ČESKÝ HYDROMETEOROLOGICKÝ ÚSTAV CZECH HYDROMETEOROLOGICAL INSTITUTE METEOROLOGICKÉ ZPRÁVY METEOROLOGICAL BULLETIN Miroslav Řepka: Přehled měření větru v České republice.................... 97 Jan Munzar Stanislav Ondráček Ingeborg Auer Andrzej Dancewicz Sándor Szalai: Jednodenní srážkové úhrny 300 mm a více ve střední Evropě... 107 Karel Krška: Vzducholodě a počasí v první světové válce.................. 113 Radovan Tyl: Využití N-letých návrhových srážek pro výpočet ovlivnění maximálních průtoků z povodí........................................ 120 Informace Recenze....................................... 112, 119, 125 ROČNÍK 64 2011 ČÍSLO 4
Miroslav Řepka: Summary of the wind measurement in the Czech Republic........................... 97 Jan Munzar Stanislav Ondráček Ingeborg Auer Andrzej Dancewicz Sándor Szalai: One-day precipitation amounts of 300 mm and more in Central Europe...................................... 107 Karel Krška: Airships and the weather during the First World War.................................. 113 Radovan Tyl: The use of design N-year precipitation for computing the influence of maximum catchment discharges............................................................................... 120 Information Reviews............................................................. 112, 119, 125 Abstracting and Indexing: Current Contents/Physical Chemical and Earth Sciences Cambridge Scientific Abstracts (CSA) Meteorological and Geoastrophysical Abstracts Environmental Abstracts Meteorologické Zprávy, odborný časopis se zaměřením na meteorologii, klimatologii, čistotu ovzduší a hydrologii. Dvouměsíčník Meteorological Bulletin, Journal specialized in meteorology, climatology, air quality and hydrology. Bi-monthly Vedoucí redaktor Chief Editor L. Němec, Český hydrometeorologický ústav, Praha, Česká republika Redaktor Executive Editor O. Šuvarinová, Český hydrometeorologický ústav, Praha, Česká republika H. Stehlíková, Český hydrometeorologický ústav, Praha, Česká republika Redakční rada Editorial Board J. Bednář, Univerzita Karlova, Praha, Česká republika Z. Horký, Praha, Česká republika F. Hudec, Univerzita obrany, Brno, Česká republika K. Krška, Brno, Česká republika M. Lapin, Univerzita Komenského, Bratislava, Slovenská republika F. Neuwirth, Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien, Austria V. Pastirčák, Slovenský hydrometeorologický ústav, Bratislava, Slovenská republika D. Řezáčová, Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, Česká republika J. Strachota, Praha, Česká republika J. Sulan, Český hydrometeorologický ústav, Plzeň, Česká republika F. Šopko, Český hydrometeorologický ústav, Praha, Česká republika R. Tolasz, Český hydrometeorologický ústav, Praha, Česká republika K. Vaníček, Český hydrometeorologický ústav, Hradec Králové, Česká republika H. Vondráčková, Český hydrometeorologický ústav, Praha, Česká republika Vydavatel (redakce) Publishers Český hydrometeorologický ústav, Na Šabatce 17, 143 06 Praha 4-Komořany, telefon 244 032 722, 244 032 725, e-mail: suvarinova@chmi.cz. Sazba a tisk: Studio 3P, spol. s r. o. Rozšiřuje a informace o předplatném podává a objednávky přijímá Český hydrometeorologický ústav, SIS, Na Šabatce 17, 143 06 Praha 4-Komořany. Cena jednotlivého čísla 25, Kč, roční předplatné 240, Kč včetně poštovného. Reg. číslo MK ČR E 5107. Meteorologické Zprávy, Český hydrometeorologický ústav Czech Hydrometeorological Institute, Na Šabatce 17, 143 06 Praha 4-Komořany, Phones: (+420) 244 032 722, (+420) 244 032 725, e-mail: suvarinova@chmi.cz. Printed in the Studio 3P, l.l.c. Orders and enquiries: Please contact Czech Hydrometeorological Institute, SIS, Na Šabatce 17, 143 06 Praha 4-Komořany, Czech Republic. Annual subscription: 48, EUR (6 issues) ISSN 0026 1173
METEOROLOGICKÉ ZPRÁVY Meteorological Bulletin ROČNÍK 64 (2011) V PRAZE DNE 29. SRPNA 2011 ČÍSLO 4 PŘEHLED MĚŘENÍ VĚTRU V ČESKÉ REPUBLICE Miroslav Řepka, Český hydrometeorologický ústav, Pobočka Ostrava, K Myslivně 2182/3, 708 00 Ostrava-Poruba, repka@chmi.cz Summary of the wind measurement in the Czech Republic. The Czech Hydrometeorological Institute (CHMI) together with the Institute of Atmospheric Physics (IAP) are resolvers of the project called The analysis of extreme wind speed over the area of the Czech Republic financed by the Grant Agency of the Academy of Science of the Czech Republic. The CHMI research team is responsible for several parts. One of them is to summarize wind measurements available in the Czech Republic, digitalization of some missing wind gust data and metadata collections. Not only does this contribution describe some extreme wind characteristics, it is also a general description of all wind measurements in the Czech Republic. These data is stored in the CLIDATA database system. There are 17 wind elements, nearly 150 basic historical and present meteorological stations with wind gust measurements and 550 stations with climatological wind speed and direction measurements (except for foreign stations and stations under the control of other CHMI departments). The instrument for wind measurements, called a Generalpurpose Anemograph, was usually used in synoptic stations. During 1990 s, automatic wind sensors were installed at these stations and also lots of new automatic stations were founded. A colored graphic summary of all types of wind characteristic groups was created for all meteorological stations. A metadata collection includes a lot of photos (pictures) of the stations and their surroundings consisting of maps in scales 1:5 000 and 1:50 000 (available on the IZGARD map server), 3D terrain models from the Google Earth application as well as historical and present aerial photos available on some internet web pages. KLÍČOVÁ SLOVA: data větroměrná stanice meteorologické přístroje větroměrné prvky větroměrné CLIDATA metadata KEY WORDS: wind measuring data meteorological stations wind measuring instruments wind measuring elements CLIDATA metadata 1. ÚVOD Na konci roku 2008 byl podán návrh na juniorský badatelský projekt u Grantové agentury Akademie věd ČR pod názvem Analýza extrémních rychlostí větru v České republice. Na začátku roku 2009 byl projekt schválen, a to na tři roky (2009 2011) pod číslem KJB300420905. Hlavním řešitelem tohoto projektu jsou pracovníci ÚFA, spoluřešitelem byli pověřeni někteří pracovníci ČHMÚ. Všeobecným cílem projektu je prohloubení dosavadních znalostí o extrémních rychlostech větru na území ČR, vývoj a testování statistických metod při odvození charakteristik extrémního větru z reálných dat, kritická analýza historických řad měření rychlosti a nárazů větru na meteorologických stanicích, zjišťování extrémních rychlostí větru pro souhrnná rozdělení a také parciálně pro charakteristické typy extrémních větrných událostí a hledání a testování alternativních postupů pro krátké řady měření. Očekávané výsledky by měly zahrnovat souhrn dostupných měření větru v ČR a klasifikace spolehlivosti zdrojů dat pro určování extrémních větrných charakteristik, rozvoj metodických přístupů kontroly dat a homogenizace časových řad, zkoumání, rozvoj a srovnání metod a také stanovení dlouhodobých charakteristik nárazu větru na vybraných místech ČR. Jedním z úkolů, jejichž řešením byl pověřen ČHMÚ, byla digitalizace chybějících větroměrných dat (nárazů větru) a také souhrn dostupných dat a metedat na meteorologických stanicích. Přestože původně pro řešení celého grantového projektu bylo stanoveno období 1961 2008 a řešení se mělo týkat především extrémních větroměrných charakteristik, předkládaný článek byl rozšířen o větroměrné pozorování a měření všech prvků souvisejících s větrem od počátku existence systematického měření do konce roku 2010. 2. STANICE Počet meteorologických stanic, na kterých se měřily nebo pozorovaly některé z větroměrných charakteristik od počátku přístrojového měření do současnosti, se značně měnil jak v prostoru, tak i v čase. Všeobecně koresponduje jednak s vývojem počtu stanic (nárůstem nebo i poklesem) v souvislosti s různými historickými událostmi nebo optimalizacemi staniční sítě. Množství dat před rokem 1961 je výrazně ovlivněno také digitalizací klimatologických dat historických stanic, která na pobočkách ČHMÚ probíhala různým tempem, probíhá dodnes nebo neprobíhá vůbec [1][2]. Pro práci s větroměrnými daty (ale i ostatními meteorologickými prvky) je podstatný rozdíl v tom, zdali jsou data, která jsou z daných stanic k dispozici, také digitalizována, a tedy přímo použitelná k další práci a výzkumu. V tab. 1 jsou tedy zapo- Meteorologické Zprávy, 64, 2011 97
Obr. 1 Přehled meteorologických stanic s daty maximální rychlosti větru (Fmax) na území České republiky. Fig. 1. The summary of meteorological stations with extreme wind speed data (Fmax) in the area of the Czech Republic. čítány ty stanice, jejichž data jsou skutečně uložena v databázi CLIDATA, a ne pouze definována v popisu pozorování nebo nejsou definována vůbec, ačkoliv jejich měsíční výkazy pozorování s denními daty existují. Stanice měřící větroměrné charakteristiky se dají rozdělit do dvou skupin. První skupina stanic měřila nebo měří kromě směru a rychlosti větru v klimatologických termínech také extrémní větroměrné charakteristiky, zejména nárazy (resp. maximální rychlosti) větru, směr větru tohoto maxima a čas maxima, popř. také další větroměrné charakteristiky v pravidelném kroku (1 hodina, 15 minut, popř. 10 minut). Stanice profesionální (synoptické) ať již pod správou ČHMÚ (terénní, letištní, observatoře), armády ČR nebo jiných organizací (např. ÚFA). V databázi CLIDATA je lze lehce identifikovat pomocí nově zavedených typů stanice (MS stanice před automatizací, AMS stanice po automatizaci), indikativy stanic jsou _1%, _2% nebo _3%. Stanice dobrovolnické automatizované stanice tzv. I. typu, které byly postupně nasazovány do staniční sítě ČHMÚ od roku 1997 (Meteoservis Vodňany, v. o. s.). Tyto stanice většinou nahrazovaly bývalé manuální stanice s vyplňováním zprávy INTER a jejich označení v databázi je AKS1, indikativy jsou podobně jako u profesionálních stanic _1%, _2% nebo _3%. Stanice s anemografem stanice osazené univerzálním anemografem pro různá účelová měření (např. na civilních letištích, v areálech průmyslových podniků apod.). Stanice by měly být označeny typem MKSR a většinou mají indikativy _7%. Těchto stanic v různých kratších řadách je k dispozici i více, ale vzhledem ke špatné kvalitě dat nebyly tyto stanice do přehledu zahrnuty a také data nebyla do databáze importována (např. data z anemografu Kovohutí Příbram z let 1976 97). Přehled těchto nejdůležitějších skupin stanic s měřením maximální rychlostí větru vystihuje obr. 1. Během roku 2010 byly do dobrovolnické staniční sítě zaváděny nové automatizované stanice s měřením maximální rychlosti větru, tzv. stanice II. typu AKS2. Tyto stanice nejsou do příspěvku zahrnuty. Stanice AIM stanice pod správou Oddělení ochrany a čistoty ovzduší, které jsou vybaveny automatickým větroměrným snímačem WindSonic britské firmy Gill Instruments Ltd. [3]. Data však neprochází pravidelnými kontrolami a slouží jako doplňkové informace. Typ stanice v databázi je AIM, indikativy _5%. Druhou skupinou stanic jsou stanice, které mají v historii svého pozorování období s měřením (nebo i odhadem) směru a rychlosti větru v klimatologických termínech. Do této skupiny de facto náleží téměř všechny stanice uvedené ve skupině první (kromě některých doplňkových stanic s anemografem, které hodnoty v klimatologických termínech nezaznamenávaly). Kromě výše uvedených typů stanic patří do této skupiny následující stanice: Manuální klimatologické stanice současné i historické stanice typu MKS s indikativy _1%, _2% a _3%. Podskupinou můžou být historické stanice typu MKSR, které standardně měřily úhrn srážek a teplotu vzduchu v klimatologických termínech a k tomu odhadovaly oblačnost, směr a rychlost větru, tzv. stanice malého klima [1]. Zahraniční stanice současné synoptické stanice (typ AMS, indikativ _6%) v příhraničních oblastech ČR s daty 98 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
