchu na změnách vnější teploty, kdy při venkovních teplotách okolo 5 C dochází k reverzi směru proudění vzduchu, což je charakteristické pro typicky dynamické jeskyně. Je patrný vliv vnější teploty, způsobující teplotní změny uvnitř jeskyně o 2 C (minimum 6,6 C, maximum 8,6 C). Nejsilnější vazba mezi vnější a vnitřní teplotou se projevila v březnu. Relativní vlhkost vzduchu v jeskyni i v období vysoké návštěvnosti stabilní hodnota %. Měření teploty skalního masivu na celé prohlídkové trase infračerveným termometrem. Rok 2010: diference průměrné teploty masivu 1,4 C Teplotní maxima v průběhu roku kolísají o 0,7 C Výrazná je diference minimálních teplot (až 4 C), způsobená prochladnutím vstupní chodby v zimním období (až na -1,6 C ) Letní měsíce: stabilní teplota povrchu s přetrvávající nižší hodnotou ve vstupní části (zřejmě důsledek intenzivního provětrávání).

26 Děkujeme za Vaši pozornost