Tab. 1 Počet stanic s měřením maximální rychlosti (Fmax) a rychlosti větru v klimatologických termínech (F) v ČR. Table 1. The number of stations measuring maximum wind speed (Fmax) and wind speed in climatological times of observation (F) in the Czech Republic. indikativ _1 _3% _5% _6% _7% celkem prvek Fmax F Fmax F F Fmax F Fmax F Brno 25 80 1 1 0 8 11 34 92 České Budějovice 15 59 0 0 1 14 2 29 62 Hradec Králové 27 58 0 0 5 0 0 27 63 Plzeň 16 36 0 0 9 0 1 16 46 Ostrava 22 215 34 56 11 11 14 67 296 Praha 22 51 0 0 0 0 0 22 53 Ústí nad Labem 17 48 3 3 8 1 1 21 60 celkem 144 547 38 60 34 34 26 216 672 Obr. 2 Vývoj počtu stanic jednotlivých poboček ČHMÚ [%] a celkový počet stanic s měřením rychlosti větru (F) v databázi CLIDATA. Fig. 2. The development of number of stations under the CHMI administration [%] and the final number of stations measuring wind speed in climatological times of observation (F) in the CLIDATA database. směru a rychlosti větru ze zpráv SYNOP. Do této skupiny patří i data z historické stanice Sněžka z let 1885 1964. V tab. 1 je přehled počtu všech stanic s daty prvku F (rychlost větru) a Fmax (maximální rychlost větru) podle příslušnosti k jednotlivým pobočkám ČHMÚ. Z přehledu je patrné, že extrémní větrné charakteristiky byly nebo jsou měřeny na více než 200 lokalitách, termínová, popř. pravidelná rychlost větru na téměř 700 lokalitách v ČR. Vývoj počtu stanic s měřením rychlosti větru (F) od roku 1850 do současnosti vystihuje obr. 2. Jednotlivé barevné čáry znázorňují procentuální zastoupení počtu stanic, geograficky náležících k současným regionálním pobočkám ČHMÚ, v jednotlivých letech (hlavní osa y), černá čára znázorňuje absolutní počet všech stanic (vedlejší osa y). Z grafu je patrné, že od roku 1961 do současnosti je procentuální zastoupení stanic jednotlivých poboček ČHMÚ téměř neměnné, tedy data všech stanic jsou k dispozici v databázi CLIDATA. Rozdíl v zastoupení stanic před rokem 1961 není dán malým počtem stanic v některých regionech, ale absencí historických dat v databázi. V grafu jsou zahrnuty pouze základní stanice s indikativy _1%, _2% nebo _3% (tedy bez stanic doplňkových, zahraničních nebo stanic AIM). Hranice celkového počtu 200 stanic s měřením větru byla poprvé překročena v roce 1990 (201), v roce 2010 byl celkový počet 205, nejvyšší byl v roce 2006 (215). U maximální rychlosti větru (Fmax) na obr. 3 je patrné, že se tento prvek začal měřit až od 50. let 20. století (nově zakládané synoptické stanice vybavené anemografy). Výjimku tvoří Praha- Karlov (od roku 1920) nebo Brno-Slatina (od roku 1936). Prudký nárůst počtu stanic je patrný s nástupem instalace automatizovaných stanic I. typu (AKS1). Ještě v roce 1997 bylo na území ČR 30 stanic s měřením prvku Fmax, o dva roky později už 47, v roce 2006 sto stanic a v letech 2009 až 2010 se počet zastavil na 128. V souvislosti s plánovanou druhou vlnou automatizace a instalace automatizovaných stanic II. typu (AKS2) toto číslo v nejbližších letech poroste odhadem o dalších 20 stanic. Také na obr. 3 nejsou zahrnuty stanice doplňkové a stanice typu AIM. Obr. 3 Vývoj počtu stanic jednotlivých poboček ČHMÚ [%] a celkový počet stanic s maximální rychlostí větru (Fmax) v databázi CLIDATA. Fig. 3. The development of number of stations under the CHMI administration [%] and the final number of stations measuring maximum wind speed (Fmax) in the CLIDATA database. 3. PŘÍSTROJE Měření směru a rychlosti větru prošlo od počátku systematického měření této veličiny do současnosti, stejně jako u ostatních prvků, velkým rozvojem. Všeobecně jednodušší bylo zaznamenávání směru větru, pro které se už i v dobách nesystematického měření používaly různé typy větrných korouhví, umísťovaných na střechy nejvyšších budov a objektů. V českých zemích byly větrné korouhve známé již od 15. století, plnily však spíše funkci ozdobnou. Za účelem zjišťování směru větru byla korouhev zřízena Meteorologické Zprávy, 64, 2011 99
poprvé v roce 1585 v Bechyni na příkaz šlechtice Petra Voka z Rožmberka [4]. Přístroje pro měření rychlosti větru už vyžadovaly mnohem větší konstrukční, a tedy i finanční nároky. Poměrně velkého rozmachu se větroměrné přístroje dočkaly od druhé poloviny 19. století, kdy bylo zejména v bývalém Rakousku, ale také Prusku nebo Francii zkonstruováno několik typů konstrukčně jednodušších anemometrů (např. Dalozův kyvadlový anemometr), ale i složitějších přístrojů (Fuess, Schadewell, Robinson, aj.), pracujících na podobném principu, jako pozdější univerzální anemografy [5]. Pro jejich finanční náročnost nebyly tyto přístroje nasazovány do staniční sítě plošně, ale spíše výjimečně na nejdůležitější stanice. Běžné dobrovolnické stanice se musely většinou spokojit s jednoduššími způsoby měření, jako například odhad směru větru pomocí různých praporků, popř. čistě vizuálně. Rychlost větru pak byla zprvu odhadována podle desetidílné Smithsonovy stupnice, po rozpadu Rakouska-Uherska podle dvanáctidílné stupnice Beaufortovy. Mimochodem odhad směru a rychlosti větru provádějí dobrovolní pozorovatelé dodnes na manuálních klimatologických stanicích, kde již dosloužily anemoindikátory a nebyla zřízena automatická stanice s měřením větroměrných charakteristik pomocí čidel. 3.1 Mechanické anemometry Jedním z větroměrných přístrojů, který byl prokazatelně používán ve staniční síti ještě po druhé světové válce, byl tzv. Wildův anemometr (ukazatel směru větru s rychloměrnou destičkou), který byl zkonstruován již v 80. letech 19. století (obr. 4 vlevo). Nad větrnou korouhví byla připevněna destička, která se otáčela po směru větru a podle síly větru se odklápěla podél připevněného rámu s osmidílnou stupnicí. Rychlost větru se převáděla přímo na metry za sekundu. První dílek stupnice byl svislý, znamenal tedy bezvětří, druhý dílek odpovídal rychlosti 2 m/s, třetí dílek rychlosti 4 m/s, poslední osmý dílek rychlosti 20 m/s [6]. Od 50. let 20. století se pro zjišťování větroměrných charakteristik začal používat mechanický, tzv. Univerzální anemograf, který vyráběla berlínská firma Fuess nebo česká Meopta Přerov, později METRA Blansko. Tento registrační přístroj se skládal z části vysílací neboli měřicí (obr. 4 uprostřed) a přijímací, čili registrující (obr. 4 vpravo). Směr větru zaznamenávala větrná směrovka, jejíž otáčivý pohyb se přenášel hřídelem k registračnímu přístroji na dva válce, z nichž každý ovládal jedno registrační pero. Jeden válec ovládal pero zaznamenávající směry S J přes V, tedy směry východní, druhý válec pero zaznamenávající směry S J přes Z, tedy směry západní. Působením válců jedno pero Obr. 4 Wildův anemometr (vlevo), Univerzální anemograf s částí měřicí (uprostřed) a registrační (vpravo). Fig. 4. The Wild s anemometer (left), the General-purpose anemograph with a measuring part (mid) and a recording part (right). klesalo nebo stoupalo, druhé naopak, a protože se registrační válec otáčel, zaznamenával svou stopu mezi souběžnými přímkami S J v závislosti na čase. Na dolním okraji válců byla namontována zařízení, kterými se jedno z per oddálilo od registrační pásky (tzv. odklápěče per). Dráha větru, resp. průměrná rychlost větru, byla zjišťována měřením otáček Robinsonova miskového kříže. Otáčky kříže jsou snižovány šnekovým převodem a přenášeny hřídelí k registračnímu přístroji na válec s odvalovací křivkou, která ovládá registrační pero. Válec se otáčel stále v jednom směru, takže pero vykreslovalo na pásce nekonečnou křivku mezi dvěma omezovacími přímkami 0 10 000 m, která střídavě klesala a stoupala. Ze záznamu šlo vyčíslit uraženou dráhu větru v závislosti na čase, a tedy i průměrnou rychlost v m/s nebo km/h. Měření nárazů větru, resp. okamžitých rychlostí větru, byla založena na principu dynamické metody. Měřicím zařízením byla tzv. rychlostní trubka (podle svých objevitelů také Pitotova, popř. Prandtlova), která umožňovala měřit rychlost proudění vzduchu jejím převedením na tlak. Podrobně byl mechanismus měření popsán v [7]. Protože mechanismus anemografu byl v zimním období často ovlivňován námrazou, a vyřazoval tak přístroje zejména v horských polohách i na několik měsíců z provozu, byl v 70. letech nasazován na některých stanicích typ Junkalor, který měl již elektricky vytápěnou trubici. Konec éry univerzálního anemografu nastal současně s nasazením prvních automatických větroměrných čidel VAISALA, které byly do profesionální staniční sítě ČHMÚ zaváděny od roku 1996. Anemografy v některých případech měřily do konce roku 2000. Na většině stanic pak byly přístroje demontovány a odvezeny. Dnes je v provozu anemograf na stanici pobočky ČHMÚ Ostrava (O7PORU01) a také na letišti v Krnově (O7KRNO01). Na dobrovolnických klimatologických stanicích se začaly od 60. let 20. století nasazovat tzv. anemoindikátory, které na mnohých místech fungují ještě dodnes. Anemoindikátory zaznamenávají směr a rychlost větru v daném okamžiku, nejsou tedy registrační. Skládají se z hlavice a z indikačního přístroje s osmipólovým přepínačem a tlačítkem. Hlavice se umísťuje na sklopný 10 m vysoký ocelový stožár opatřený bleskosvodem. Indikační přístroj, který je propojen s hlavicí kabelem, se umísťuje většinou do meteorologické budky. Při určování směru větru se postupně přepínají polohy přepínače, dokud indikátor nezačne ukazovat rychlost větru. Pokud ukazuje indikátor rychlost větru pouze v jedné poloze, je tato totožná se směrem větru. Ukazuje-li indikátor rychlost větru ve dvou sousedních polohách, leží hodnota směru mezi těmito polohami. Funkce přístroje je založena na otáčení magnetu upevněného na hřídeli miskového kříže. Indukuje se elektrický proud a vzniklé napětí se po usměrnění stykovým usměrňovačem měří voltmetrem, jehož stupnice je číslována v m/s. Rychlost větru se odečte z indikátoru po přepnutí přepínače na směr, který právě ukazuje směrovka. Rychlost lze přečíst rovněž přímo po stisknutí tlačítka, což se využívá zejména při malých rychlostech větru [8]. 3.2 Větroměrná čidla Jak bylo naznačeno výše, od poloviny 90. let minulého století došlo k postupné automatizaci staniční sítě ČHMÚ. Páteřní synoptické stanice byly automatizovány v letech 1996 až 2000, u dobrovolnických stanic se automatizovaly tzv. interové stanice (dnes Automatizované klimatologické stanice I. typu) na etapy podle příslušnosti stanic k regionál- 100 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
Obr. 5 Větroměrné snímače WAA a WAV 151 (vlevo), ultrasonický snímač WS 425 (vpravo). Fig. 5. Wind sensors WAA and WAV 151 (left), an ultrasonic sensor WS 425 (right). ním pobočkám v tomto pořadí: České Budějovice (1997 98), Ostrava (1997 1998), Brno (1998 1999), Plzeň (1999 2000), Hradec Králové (2000 2002), Ústí nad Labem (2002 2004) a Praha (2004). Pro měření většiny meteorologických prvků, včetně větroměrných charakteristik, byla vybrána čidla finské produkce VAISALA. Na dobrovolnických stanicích jsou jednotně užívána čidla typu WAV 151 pro směr a WAA 151 pro rychlost větru, umísťované na oba konce ramena desetimetrového sklopného stožáru (obr. 5 vlevo). Oba snímače jsou použitelné celoročně, mají vytápěný prostor osy otáčení. Interval měření je každé dvě sekundy. Úloha ve všech zpracováních (mimo získání dráhy větru a zjištění maxima rychlosti větru) respektuje vektorový charakter měřeného prvku. Za těchto podmínek jsou zpracovány průběžné dvouminutové průměry, desetiminutový (dříve patnáctiminutový) průměr, vyhledáváno maximum rychlosti větru. Na konci každého desetiminutového intervalu je uložen poslední dvouminutový průměr, desetiminutový průměr, maximální rychlost větru, směr a čas (v sekundách od počátku daného základního intervalu) tohoto maxima rychlosti větru za daný základní interval a desetiminutová dráha větru (skalární veličina) [9]. Princip funkce snímání rychlosti větru je u čidla WAA 151 optický. Na hřídel otáčení je připevněn disk se zuby na obvodu. Při rotaci větroměrného kříže rotuje i disk a zuby na disku procházejí optickou branou. Frekvence přerušování optické cesty je úměrná rotaci disku, tedy rychlosti otáčení kříže a tedy i rychlosti větru. Rozsah měření je od 0,4 do 75 m/s, práh citlivosti < 0,5 m/s (při optimálním natočení kalíšků snímače v příznivém směru k proudícímu vzduchu je práh citlivosti < 0,35 m/s), přesnost měření (mezi 0,4 60 m/s) je ±0,17 m/s. Provozní teplota snímače je od 50 C do +55 C. Princip funkce snímání směru větru u WAV 151 je opět optický. Na hřídel otáčení je připojen kódovací disk s otvory, které při rotaci procházejí každý jednou optickou branou. Podle natočení korouhvičky snímače dojde i k natočení kódovacího disku, a tím k přerušení optických cest u některých bran. Z kombinace těchto přerušení je získávána informace o natočení korouhvičky, a tím o směru větru. Výstup snímače je digitální (šestimístný tzv. Grayův kód). Práh citlivosti snímače je < 0,4 m/s, přesnost ±3, provozní teplota od 50 C do +55 C. Kabely od snímačů jsou vedeny ramenem ke stožáru, kde jsou ukončeny v instalační krabičce se svorkovnicí. Zde je i termostat řídící spínání vytápění obou snímačů. Topný systém se uvede v činnost při poklesu okolní teploty pod cca 4 C [9]. Při náročnějších podmínkách, zejména v zimě, je vytápěcí systém u čidel řady 151 nedostatečný. Z toho důvodu byly na profesionální staniční síti nasazována čidla WAA 251, resp. WAV 251, která jsou vhodnější do extrémnějších zimních podmínek. Tato čidla jsou opticky dosti podobná s předchozím typem (liší se ve tvaru směrovky) a fungují i na stejném principu. Oproti typu 151, který má vytápěnu pouze osu rotace čidla, má typ 251 navíc vytápění přímo kalíšků anemometru, resp. křídla snímače směru větru. Na straně jedné je toto výhoda, na druhé straně vzniká problém tím, že napětí se přenáší na transformátor umístěný na ose vrtulek a způsobuje sice nutnou, avšak také nežádoucí zátěž celého systému, navíc je nezbytný také silnější výkon zdroje (až pětinásobně) a v neposlední řadě je vyšší i cena snímače. Rozsah měření i práh citlivosti snímače je stejný, jako u předchozího typu, provozní teplota je od 55 C do +55 C [10]. Problémy u miskových anemometrů řady 251 byly odstraněny poté, co se na trhu začaly objevovat ultrasonické větroměrné snímače. První snímač tohoto typu byl instalován na Lysé hoře v roce 2002. Z několika typů, které VAISALA v té době nabízela, byl vybrán snímač WAS 425 AH. Během roku 2010 byly snímače postupně instalovány na většině synoptických stanic pod novým označením WS 425 (obr. 5 vpravo). Tento snímač, stejně jako všechny ostatní ultrasonické snímače, má velkou výhodu v tom, že neobsahuje žádné mechanické části (otáčející se vrtulky s kuličkovými ložisky, podléhající vlivu tření, setrvačnosti apod.), a nevyžaduje tak pravidelné kalibrace snímače. Ultrasonická čidla tvoří anténní soustava tří ultrasonických snímačů orientovaných do tvaru rovnostranného trojúhlelníku. Měření větru je založeno na době letu (čas, který ultrasonický signál urazí od jednoho snímače k druhému). Čas je měřen v obou směrech pro každý pár snímacích hlav. Rychlost větru je určována pro každý pár snímačů porovnáním doby letu ultrasonického signálu s opačným směrem. Při bezvětří je doba letu signálu z jedné hlavice k druhé stejná jako doba letu zpět, při nárůstu rychlosti větru se doby letu liší. Trojúhelníková konstrukce čidla a dvousměrné měření doby letu pro každý pár snímačů poskytují tři sady základních vektorů. Pro určení směru a rychlosti větru je zapotřebí dvou sad. Ultrasonické čidlo vyhodnotí kvalitu všech sad a vybere dvě nejlepší sady, které budou využity pro výpočet veličin. Kvalita sad je vyhodnocena statistickou analýzou dat doby letu. Rozsah měření je od 0 do 65 m/s, práh citlivosti je 0,1 m/s, přesnost měření (mezi 0 65 m/s) je ±0,135 m/s, u směru větru ±2. Provozní teplota snímače je od 55 C do +55 C [11]. 4. PŘEHLED VĚTROMĚRNÝCH PRVKŮ V současnosti je v databázovém systému CLIDATA definováno 17 prvků, který nějakým způsobem souvisí s měřením větru. Některé prvky jsou měřeny pouze na synoptických stanicích (4), další prvky byly do seznamu zařazeny v souvislosti s automatizací staniční sítě (5), jiné jsou definovány u současných nebo historických stanic s měřením nárazů větru (5). F rychlost větru [m/s]; prvek je definován u všech typů klimatologických stanic. V databázi se nachází v tabulkách jak pro nepravidelná, tak pro pravidelná data. U nepravidelných dat jde o záznam rychlosti větru v klimatologických termínech. Stanice bez přístrojového vybavení a v případě malých rychlostí větru určovaly rychlost větru odhadem podle Beaufortovy stupnice (před rokem 1918 Smithsonovy stupnice), data jsou podle převodních tabulek uložena v m/s. Pozorovatelé stanic vybavených Meteorologické Zprávy, 64, 2011 101
funkčními anemoindikátory podle návodu pro pozorovatele [8] měřili dvě minuty před a dvě minuty po ostatním pozorování a poté byl určen průměr. Po automatizaci u stanic vybavených větroměrnými čidly jde u dobrovolnických stanic vybavených programem Meteocentrum (typ AKS1) nebo Raincentrum (typ AKS2) o vektorovou veličinu, a to průměrnou hodnotu za poslední dvě minuty, přičemž data byla zpočátku ukládána ke každé patnácté minutě, od dubna 2010 ke každé desáté minutě. Ukládá se rychlost větru z nejbližší patnáctiminutovky (desetiminutovky) podle polohy stanice. U profesionálních stanic (typ AMS) se systémem Monitwin je průměr vypočten skalární metodou za posledních 15 (od února loňského roku 10) minut a ukládá se ke konkrétní minutě, která určuje pro stanici místní střední sluneční čas. Tento prvek se u synoptických stanic vyskytuje v databázi i v hodinovém kroku, a to od roku 1982 do začátku automatizace. D10 směr větru [stupně/10]; prvek je definován pouze pro nepravidelná měření (v klimatologických termínech) a je a byl měřen, popř. odhadován, vždy ve spojitosti s prvkem F. Rozsah měření je od 0 do 36. K určení tohoto prvku manuální stanice používaly různé větrné směrovky, pokud byly později vybavené anemoindikátory, postupovalo se podobně jako u prvku F [8]. U automatizovaných stanic jde o hodnotu prvku D vydělenou deseti a zaokrouhlenou na celé číslo. D směr větru [stupně]; tento prvek byl zaveden po automatizaci u stanic AMS, AKS1 a AKS2. U dobrovolnických stanic (AKS1, resp. AKS2) jde o vektorovou veličinu, a to průměrný směr větru za poslední dvě minuty, ukládá se pouze do pravidelných dat ve stejném smyslu, jako u prvku F s rozsahem měření 0 360. U profesionálních stanic (AMS) je výpočet proveden jako jednotkový vektor a podobně jako u prvku F v intervalu měření 15 (10) minut. Fmax maximální rychlost větru [m/s]; prvek je definován u všech stanic s automatickým měřením větru čidly. Je to skutečně vybraný nejvyšší náraz rychlosti větru za vzorkovací periodu měření (1 sekunda pro stanice typu AMS, dvě sekundy pro stanice AKS1, AKS2), a to z každého pravidelného intervalu (15, resp. 10 minut). V nepravidelných datech je ukládána nejvyšší hodnota ze všech pravidelných hodnot ke každému dni. Přesnost měření je 0,1 m/s. Tento prvek je definován i u manuálních dobrovolnických (MKS nebo MKSR) nebo profesionálních stanic (MS), které měřily anemografem, a je zaznamenáván v nepravidelných datech jako maximální rychlost větru za každý den podle vyčíslení anemogramů. Zde je přesnost měření většinou 1 m/s, někdy 0,5 m/s. V databázi je tento prvek navíc definován u páteřních synoptických stanic v hodinových datech za období leden 1982 až červen 1994 s přesností 1 m/s, a to při rychlostech nad 11 m/s. Tato data byla do databáze (Clicom) importována RNDr. Coufalem právě v polovině roku 1994. Data za následující období nebyla bohužel nalezena. Dmax směr maximální rychlosti větru [stupně]; směr větru v okamžiku změření maximální rychlosti větru v intervalu 1 s (AMS) nebo 2 s (AKS1, AKS2) je definován na všech stanicích a v tabulkách podobně jako prvek Fmax (kromě hodinových dat Fmax za období 1982 až 1994). Casmax čas, kdy byla naměřena maximální rychlost větru. U stanic typu AMS a AKS1 je pro pravidelná data zaznamenáván v hodnotě, která udává počet sekund od počátku uplynulého intervalu, např. číslo 100 u času 12:30 znamená, že maximální náraz byl zaznamenán 100 sekund po tomto čase. U nepravidelných dat je tento prvek kromě stanic AMS a AKS1 zaznamenáván také u stanic s daty s měřením anemografu. V tabulce je hodnota jako číslo udávající přesný čas (hodiny a minuty bez oddělovače) maximálního nárazu větru, např. číslo 1712 znamená maximální náraz v 17 hodin 12 minut. Pro historické stanice vybavené anemografem byly pro charakteristiky nárazu větru původně zavedeny prvky Fmx_Ag pro maximum, Dmx_Ag pro směr a Cas_Ag pro čas maximální rychlosti větru. Pro zjednodušení a jednotnost v databázi byly tyto prvky zrušeny a data uložena pod prvky Fmax, Dmax a Casmax, v popisu pozorování stanice pak uveden anemograf jako měřicí přístroj [12]. Následující tři prvky jsou spojeny výhradně s měřením větru pomocí čidel, jsou generovány programem Monitwin (stanice typu AMS) nebo Meteocentrum (stanice AKS1), popř. Raincentrum (stanice AKS2) a ukládají se v tabulce pro pravidelná data v patnácti, resp. desetiminutovém intervalu: Fprum Průměrná rychlost větru za posledních 15 (10) minut [m/s]; vektorová veličina; přesnost 0,1 m/s. Dprum Průměrný směr větru za posledních 15 (10) minut [stupně]; vektorová veličina; přesnost 1 stupeň. Ddraha Dráha větru za posledních 15 (10) minut [m]; skalární veličina; reprezentuje průměrnou rychlost větru bez ohledu na směr větru. Na metodické poradě odboru klimatologie v roce 2009 bylo navrženo zrušení tohoto prvku a odstranění z databáze, zatím se však tato data nadále ukládají. Další dva prvky jsou spojeny s daty s vyčíslením anemografů, v databázi jsou uloženy v tabulce pro pravidelná data, a to v hodinovém intervalu: F_Ag dráha větru uražená během jedné hodiny naměřená anemografem [km] s přesností na 1 km. D_Ag průměrný směr větru během jedné hodiny naměřený anemografem [stupně] s přesností na celé desítky stupňů. Následující prvky jsou zaznamenávány výhradně na profesionálních synoptických stanicích a jsou součástí zprávy SYNOP [13]: S-F průměrná rychlost větru za posledních 10 minut před termínem pozorování vypočtená skalární metodou [m/s]; hodnoty se zaokrouhlují na celé m/s. S-D10 průměrný směr větru za posledních 10 minut před termínem pozorování vypočtený skalární metodou; hodnoty se ukládají v desítkách stupňů. Nastane-li během tohoto desetiminutového období náhlá změna rychlosti větru, určuje se průměrná rychlost a směr větru za zkrácené období od této změny do termínu pozorování. V databázi se tyto prvky ukládají k celé hodině do tabulky s pravidelnými daty. V období 1961 1968, popř. 1969 byla zpráva SYNOP s těmito prvky sestavována v nepravidelném tříhodinovém intervalu (07:00, 10:00, 13:00, 16:00 a 19:00), v letech 1969, popř. 1970 1981 pak v pravidelném tříhodinovém intervalu (01:00, 04:00, 07:00, 10:00, 13:00, 16:00, 19:00 a 22:00). Od roku 1982 se zpráva SYNOP tvoří každou celou hodinu. S-Spfm maximální náraz větru za posledních 10 minut před termínem zprávy [m/s]; data se ukládají pouze tehdy, pokud rychlost maximálního nárazu větru za posledních 10 minut před celou hodinou překračuje průměrnou rychlost větru za toto období o 5 m/s a více. 102 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
Tab. 2 Vysvětlivky k přehledu skupin větroměrných dat meteorologických stanic od počátku měření do konce roku 2010. Table 2. The legend for the summary of wind measuring data groups of the meteorological stations from the beginning of the measurement till the end of the year 2010. typ prvek interval přístroj období A Casmax, Dmax, Fmax 0:15/0:10 anemo čidlo od počátku anemo čidel dosud B Casmax, Dmax, Fmax 1:00 anemo čidlo od počátku anemo čidel do 15 minutových dat C Fmax 1:00 anemograf 01 1982 06 1994 D S-Spfm, S-Spfx 1:00 anemo čidlo 01 2000 dosud E F Fmax, popř. Dmax, Casmax D, F, Dprum, Fprum 1 x denně anemograf (z vyčíslení), anemo čidlo 0:15/0:10 anemo čidlo od počátku do konce AG, od počátku čidel dosud od počátku anemo čidel dosud G F, popř. D10 1:00 anemo čidlo do počátku 15minutových dat H D_Ag, F_Ag 1:00 anemograf (z vyčíslení) od počátku do konce AG, nejpozději do 12 2000 I S-D10, S-F 1:00 anemograf, anemo čidlo 01 1982 do 15 min. dat J S-D10, S-F 3:00 anemograf 01 1961 12 1981 K D10, F 3 x denně anemograf, anemoindikátor, odhad od počátku měření S-Spfx maximální náraz větru během období W1W2 [m/s]; v hodinovém intervalu se tímto obdobím rozumí poslední jedna hodina bez posledních 10 minut před termínem zprávy. Data se ukládají pouze tehdy, pokud je rychlost maximálního nárazu větru během tohoto období větší nebo rovna 11 m/s. Oba tyto prvky se do databáze ukládají s přesností na 1 m/s. Jsou k dispozici ze všech synoptických stanic od roku 2000, jedná se tedy o pravidelná hodinová data z automatických čidel. Poslední dva prvky definované v databázi CLIDATA, související s měřením větru, jsou rychlost větru (F36) a směr větru (D36), které jsou měřeny na meteorologickém stožáru ve výšce 36 metrů nad zemí. Tento stožár se nachází v lokalitě Ostrava-Zábřeh a je v majetku Statutárního města Ostravy, kterému byl v roce 1994 darován norským ministerstvem životního prostředí. ČHMÚ, resp. Oddělení ochrany čistoty ovzduší smluvně zajišťuje provoz a údržbu čidel a vyhodnocování dat. Nejedná se o standardní klimatologická měření. Pro měření větru jsou stejně jako na ostatních stanicích AIM používána britská čidla Gill. Stožárové měření větroměrných charakteristik je provozováno také na observatořích u jaderných elektráren Dukovany (výška 18, 42, 79, 119 a 136 m) a Temelín (výška 10, 20, 30 a 40 m. Zde jsou pro každou výšku na stožáru zavedeny standardní větroměrné prvky (D, F, Dmax, Fmax, Dprum, Fprum) a odlišné indikativy stanice, není proto nutné zavádět další účelové prvky do databáze. Do databáze CLIDATA jsou v tabulce ADATA rovněž Obr. 6 Přehled všech větroměrných dat hlavních meteorologických stanic sítě ČHMÚ na příkladu stanic pobočky ČHMÚ Ostrava. Fig. 6. The summary of all wind data at the main meteorological stations of the CHMI network by an example of Ostrava CHMI regional office stations. Meteorologické Zprávy, 64, 2011 103
ukládána data směru a rychlosti větru ze sond vypouštěných meteorologickým balonem v Praze-Libuši, a to od roku 1971 do současnosti pro časy 00:00 a 12:00 (v letech 1971 73) a 00:00, 06:00, 12:00 a 18:00 (od roku 1974). Tab. 3 Přehled lokalit s evidovanými anemogramy v archivu ČHMÚ Brozany s chybějícím popisem pozorování v databázi CLIDATA. Table 3. The summary of sites with a registered anemograph in the CHMI archives at Brozany with a missing description of observation in the CLIDATA database. Lokalita Období Indikativ Hluk 1977 2004 B1HLUK01 Lovčice 1973 1976 B1% - není def. Prostějov, voj. učiliště 1929 1939 B1PROS01 Uherský Brod 1929 1933 B1UHBR01 Brno-Kraví Hora 1971, 1973 1974 B2BMES01 Brno, UJEP 1975 1976, 1982 1984 B2BMES01 Brumov 1974 1980 B2BRUM01 Bukovany 1974 2000 B2BUKY01 Náměšť nad Oslavou 1962 1989 B2NAMO01 Nedvězí 1975 2000 B2NEDV01 Polička 1931 1938 B2POLI01 Černá v Pošumaví 1993 1997 C1CERP01 Hosín 1986 1992 C2HOSI01 Vrchlabí 1981 1987 H1VRCH01 Ostrava, Důl P. Bezruč 1969 1970 O1% - není def. Olomouc-Neředín 1927 1938 O2OLNE01 Pacov-Hrádek 1978 1995 P3HRAD01 Frýdlant v Čechách 1962 1967 U2FRYK01 5. DATA Z předchozího přehledu prvků je patrné, že větroměrná data zabírají poměrně velkou kapacitu v databázi CLIDATA. Zjistit, která data a zejména za jaké období jsou u každé stanice uložena, bývá mnohdy komplikováno tím, že není důsledně dodržován popis pozorování stanice v geografii stanice. Jednotlivé větroměrné prvky byly zařazeny do skupin dat, které spolu logicky souvisejí a pro každou takovou skupinu dat vytvořeny barevné grafické přehledy existence těchto dat v databázi CLIDATA. Celkem bylo identifikováno 8 skupin větroměrných dat (tab. 2). Přehledy byly tvořeny pro několik skupin stanic s měřením větroměrných charakteristik, podle příslušnosti k jednotlivým pobočkám ČHMÚ, a vzhledem ke svému rozsahu zde nejsou uvedeny, ale jsou pro zájemce k dispozici u autora článku: Hlavní meteorologické stanice; náleží sem synoptické stanice a také stanice obsluhované přímo na pobočkách, popř. observatořích (celkem 46 stanic, z toho 6 historických). Stanice v působnosti pobočky Ostrava jsou uvedeny na obr. 6. Klimatologické automatizované stanice; všechny dobrovolnické stanice typu AKS1 budované firmou Meteoservis Vodňany v. o. s. od roku 1997 (88 stanic, z toho 85 současných). Ostatní historické nebo současné stanice s registračním měřením větru z anemografů (14 stanic). Přehledy nebyly vytvořeny pro ty stanice, které mají pouze data typu K, tedy všechny historické nebo současné manuální klimatologické stanice s měřením směru a rychlosti větru v klimatologických termínech. Několik poznámek k barevným přehledům: Písmeno N v kolonce příslušného roku znamená, že data v daném roce nejsou kompletní. Číslo vystihuje měsíc v daném roce, od kterého jsou data měřena, resp. ukládána do databáze z automatických čidel. Černý tučný rámeček u dat typu E znamená překryv (souběžné měření) těchto prvků anemografem a automatickými čidly. Červený tučný rámeček u dat typu E znamená, že data nejsou pořízena v databázi CLIDATA, ale měly by existovat anemogramy (v archivu ČHMÚ v Brozanech). Červený tučný rámeček u dat typu H znamená, že data nejsou pořízena v databázi CLIDATA, ale existují výkazy (vyčíslení anemogramů). Import dat ze zpráv SYNOP do databáze stále probíhá, v současnosti ještě nejsou naimportována data za období 1982 1995 (data typu I). V průběhu února 2010 profesionální stanice a v průběhu dubna až května 2010 dobrovolnické stanice přešly na 10minutový interval měření dat. Data typu G jsou shodná s typem I (data ze zpráv SYNOP), v databázi se tedy vyskytují duplicitně. Pro historická data typu K před rokem 1950 je vytvořen zvláštní řádek s číselným označením existence dat včetně přerušení. Historická větroměrná data z anemografů můžeme získat také přímo ze samotných anemogramů, pokud neexistuje jejich vyčíslení. Anemogramy jsou uloženy v centrálním archivu ČHMÚ v Brozanech. V evidenci jsou pásky z celkem 69 lokalit za různá období. Převážnou většinu z nich tvoří pásky z hlavních meteorologických stanic, ke kterým existuje i vyčíslení (někdy však ne za celé období). V archivu se ale nachází také krabice s anemogramy ze 17 historických lokalit, kde v databázi CLIDATA v popisu pozorování nejsou větroměrné prvky definovány nebo lokality nejsou definovány vůbec (tab. 3). Zde se jedná patrně o různá účelová měření, tedy ne o meteorologické stanice jako takové, popř. záznamy mohou být nekvalitní a nepoužitelné nebo na své vyčíslení a zpracování teprve čekají. 6. METADATA Součástí každé datové řady by měly být rovněž geografické informace ze stanic, odkud data pocházejí, tzv. metadata. Pro větroměrná data jsou nejdůležitější informace o poloze stanice, nejen ve smyslu zeměpisných souřadnic, ale také okolního terénu, o překážkách v okolí stanice, o změně větroměrného přístroje, zejména přechodu k měření pomocí automatických čidel. Metadata dobrovolnických stanic typu AKS1 jsou poměrně bohatá vzhledem k tomu, že byly budovány v posledních 14 letech a jsou ve správě jednotlivých poboček ČHMÚ. Pro každou z více než 80 stanic byl vypracován přehled zahrnující základní geografické informace stanice (souřadnice, nadmořská výška) a dále rozšířené informace jako typ georeliéfu, vycházející z relativní výškové členitosti terénu [14] a jeho popis, typ vegetačního okolí stanice s popisem a rovněž typ antropogenního ovlivnění s popisem překážek v bezprostředním okolí stanice. Důležitý je rovněž zápis data výměny a kalibrace větroměrných čidel a fotografie stanic a jejich okolí, pořízené většinou pobočkovými správci. Všechny tyto infor- 104 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
Obr. 7 Umístění meteorologické stanice v aplikaci Google Earth. Fig. 7. The location of a meteorological station seen through the Google Earth application. Obr. 8 Porovnání okolí meteorologické stanice Červená v roce 1954 (vlevo) a 2006 (vpravo). Fig. 8. The comparison of the Červená meteorological station s surroundings in 1954 (left) and in 2006 (right). mace by měly být také součástí metadat v databázi CLIDATA (tzv. rozšířená metadata, přístroje na stanici, fotografie). U meteorologických profesionálních stanic je situace složitější v podstatně delším období pozorování a také v tom, že během minulých let se několikrát měnil správce stanice. V roce 1954 po vzniku HMÚ to byl 3. odbor se sídlem na letišti Praha-Ruzyně, v roce 1959 Technický odbor HMÚ v Praze- Smíchově. V roce 1967 byla u HMÚ zřízena Klimatologická služba, kde meteorologické stanice tvořily oddělení profesionálních stanic uvnitř odboru staniční sítě. Od února 1971 byl z Klimatologické služby vyčleněn Odbor meteorologických stanic v Praze-Komořanech. V letech 1979 1990 byly profesionální stanice převedeny do podřízenosti jednotlivých poboček HMÚ. Od října 1990 až do současnosti jsou stanice pod správou Oddělení profesionální staniční sítě [15]. Získat přesnější informace ohledně větroměrných přístrojů (typ, výška přístroje, opravy) z těchto stanic se ukázalo jako velmi nesnadné. V roce 1972 byly pro stanice vytvářeny základní dokumentace ke stanicím, kde je zapsán pouze rok zahájení jednotlivých měření bez jakýchkoliv dalších informací, seznam tehdejších pozorovatelů, poměrně dobře bylo popsáno umístění stanice a jeho okolí v roce založení dokumentace, ale většinou bez dalšího doplňování změn v okolí, výjimečně fotografie stanic. Dokumentace byly doplňovány většinou pouze do počátku devadesátých let. Teprve v posledních několika letech jsou na pobočky zasílány přehledy změn na meteorologických stanicích za celý rok. Pro těchto bezmála 60 stanic (současných i historických) byly vytvořeny přehledy obsahující opět základní geografické informace, dále informace o okolí stanice a jeho změnách, popř. stěhování, pokud bylo zjištěno také informace o větroměrných přístrojích (typ, výška) nebo výčet známých pozorovatelů, přehled chybějících dat a poruch mechanických přístrojů (zjištěno většinou z vyčíslení anemogramů) a také větroměrných čidel. Dále byly zkompletovány fotografie stanic (téměř polovina stanic byla navštívena a fotografie okolí pořízeny). Dalším podkladem pro metadata se stala internetová aplikace Google Earth. Jedná se o virtuální glóbus dříve známý jako Earth Viewer. Tento software byl vytvořen firmou Keyhole, a v roce 2004 zakoupen portálem Google. Jedná se o program, který Meteorologické Zprávy, 64, 2011 105
umožňuje prohlížet Zemi jako ze satelitu. Umožňuje naklonění a přiblížení, někdy i ve velkém rozlišení a lze jej zdarma stáhnout na internetu, např. [16]. Výhodou je, že Aplikace Google Earth je kompatibilní i s jinými aplikacemi. V aplikaci ArcGis (verze 10) byla vytvořena bodová vrstva stanic (shapefile), která byla jedním z nástrojů aplikace transformována do souboru, který se dá použít přímo v aplikaci Google Earth. Pro všechny stanice tak lze získat 3D obraz o georeliéfu okolí stanice, nikoli však o antropogenních překážkách (obr. 7). Velmi důležité pro poznání okolí stanice jsou také mapové podklady. Pro všech téměř 150 stanic byly vytvořeny výřezy z map v měřítku 1:5 000 a 1:50 000 s vyznačením umístění stanice. Zdrojem těchto map se stal Digitální atlas ČR na internetovém mapovém serveru IZGARD, který je součástí tzv. Digitálního vojenského informačního systému o území a který byl vytvořen Vojenským geografickým a hydrometeorologickým úřadem Dobruška (VGHMÚř). Mapový server spravuje CENIA, česká informační agentura životního prostředí [17]. CENIA je rovněž koordinátorem projektu Národní inventarizace kontaminovaných míst v České republice [18], který je spolufinancován také Evropskou unií Fondem soudržnosti. V rámci první etapy tohoto projektu VGMÚř poskytl mapové podklady, a to letecké snímky České republiky z let 1948 1955. Staly se dalším významným prostředkem pro doplnění metadat u stanic, které v padesátých letech minulého století byly zakládány nebo již existovaly. Pro 29 stanic byly vytvořeny výřezy těchto snímků a snímků současných (z let 2004 až 2008) v jednotném měřítku 1:30 000 pro porovnání současného okolí stanice se situací před více, než 50 lety (obr. 8). 7. ZÁVĚR Větroměrné charakteristiky patří k nejdůležitějším prvkům měřeným na klimatologických stanicích. V databázi CLIDATA zabírají tato data poměrně značnou část. Je zde definováno 216 historických i současných stanic, a to jak základních klimatologických, tak i doplňkových, zahraničních nebo stanic jiných oddělení, s měřením maximální rychlosti větru a 672 stanic s měřením rychlosti větru v klimatologických nebo pravidelných termínech. S nástupem automatizace meteorologických stanic byl zaznamenán také nárůst prvků souvisejících s měřením větru až na současných 17. Některé prvky pro zjednodušení byly zrušeny, o zrušení některých dalších se uvažuje. Množství větroměrných dat, zejména před rokem 1961 v databázi závisí na možnostech jednotlivých poboček ČHMÚ, jakým způsobem probíhá digitalizace historických dat. Díky finanční podpoře GA AV ČR v rámci projektu Analýza extrémních rychlostí větru v České republice bylo digitalizováno přes 7 000 měsíců z téměř 50 stanic pro prvky Fmax, Dmax, Casmax a přes 500 měsíců hodinových dat ze dvou stanic pro prvky F_Ag, D_Ag. Barevné grafické tabulky, které jsou k dispozici pro více než 150 základních, popř. doplňkových meteorologických stanic, vystihují přehled o existujících větroměrných datech v databázi a také dávají informace o přechodu mezi mechanickými přístroji a automatickými čidly, o datech chybějících, souběžném měření nebo datech, která jsou k dispozici, pokud by byla digitalizována. Velkým problémem při snaze o získání metadat z většiny profesionálních stanic se ukázaly nedostatečné nebo nepřesné informace o přístrojích (zejména typ, výška, výměny), data přechodu měření z anemografů na větroměrná čidla. Na letištích je problém s umístěním senzorů na prazích dráhy, které jsou vzdálené od sebe i několik km. Do databáze se tak dostávají data střídavě z jednoho nebo druhého místa, nelze však přesně určit ve který okamžik z kterého. Je na správcích staničních sítí, aby ve spolupráci s oddělením profesionální staniční sítě důsledně zaznamenávali pomocí nástrojů v CLIDATECH všechny změny na stanicích, budoucí kolegové za několik desítek let jistě tento počin ocení. Díky některým webovým aplikacím a jejich propojení s GIS a internetovým mapovým serverům lze získat informace o poloze stanic a jejich okolí (i ve formátu 3D). Velmi přínosná je možnost pracovat s leteckými snímky, zejména historickými, pro porovnání georeliéfu okolí stanic se současností. Poděkování: Tento článek byl zpracován v rámci Juniorského badatelského grantového projektu KJB300420905 Analýza extrémních rychlostí větru v České republice podporovaného Grantovou agenturou Akademie věd České republiky. Literatura: [1] ŘEPKA, M. LIPINA, P., 2006. Historie meteorologických pozorování na severní Moravě a ve Slezsku. Meteorologické Zprávy, roč. 59, č. 2, s. 49 63. ISSN 0026-1173. [2] ŘEPKA, M. LIPINA, P., 2009. Historie meteorologických pozorování na severní Moravě a ve Slezsku (2. část). Meteorologické Zprávy, roč. 62, č. 4, s. 113 120. ISSN 0026-1173. [3] WindSonic User Manual, Doc. No. 1405-PS-019, Issue 07, Gill Instrument Ltd., Lymington, Hampshire, UK, 37 s. [4] KRŠKA, K. ŠAMAJ, F., 2001. Dějiny meteorologie v českých zemích a na Slovensku. 1 vyd. Praha: Univerzita Karlova v Praze, Nakladatelství Karolinum. 568 s. ISBN 80-7184-951-0. [5] Jahrbücher der K. k. Central - Anstalt für Meteorologie und Erdmagnetismus Wien. Jahrgang 1848. Wien, 1854, 420 s. [6] Ergebnisse der Meteorologische Beobachtungen im Jahre 1885. Königlich Preussichen Meteorologischen Institut, Berlin, 1887, 246 s. [7] KOZUMPLÍK, S., 1950. Universální anemograf a anemometrické dvojče. Meteorologické Zprávy, roč. 4, č. 3 4, s. 93 98. ISSN 0026-1173. [8] ŽIDEK, D. LIPINA, P., 2003. Metodický předpis č. 13: Návod pro pozorovatele meteorologických stanic ČHMÚ. Ostrava: ČHMÚ. [9] METEOSERVIS v.o.s., 1997. Dokumentace k systému sběru meteorologických dat na dobrovolnických stanicích ČHMÚ. Technický popis, Vodňany, 27 s. [10] http://www.vaisala.com [11] VAISALA, 2006. Vaisala Windcap, Ultrasonic Wind Sensor WS425. User s guide, Helsinki, 101 s. [12] LIPINA, P. ŘEPKA, M., 2010. Digitalizace klimatologických dat ze stanic na severní Moravě a ve Slezsku. Práce a studie, sešit 34, ČHMÚ, Praha, 132 s. ISBN 978-80-86690-86-5. [13] ČERVENÁ, E., 2005. SYNOP, Zpráva o přízemních meteorologických pozorováních z pozemní stanice. Praha, ČHMÚ, 115 s. [14] MIŠTERA, L. a kol., 1985. Geografie ČSSR, Praha, SPN, 385 s. [15] LIPINA, P. a kol., 2004. 50 let pozorování na profesionální meteorologické stanici Lysá hora. 1. vyd. Praha: ČHMÚ. 70 s. ISBN 80-86690-20-2. [16] http://www.google.com/intl/cs/earth/download/ge [17] http://izgard.cenia.cz [18] http://kontaminace.cenia.cz Lektor (Reviewer) RNDr. Jiří Hostýnek 106 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
JEDNODENNÍ SRÁŽKOVÉ ÚHRNY 300 MM A VÍCE VE STŘEDNÍ EVROPĚ Jan Munzar, Stanislav Ondráček, Ústav geoniky AV ČR, v. v. i., oddělení environmentální geografie, Drobného 301/28, 602 00 Brno, munzar@geonika.cz, ondracek@geonika.cz Ingeborg Auer, Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Hohe Warte 38, A-1190 Wien, auer@zamg.ac.at Andrzej Dancewicz, Instytut meteorologii i gospodarki wodnej, ul. Parkowa 30, PL-51 616 Wroclaw, a_dancewicz@interia.pl Sándor Szalai, Szent István University, Faculty of Agricultural and Environmental Sciences, Páter Károly u. 1, H-2103 Gödöllő, szalai.sandor@mkk.szie.hu One-day precipitation amounts of 300 mm and more in Central Europe. Such a high one-day precipitation amount is exceptional in the climate of Central Europe. Available data indicate that it was recorded by meteorological stations in this region only five times in the last more than a hundred years. In Czechia, it was measured twice on the same day 29 July 1897: at the station of Nová Louka/Neuwiese (345.1 mm) and at the station of Jizerka/Wilhelmshöhe (300.0 mm). In Austria, a one-day precipitation amount of 323.2 mm was recorded at the Semmering station on 5 July 1947. In Germany, a one-day precipitation amount of 312.0 mm was reported by the Zinnwald-Georgenfeld station on 12 August 2002 (German literature mentions also a value of ca. 300 mm on the same day from the recreational centre in Oberbärenburg). The highest one-day precipitation amount ever recorded in Poland is 300.0 mm, measured at the Hala Gasienicowa station on 30 June 1973. On the territories of Slovakia and Hungary, the one-day precipitation amount of 300 mm has not been recorded so far. Therefore, the one-day precipitation amount of 345.1 mm from the Nová Louka/Neuwiese station in northern Bohemia remains a so far unbroken Central European record. KLÍČOVÁ SLOVA: úhrn srážkový jednodenní extrémy Evropa střední KEY WORDS: daily precipitation amount extremes Central Europe 1. ÚVOD Inspirací pro tento článek byla informace o hydrometeorologickém extrému, který postihl v listopadu 2009 Velkou Británii. 19. listopadu tohoto roku na stanici Seathwaite v hrabství Cumbria (severozápadní Anglie) byl naměřen za 24 hodin (00:00 23:59 UTC) nepředstavitelně vysoký srážkový úhrn 316,4 mm, což znamenalo vytvoření nového britského srážkového rekordu pro 24hodinový interval. Nejednalo se tedy o hodnotu jednodenního úhrnu, který je měřený ve Velké Británii v klasických termínech 09:00 09:00 UTC. Pro srovnání je třeba doplnit i klasický úhrn pro tento den, zaznamenaný tedy druhý den ráno, v 09:00 UTC 20. 11. 2009, a to 253,0 mm. Přitom na této lokalitě dosavadní nejvyšší jednodenní úhrn byl pouze 204,0 mm, naměřený koncem 19. století, 12. listopadu 1897 (tedy před 112 roky). V tomto smyslu zůstává dodnes platný rekordní jednodenní úhrn na území Velké Británie 279,4 mm, zaznamenaný 18. července 1955 na stanici Martinstown v anglickém hrabství Dorset ([3], [34], [35]). Výše uvedený britský rekord byl zaznamenán během extrémního vícedenního srážkového období, kdy za 4 dny (16. až 19. listopadu 2009) spadlo na stanici Seathwaite podle měření v klasických termínech 495,0 mm, z toho 377,8 mm napršelo za pouhých 34 hodin od 20:00 hodin 18. listopadu do 06:00 hodin 20. listopadu 2009. Zmíněná stanice je od té doby držitelem britského rekordního dvoudenního (395,6 mm), třídenního (456,4 mm) i čtyřdenního (495,0 mm) srážkového úhrnu [35]. Je logické, že v daném regionu došlo po tak vysokých příčinných srážkách k mimořádnému rozvodnění vodních toků. V britském tisku se tehdy psalo o tisícileté povodni biblických rozměrů, která způsobila neuvěřitelné škody a vyžádala si i lidské životy. Také v klimatu střední Evropy (kterou se v tomto článku rozumí území Česka, Rakouska, Německa, Polska, Slovenska a Maďarska) jsou jednodenní srážkové úhrny 300 mm a větší zcela výjimečné. Proto se autoři článku rozhodli tyto případy zdokumentovat a prověřit. 2. ČESKO Český rekordní jednodenní srážkový úhrn má hodnotu 345,1 mm a byl naměřen na stanici Nová Louka (Neuwiese) v Jizerských horách 29. července 1897. Byl zaznamenán během vícedenního období mimořádných srážek, které tehdy postihly rozsáhlé území střední Evropy. Srážky kulminovaly právě 29. 7. a o jejich extremitě svědčí skutečnost, že tento den byl, kromě zmíněné Nové Louky, dosažen úhrn 300,0 mm i na nedaleké stanici Jizerka/Wilhelmshöhe (970 m n. m.). Více než 200 mm bylo tehdy zaznamenáno na více stanicích na české i slezské straně Jizerských hor a Krkonoš. Třetí nejvyšší naměřený úhrn na českém území byl 266,2 mm na stanici u bývalé hájovny Riesenhain na okraji Pece pod Sněžkou situované v nadmořské výšce 812 m. Na pruské stanici na vrcholu Sněžky (1 603 m n. m.) byl současně zaznamenán úhrn 239,0 mm. Pokud jde o datování výskytu mimořádných srážek zmíněného dne ze stanic na slezské straně Krkonoš, dobová německá ročenka i řada dalších pramenů uvádějí 30. červenec. To souvisí s tím, že na rozdíl od praxe rakouské meteorologické služby se v Prusku úhrn srážek vztahoval až ke dni, kdy byl v 7 hodin ráno naměřen. Zajímavá je historie stanice Nová Louka (50 49' N, 15 09' E, 780 m n. m.). Poprvé se zde začalo měřit již v roce 1878 u zdejší myslivny a zámečku na lesní mýtině, pozorování prováděl místní fořt, ale jen do konce 80. let 19. století. Stanice byla obnovena 1. ledna 1891, jejím správcem byl lesník Franz Bartel. O dva roky později ho v této funkci vystřídal Franz Mieth, který zde pozoroval v letech 1893 1900, a ten 29. července 1897 naměřil oněch legendárních 345,1 mm. Tato hodnota je uvedena jak v originálním měsíčním srážkovém výkazu za červenec 1897 (obr. 1), tak poté v rakouské meteorologické ročence pro rok 1897 [11]. Na výkazu je přitom patrné, že byl kontrolován několika revizory vídeňského c. k. Ústředního ústavu pro meteorologii a zemský magnetismus. Na stanici Nová Louka se tehdy ovšem měřily (podle ročenky) i další meteorologické prvky tlak vzduchu, teplota vzduchu, směr a rychlost větru. Nástupcem pozorovatele Meteorologické Zprávy, 64, 2011 107
Obr. 1 Originální měsíční výkaz srážkoměrných pozorování na stanici Nová Louka (Neuwiese) za červenec 1897 s rekordním jednodenním srážkovým úhrnem 345,1 mm z 29. 7. 1897 [28]. Fig. 1. The original monthly report of rain-gauging observations at the Nová Louka (Neuwiese) station for July 1897 with the record daily precipitation amount of 345.1 mm from 29th July 1897 [28]. F. Mietha se od roku 1900 stal Karl Neuwinger [14]. Pozorování v této lokalitě probíhala až do začátku roku 1943. Tehdy byla meteorologická stanice přemístěna cca 1,5 km na západ, na hráz vodní nádrže Bedřichov na řece Černá Nisa. První dvě publikace, které zmínily uvedený srážkový extrém, jsou články G. Hellmanna a W. Traberta, vyšly ještě v témže roce 1897, ve 14. ročníku časopisu Meteorologische Zeitschrift (tj. 32. ročníku časopisu Zeitschrift der Oesterreichischen Gesellschaft für Meteorologie)*. Hell mannův příspěvek informoval již v srpnovém čísle o průtrži mračen z 29. na 30. července 1897 v Krkonoších a v Jizerských horách [10]. O vícedenních vydatných srážkách ve dnech 26. až 31. července 1897, které tehdy zasáhly poměrně velkou část střední Evropy, informoval poté v říjnovém čísle Trabert [33]. Je logické, že takovéto mimořádné srážkové úhrny způsobily výjimečné povodně a škody na území téměř dvou třetin Čech, části Moravy a Slezska, Dolního a Horního Rakouska i velké části Německa [21]. * Tehdy už tento časopis vydávala společně Rakouská meteorologická společnost a Německá meteorologická společnost a redigovali ho společně Dr. J. Hann (Vídeň) a Dr. G. Hellmann (Berlín). Extrémní srážky byly způsobeny tlakovou níží postupující po dráze Vb ve smyslu klasifikace W. J. van Bebbera. 28. července 1897 se vytvořila nad střední Evropou rozsáhlá oblast nižšího tlaku vzduchu se třemi jádry (1 005 hpa), a to nad severní částí Jaderského moře, Maďarskem a jižním Polskem. Následující den se spojily v jeden střed (1 006 hpa) severně od Vysokých Tater a došlo k málo obvyklému přemisťování středu cyklony retrográdně k západu až jihozápadu nad východní Moravu [12]. Český rekord je tedy již 114 roků starý a za celou tuto dobu nebyl na území ČR naměřen žádný denní úhrn, který by dosáhl nebo překročil hodnotu 300 mm. V historických tabulkách nejvyšších denních srážek v českých zemích se jí nejvíce přibližuje podle [13] úhrn 289,0 mm z Měcholup (okr. Louny) ke dni 25. května 1872, který je tedy ještě starší. Nejvyšší srážkový úhrn zaznamenaný v srpnu 2002 byl o 11 mm nižší a je ze stanice Knajpa rovněž v Jizerských horách (viz kap. 4). 3. RAKOUSKO Rakouský rekordní jednodenní srážkový úhrn má hodnotu 323,2 mm a byl naměřen 5. června 1947 na stanici Semmering (47 38' N, 15 50' E, 1 012 m n. m.) nacházející se asi 70 km jihozápadně od Vídně. Jedná se, po rekordu z Nové Louky, o druhý nejvyšší denní úhrn ve střední Evropě. Byl zaznamenán při průtrži mračen, která zasáhla relativně malé území, nacházející se hlavně na návětrné straně horského hřbetu v oblasti Semmeringu a jeho okolí. Dokládá to i mapka isohyet podle [9], která je na obr. 2. Ještě na stanici Eichberg (750 m n. m.), situované cca 7 km severovýchodně od Semmeringu, byl zaznamenán mimořádný úhrn 133,5 mm (na dalších stanicích v okolí už jednodenní úhrny srážek nepřesáhly 75 mm). Průtrž mračen a jí vyvolané povodně na místních vodních tocích spolu se silným krupobitím způsobily značné škody, které popsal F. Hader [8] na základě mimořádné zprávy o této události, sepsané pozorovatelem na meteorologické stanici Semmering. Kroupy byly veliké jako třešně srdcovky, měly průměrnou hmotnost 4,3 g a spadly v poměrně úzkém pruhu. Na samotném Semmeringu ležely ještě druhý den i při ranní teplotě 9,5 C. V zasaženém území zničily polní plodiny. Povětrnostní situací a meteorologickými příčinami rakouského rekordu se pravděpodobně nikdo dosud podrobněji nezabýval. K rekonstrukci příčin tohoto historického případu jsme měli k dispozici pouze přízemní synoptické mapy, uvedené v archivu na <http://www.wetterzentrale.de>, a katalog typů makrosynoptických situací Hesse a Brezowskyho [5]. Ten klasifikuje synoptickou situaci ve všech dnech, období od 4. do 10. června 1947 jako WZ (Westlage, zyklonal). V západním proudění postupovala 5. června přes Rakousko a sousední země v mělké brázdě nízkého tlaku studená fronta (o čemž svědčí i průběh tlaku a teploty vzduchu, zaznamenaný ve výkazu pozorování stanice Semmering). V jejím týlu se místy vyskytly bouřky. Ta, která postihla Semmering a jeho okolí v odpoledních hodinách, byla zcela mimořádná. Podle výkazu meteorologických pozorování (obr. 3) trvala s dvěma krátkými přestávkami téměř pět hodin. Po skončení bouřky s průtrží mračen ještě pršelo s menší intenzitou další dvě hodiny. Rekordní úhrn srážek spadl tedy celkem za sedm, nikoliv za pět hodin podle [17]. Na úhrnu srážek se nepochybně podílely orografické vlivy. Mnohem vyšší hodnoty než je rekord z roku 1947 uvedl F. Lauscher [17]. Zmiňuje dva legendární rakouské jednodenní úhrny ze Štýrska, převyšující neuvěřitelnou hodnotu 600 mm. První z nich měl být úhrn 600 670 mm 108 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
dvou dnů se ale hodnotu tradovaného mimořádného srážkového úhrnu nepovedlo ze souboru dochovaných údajů v archivu Ústředního ústavu pro meteorologii a geodynamiku ve Vídni doložit. Proto obě některými prameny uváděné rekordní hodnoty nelze považovat za důvěryhodné. Obr. 2 Mapka izohyet jednodenních srážkových úhrnů (v mm) v oblasti rakouského Semmeringu 5. června 1947, podle [9]. Fig. 2. The map of 1-day precipitation isohyets (in mm) in the area of Semmering (Austria) on 5th June 1947, according to [9]. Obr. 3 Detail z originálního měsíčního výkazu meteorologických pozorování ze stanice Semmering za červen 1947 s rakouským rekordním jednodenním srážkovým úhrnem 323, 2 mm z 5. 6. 1947 a s časovým trváním srážek a bouřek [19]. Fig. 3. A detail from the original monthly observation report of the Semmering meteorological station for June 1947 with the Austrian record daily precipitation amount of 323.2 mm from 5th June 1947 and with the duration of rain and thunderstorms [19]. z 16. července 1913 ze Stiftingtalu u Štýrského Hradce, druhý 650 mm z 10. srpna 1916 ze Schauereggu (přibližně 70 km severovýchodně od Štýrského Hradce). Ovšem ani jeden z obou případů se nepodařilo s odstupem téměř sta let ověřit. O prvním případu pojednává P. Forchheimer [4]. Z jeho informací ale vyplývá, že uvedený úhrn nebyl de facto přímo naměřen. Jednalo se totiž pouze o odhad jeho hodnoty, který vznikl z terénního průzkumu autora článku a některých jeho studentů. Po průtrži mračen uvedeného dne prohlíželi různé nádoby, kontejnery, nejrůznější nádrže apod. a měřili množství zachycené vody. Své výsledky doplňovali rozhovory s rolníky apod. Skutečně naměřené srážky na stanicích v uvedeném regionu podle dochovaných výkazů však činily přibližně pouze jednu desetinu hodnot, které uvedl Forchheimer. Pokud jde o druhý případ, ukázalo se, že bývá datován jak k 10. srpnu 1916, tak k 10. srpnu 1915, avšak které z obou dat je správné, se nepodařilo zjistit. Ani pro jeden z těchto 4. NĚMECKO Aktuální německý rekordní jednodenní srážkový úhrn má hodnotu 312,0 mm a byl zaznamenán 12. srpna 2002 na stanici Zinnwald-Georgenfeld (50 44' N, 13 45' E, 877 m n. m.) v jižním Sasku blízko německo-české hranice v Krušných horách. Od roku 1897 se jedná o třetí a zatím poslední případ, kdy denní úhrn naměřený ve střední Evropě překročil 300,0 mm. Byl zaznamenán během vícedenního období mimořádných srážek, které byly příčinou katastrofálních povodní. Srážky vrcholily 12. a 13. srpna 2002. O jejich extremitě svědčí i to, že na zmíněné německé stanici byl za 24 hodin zaznamenán dokonce úhrn 352,7 mm [29]. Tato hodnota zdánlivě přesahuje extrém z Nové Louky o 7,6 mm, jenže se jedná o nesrovnatelné údaje. Úhrn 352,7 mm byl totiž stanoven na základě ombrogramu, a to od 5:00 hodin středoevropského letního času 12. srpna 2002 do 5:00 hodin následujícího dne [36]. Jedná se tedy o tříhodinový posun oproti obvyklému stanovení úhrnu v klimatologických termínech, tj. od 8:00 hodin (CEST) 12. srpna do 8:00 hodin 13. srpna. I když v klasickém pojetí denního úhrnu srážek na uvedené stanici spadlo jen 312,0 mm, přesto to znamenalo nový celoněmecký rekord. Dosavadní rekordní úhrn 260 mm byl naměřen jednak 6. července 1906 na stanici Zeithain (okres Riesa v Sasku), jednak 7. července 1954 na stanici Stein (okres Rosenheim v Bavorsku). Nový rekord ze srpna 2002 překonal ten původní tedy o celých 52 mm. Dodejme, že podle [18] ještě na dalších šesti německých stanicích byla 12. srpna 2002 překročena hodnota jednodenního úhrnu srážek 200 mm. Z nich nejvíce na stanici Klingenberg 280,6 mm a Lauenstein 267,3 mm. Kromě toho je také uváděna hodnota cca 300 mm z rekreačního střediska Oberbärenburg, nacházejícího se přibližně 8 km severozápadně od Zinnwaldu v nadmořské výšce 750 m n. m. [7]. V této souvislosti je zajímavé srovnání, jaké byly 12., popř. 13. srpna 2002 srážkové úhrny v Čechách. Hodnota 200 mm byla překročena celkem na deseti českých meteorologických stanicích, z toho na sedmi v Jizerských horách a na třech v Krušných horách. Nejvyšší úhrn 278,0 mm byl zaznamenán 13. srpna srážkoměrem v experimentálním povodí ČHMÚ Jizerské hory v lokalitě Knajpa v nadmořské výšce 967 m n. m. [16]. Ta je situována cca 12 km východně od Nové Louky, kde byl v roce 1897 naměřen výše uvedený historický rekord. Na české straně Krušných hor 12. srpna 2002 spadlo nejvíce srážek, 226,8 mm, na stanici Český Jiřetín-Fláje (790 m n. m.). Je škoda, že v roce 1993 byla zrušena česká stanice Cínovec [20]. Byla totiž od německé stanice Zinnwald- Georgenfeld vzdálena pouze cca 0,5 km, a je velmi pravděpodobné, že srážkový úhrn alespoň 300 mm se mohl na území českého Cínovce rovněž vyskytnout. Primární příčinou mimořádných atmosférických srážek ve střední Evropě v první polovině srpna 2002 a jimi způsobených katastrofálních povodní byla tlaková níže, postupující po klasické dráze Vb. Jednalo se tedy o analogickou synoptickou situaci jako koncem července 1897. Synoptické příčiny, atmosférické srážky a následné povodně byly již vyhod- Meteorologické Zprávy, 64, 2011 109
noceny v celé řadě prací, na něž odkazujeme (např. [18], [24], [36], [37]). 5. POLSKO Také v Polsku byl naměřen denní srážkový úhrn, který dosáhl 300,0 mm, a sice 30. června 1973, což je dodnes platný polský rekord. Byl zaznamenán ve Vysokých Tatrách na stanici Hala Gasienicowa (49 15' N, 20 00' E, 1 520 m n. m.), nacházející se přímo na horní hranici lesa, během severní cyklonální situace ([2], [22], [23]). Druhý nejvyšší polský denní úhrn 285,0 mm byl naměřen také v Tatrách, zhruba 20 km severozápadně, na stanici Witów v nadmořské výšce 795 m, 16. července 1934. Pro zajímavost je možné doplnit, že téhož dne v Hale Gasienicowe byl zaznamenán denní úhrn 255,2 mm, což představuje druhou nejvyšší hodnotu této stanice. Za období 1927 2002 byl zde denní úhrn 200 mm překročen celkem třikrát. Naposledy v létě 1997 za vícedenního období extrémních srážek (které vyvolaly katastrofální povodně), kdy zde 8. července bylo dosaženo hodnoty 223,5 mm. Pro srovnání tehdy v jihozápadní části Polska (v povodí Odry) nejvyšší denní úhrn činil jen 200,1 mm, a to na stanici Miedzygórze 6. července 1997 [6]. Vyšší srážky byly v české části povodí Odry, kdy na stanici Lysá hora tento den spadlo 233,8 mm. 6. SLOVENSKO Na území Slovenska jednodenní srážkový úhrn, který by dosáhl nebo překročil 300 mm, nebyl prozatím naměřen. Aktuální slovenský rekord činí 231,9 mm a byl zaznamenán 12. července 1957 na jižním Slovensku v Podunajské nížině na stanici Salka situované na pravém břehu slovensko-maďarské hraniční řeky Ipeľ, 10 km nad jejím soutokem s Dunajem (47 53' N, 18 45' E, 111 m n. m.). Uvedeného dne se zde odpoledne vyskytla bouřka, při které za 65 minut napršelo 228,5 mm. Protože druhý den ráno před termínem měření v 7 hodin spadlo ještě 3,4 mm, celková hodnota denního úhrnu pro 12. červenec 1957 dosáhla 231,9 mm. Podobně jako v případě rakouského rekordu v Semmeringu se i zde jednalo pouze o lokální průtrž mračen, protože na stanicích v nejbližším okolí nepřesáhl denní úhrn 55 mm. Údaj ze Salky byl ověřen návštěvou stanice a potvrzuje ho i záznam maďarské srážkoměrné stanice v obci Letkés nacházející se v těsném sousedství na protilehlém levém břehu řeky Ipeľ, kde byl téhož dne naměřen denní úhrn 194,1 mm. Synoptická situace 12. července 1957 nad jižním Slovenskem byla poměrně komplikovaná. Po vedrech začátkem měsíce začal po 10. červenci pronikat do této oblasti chladnější mořský vzduch, přičemž nad východními Karpaty se vytvořila retrográdní cyklona. Ve výšce ještě proudil za meridionálního proudění od jihu teplý vzduch, ale při zemi už pronikal chladnější vzduch, takže nad Slovenskem byla vhodná situace pro vznik bouřek a vydatných srážek [26] a [31]. Ve starší meteorologické literatuře byl uváděn nejvyšší slovenský denní úhrn 267 mm, který měl být naměřen na stanici Trenčín 7. června 1873. Ukázalo se však, že toto maximum je nevěrohodné. Údaj v maďarské meteorologické ročence byl totiž založen na chybě, když byla vynechána desetinná čárka. Skutečný denní úhrn z Trenčína v uvedený den byl tedy jen 26,7 mm [25]. 7. MAĎARSKO Rovněž v Maďarsku nebyl dosud zaznamenán denní srážkový úhrn, který by dosáhl nebo překročil hodnotu 300 mm. Za maďarský rekord je považována hodnota 260 mm z 9. června 1953 ze stanice Dad (47 31' N, 18 14' E, 196 m n. m.) v severním Maďarsku [30]. Tato lokalita se nachází zhruba 60 km západně od Budapešti a jen necelých 60 km jihozápadně od slovenské Salky. Uvedený úhrn byl ovšem odhadnut, protože srážkoměr se během průtrže mračen zcela zaplnil vodou. Proto pracovníci maďarského meteorologického ústavu z Budapešti navštívili uvedenou obec, aby prověřili situaci a provedli kvalifikovaný odhad množství spadlých srážek. Dotazovali se místních občanů, kteří měli venku (v zahradách apod.) různé nádoby, kolik se v nich zachytilo vody. Podle toho pak rekonstruovali srážkový úhrn a dospěli k výše uvedené hodnotě. Podle [27] při uvedené průtrži mračen spadlo 220 mm během 3 hodin. Tento extrémní liják způsobil velkou přívalovou (bleskovou) povodeň na tocích Átalér a Válivíz, která zcela zdevastovala místní železniční trať. Hodnotu odhadnutého extrému není ale dosti dobře možné srovnávat se skutečně změřenými rekordními denními úhrny dříve zmiňovaných středoevropských zemí. Proto je pro úplnost nutné doplnit, že největší změřené jednodenní srážky z území Maďarska jsou 203 mm, které spadly 8. září 1963 na stanici Gyömrö (47 26' N, 19 24' E, 169 m n. m.), nacházející se asi 10 km východně od Budapešti. 8. ZÁVĚR Podle dostupných údajů jednodenní srážkové úhrny 300 mm a více byly za posledních více než sto let naměřeny na řádných meteorologických stanicích ve střední Evropě pouze pětkrát, z toho dvakrát bylo dosaženo přímo hodnoty 300 mm a třikrát byla překročena. Ve všech těchto třech případech se jednalo o rekord příslušné země, ve které byl daný úhrn zaznamenán. Nejvyšší a současně nejstarší je český, na druhém místě je rakouský a třetí a nejmladší je německý rekord. Úhrn 345,1 mm z 29. července 1897 naměřený na stanici Nová Louka je tedy dodnes nepřekonaným středoevropským jednodenním srážkovým rekordem (tab. 1). I tato skutečnost svědčí o mimořádnosti srážek, které tehdy spadly v Jizerských horách a Krkonoších, a nelze se tedy divit, že vyvolaly katastrofální povodně. Český a současně středoevropský rekord je tedy již 114 roků starý a byl v minulosti několikrát připomínán. V roce Tab. 1: Současné jednodenní srážkové rekordy ve střední Evropě Table 1. One-day precipitation records in Central Europe Úhrn [mm] Datum Stanice 345,1 29. 7. 1897 Nová Louka 323,2 5. 6. 1947 Semmering 312,0 12. 8. 2002 Zinnwald-Georgenfeld 300,0 30. 6. 1973 Hala Gasienicowa 260* 9. 6. 1953 Dad 231,9 12. 7. 1957 Salka Zeměpisné souřadnice 50 49' N 15 09' E 47 38' N 15 50' E 50 44' N 13 45' E 49 15' N 20 00' E 47 31' N 18 14' E 47 53' N 18 45' E Nadm. výška [m] Země 780 CZ 1 012 A 877 D 1 520 PL 196 H 111 SK * Maďarský rekord nebyl přímo naměřen, jeho hodnota byla stanovena na základě kvalifikovaného odhadu. Nejvyšší naměřený jednodenní srážkový úhrn je zde 203 mm; byl zaznamenán 8. 9. 1963 na stanici Gyömrő. 110 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
1947, tedy po 50 letech od jeho výskytu, vyšla ve 2. čísle 1. ročníku tehdy nového časopisu Meteorologické zprávy informace potvrzující, že se stále jedná o meteorologický rekord ve střední Evropě dosud nepřekonaný [1]. Srážkový rekord z roku 1897 si připomněla i Česká meteorologická společnost při AV ČR a ČHMÚ na semináři Stoleté výročí extrémních atmosférických srážek, který se konal 1. a 2. října 1997 v Josefově Dole v Jizerských horách. Protože se tato akce konala právě po povodňových katastrofách v červenci 1997, byly zde prezentovány referáty týkající se jak extrémních srážek a povodní v červenci 1897 [12], tak aktuálního rozboru mimo řádných srážek a povodní, které se vyskytly právě o sto let později. Vydatné deště jak koncem července 1897, tak o sto let později, trvaly několik dnů. Vysoké hodnoty proto dosá hl na stanici Nová Louka nejen jednodenní úhrn, nýbrž i úhrny vícedenní. Tehdy zde za 2 dny (28. 29. 7.) napršelo 398,2 mm, za 3 dny (28. 30. 7.) 421,6 mm a za 5 dnů (27. 31. 7.) 450,9 mm. Vedle jednodenního úhrnu 345,1 mm nebyl na území České republiky ani dvoudenní úhrn dodnes, tedy za období 114 let, překonán. Neplatí to ovšem o třech a vícedenních úhrnech. Ty byly jako české rekordy pokořeny právě až po sto letech, v červenci 1997, když na několika stanicích byly naměřeny výrazně vyšší hodnoty. Nejvyšší tří a vícedenní úhrny tehdy zaznamenala stanice u vodní nádrže Šance v Beskydech (445 m n. m.), kde za tři dny (6. 8. 7.) napršelo 537 mm a za pět dnů (4. 8. 7.) úctyhodných 617 mm [15]. Pro srovnání, v Německu byl v srpnu 2002 naměřen na stanici Zinnwald-Georgenfeld třídenní úhrn pouze 406 mm, takže rekordním třídenním úhrnem pro Německo zůstala hodnota 458 mm z července 1954, zaznamenaná na stanici Stein v Bavorsku. I když pro hodnocení globálních změn klimatu jsou rozhodující trendy, je třeba věnovat stálou pozornost i poznatkům o výskytu extrémů. Problematika mimořádných srážkových úhrnů je významná zejména proto, že tyto extrémy vyvolávají katastrofální povodně. Informace o nich jsou důležité především pro orgány protipovod ňové ochrany v zájmu snížení dopadů povodní a volby účinných preventivních opatření. Poděkování Příspěvek vznikl v rámci řešení výzkumného záměru Ústavu geoniky AV ČR, v. v. i. č. AV0Z30860518. Dílčí podklady pro něj poskytli RNDr. Pavol Faško, CSc. (Slovenský hydrometeorologický ústav, Bratislava) a Dr. Elzbieta Cebulak (Instytut meteorologii i gospodarki wodnej, Krakow). Autoři jim za tuto ochotnou spolupráci děkují. Literatura [1] Československý meteorologický rekord dosud nepřekonaný, 1947. Meteorologické Zprávy, roč. 1, č. 2, s. 47. [2] CEBULAK, E., 1998. Przeglad opadów ekstremalnych, które wywolaly powodzie w XX wieku w dorzeczu górnej Wisly. In: Powódź w dorzeczu górnej Wisly w lipcu 1997 roku. Kraków: Wydawnictwo PAN, s. 21 37. ISBN 83-86726-46-6. [3] EDEN, P. BURT, S., 2010. Extreme rainfall in Cumbria, 18 20 November 2009. Weather, Vol. 65, No. 1, s. 14. ISSN 1477-8696. [4] FORCHHEIMER, P., 1913. Der Wolkenbruch im Grazer Huegelland vom 16. Juli 1913. In: Sitz. Ber. Akad. Wiss. Wien, 2 A, Bd. 122, s. 2099 2109. [5] GERSTENGARBE, F. W. WERNER, P. C. RÜGE, U., 1999. Katalog der Großwetterlagen Europas (1881 1998) nach Paul Hess und Helmuth Brezowsky. 5. Auflage. Institut für Klimafolgenforschung Potsdam, Deutscher Wetterdienst Offenbach am Main. [6] GŁOWICKI, B. DANCEWICZ, A. OTOP, I., 2006. Katalog maksymalnych opadów dobowych w Polsce poludniowo-zachodniej w latach 1971 2000. In: Wspólczesne problemy klimatu Polski fakty i niepewności. Warszawa: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, s. 7 22. ISBN 83-88897-75-6. [7] GOLDBERG, V., 2002. Verlauf der Hochwasserkatastrophe vom 12.-14. August 2002 in Tharandt. Mitteilungen der DMG, Heft 3. <http://www.dmg-ev.de> [8] HADER, F., 1949. Die Wetterkatastrophe im Semmeringgebiet vom 5. Juni 1947. Mitt. Geogr. Ges., Wien, Bd. 91, s. 117-119. [9] HADER, F., 1951. Der Semmering-Starkregen vom 5. Juni 1947. Wetter und Leben, Bd. 3, s. 36-40. [10] HELLMANN, G., 1897. Der Wolkenbruch vom 29./30. Juli 1897 im Riesengebirge. Meteorologische Zeitschrift, Bd. 14, Nr. 8, s. 313-315. [11] Jahrbücher der K. K. Central-Anstalt für Meteorologie und Erdmagnetismus, Bd. 1897, s. 10 11. Wien 1899. [12] KAKOS, V., 1997. Hydrometeorologická analýza historické povodně v roce 1897 ve vztahu ke katastrofálním záplavám v Čechách na začátku září 1890 a na Moravě v červenci 1997. Meteorologické Zprávy, roč. 50, č. 6, s. 191 196. ISSN 0026-1173. [13] KAKOS, V., 2007. Synoptické zvláštnosti povětrnostní situace v druhé dekádě srpna 2002. Prezentace na konferenci 10 let od katastrofálních povodní na Moravě v roce 1997, Malenovice 24. 26. 9. 2007. <http://www.chmi.cz> [14] KRAUSE, E., 1954. Die meteorologische Beobachtungsstation in Neuwiese. Gablonzer Heimatbote, Bd. 6, Folge 16, s. 3 4. [15] KVĚTOŇ, V. SRNĚNSKÝ, R. VESELÝ, R., 1997. Rozložení srážek při povodních v červenci 1997. Meteorologické Zprávy, roč. 50, č. 6, s. 172 177. ISSN 0026-1173. [16] KVĚTOŇ, V. TOLASZ, R. ZAHRADNÍČEK, J. STŘÍŽ, M., 2002. Rozložení srážek při povodni v srpnu 2002 v České republice. Meteorologické Zprávy, roč. 55, č. 6, s. 180 187. ISSN 0026-1173. [17] LAUSCHER, F., 1971. Globale und alpine Klimatologie der Starkregen. In: Hochwasser und Raumplanung. Klagenfurt, Bd. 11, s. 37 39. [18] MALITZ, G., 2002. Zum Starkniederschlagsgeschehen im August 2002. Mitteilungen der DMG, Heft 3. <http:// www.dmg-ev.de> [19] Meteorologische Beobachtungen, Station Semmering, Monat Juni 1947. Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Archiv, Wien. [20] MUNZAR, J. ONDRÁČEK, S., 2003. Nový německý srážkový rekord. Meteorologické Zprávy, roč. 56, č. 2, s. 63. ISSN 0026-1173. [21] MUNZAR, J. ONDRÁČEK, S. ELLEDER, L. SAWICKI, K., 2008. Disastrous floods in Central Europe at the end of July 1897 and the lessons learnt. Moravian Geographical Reports, Vol. 16, No. 3, s. 27 40. ISSN 1210-8812. [22] NIEDŹWIEDŹ, T., 1999. Rainfall characteristics in southern Poland during the severe flooding event of July 1997. In: Studia geomorphologica Carpatho-Balcanica. Kraków: PAN, Vol. 33, s. 5 25. ISSN 0081-6434. Meteorologické Zprávy, 64, 2011 111
[23] NIEDŹWIEDŹ, T., 2003. Extreme precipitation events on the northern side of the Tatra mountains. Geographia Polonica, Vol. 76, No. 2, s. 15 23. ISSN 0016-7282. [24] PAVLÍK, J. FEREBAUEROVÁ, M. SANDEV, M. HAVELKA, J., 2002. Synoptické hodnocení povětrnostních situací v průběhu povodní v srpnu 2002 v České republice. Meteorologické Zprávy, roč. 55, č. 6, s. 167 176. ISSN 0026-1173. [25] PETROVIČ, Š., 1953. K maximálnemu dennému úhrnu zrážok na Slovensku. Meteorologické Zprávy, roč. 6, č. 3, s. 89. [26] PETROVIČ, Š., 1957. Nový maximálny denný úhrn zrážok na Slovensku. Meteorologické Zprávy, roč. 10, č. 6, s. 162. [27] PIRKHOFFER, E. CZIGÁNY, S. GERESDI, I. LOVÁSZ, G., 2008. Environmental hazards in small watersheds: flash floods impact of soil moisture and canopy cover on flash flood generation. Riscuri si catastrofe, Vol. 7, No. 5, s. 117 129. ISSN 1584-5273. [28] Rapport über die ordentlichen ombrometrischen Beobachtungen, Station Neuwiese, Juli 1987. Archiv ČHMÚ, Praha. [29] RUDOLF, B. RAPP, J., 2003. The century flood of the River Elbe in August 2002: Synoptic weather development and climatological aspects. In: Quarterly Report of the German NWP-System of the Deutscher Wetterdienst, No. 2, Part 1, s. 8 23. [30] SZALAI, S. BIHARI, Z. LAKATOS, M. SZENTIMREY, T., 2005. Some characteristics of the climate of Hungary since 1901. Hungarian Meteorological Service, Budapest, 12 s. [31] ŠAMAJ, F. VALOVIČ, Š. BRÁZDIL, R., 1985. Denné úhrny zrážok s mimoriadnou výdatnosťou v ČSSR v období 1901 1980. In: Zborník prác Slovenského hydrometeorologického ústavu. Bratislava: SHMÚ, zv. 24, s. 9 23. [32] ŠTEKL, J. et al., 2001. Extrémní denní srážky na území České republiky v období 1879 2000 a jejich synoptické příčiny. Národní klimatický program České republiky. Praha: ČHMÚ, sv. 31, 140 s. ISBN 80-85813-92-0, ISSN 1210-7565. [33] TRABERT, W., 1897. Die ausserordentlichen Niederschläge in Oesterreich in der Regenperiode vom 26. bis 31. Juli 1897. Meteorologische Zeitschrift, Bd. 14, Nr. 10, s. 361 370. [34] UK Meteorological Office, 2009. Floods in Cumbria November 2009. <http://www.metoffice.gov.uk> [35] Weather extremes, 2010 UK Meteorological Office. <http://www.metoffice.gov.uk> [36] ULBRICH, U. et al., 2003. The central European floods of August 2002: Part 1 Rainfall periods and flood development. Weather, Vol. 58, No. 10, s. 371 377. ISSN 1477-8696. [37] ULBRICH, U. et al., 2003. The central European floods of August 2002: Part 2 Synoptic causes and considerations with respect to climatic change. Weather, Vol. 58, No. 11, s. 434 442. ISSN 1477-8696. Lektor (Reviewer) RNDr. Anna Valeriánová INFORMACE RECENZE NOVÉ PRACOVIŠTĚ PRO VZDĚLÁVÁNÍ VOJENSKÝCH METEOROLOGŮ V PROSTĚJOVĚ Často se nestává, aby bylo možné informovat o nově vzniklém pracovišti určeném pro odbornou přípravu nových nebo stávajících meteorologů, nicméně takové pracoviště s názvem Oddělení odborné přípravy a výcviku (OdOPV) zahájilo dne 1. ledna 2011 v prostředí Armády České republiky (dále AČR) svoji působnost. Vzniklo z důvodu zabezpečení požadavků systematického vzdělávání příslušníků AČR v oblasti hydrometeorologického, ale i geografického zabezpečení a z potřeby přerozdělení a přenesení zodpovědnosti při výcviku personálu z provozních pracovišť hydrometeorologické služby AČR na nový systémový prvek. Takto vzniklé oddělení plní od začátku roku 2011 zejména tyto úkoly: zpracování a realizace výukových programů a systému vzdělávání geografických a hydrometeorologických odborností; zodpovídá za rozvoj a přípravu učebních pomůcek; zodpovídá za geografickou a hydrometeorologickou přípravu příslušníků AČR, včetně přípravy před nasazením příslušníků AČR do zahraničních operací. OdOPV je nově vzniklou součástí Vojenského geografického a hydrometeorologického úřadu v Dobrušce. Je umístěno v posádce Prostějov v bezprostředním sousedství radiosondážní stanice. Důvodem tohoto umístění je mj. poskytnutí odpovídajících výukových prostor a možnosti spolupráce se zástupci blízké Vojenské akademie Vyškov a Univerzity obrany Brno. Toto nově vzniklé pracoviště je personálně obsazeno pěti lektory, přičemž dva jsou specialisté na přípravu meteorologů (mjr. Ing. Karin Stanická vedoucí OdOPV a Milan Pančenko). OdOPV za svou krátkou dobu působení proškolilo a vycvičilo 64 příslušníků AČR v oblasti geografického a hydrometeorologického zabezpečení. Vzdělávací aktivity oddělení lze rozdělit na dlouhodobé kurzy a krátkodobá školení. V oblasti dlouhodobých kurzů byly uskutečněny: základní odborná příprava pro meteorology-pozorovatele a aerology HMSl AČR; základní odborný kurz pro aerology; zdokonalovací odborná příprava pro meteorology-pozorovatele HMSl AČR; odborný aplikační kurz geografické a hydrometeorologické služby. V oblasti krátkodobých kurzů a školení byly zejména uskutečněny: speciální kurz základů meteorologie; školení meteorologů-pozorovatelů; školení meteorologického zpravodajství; školení pro přípravu aktuálních zahraničních misí. Připravil: René Tydlitát a Milan Pančenko Absolventi a lektoři kurzů meteorologie před vchodem do budovy Oddělení odborné přípravy a výcviku v Prostějově. V první řada zleva: Karin Stanická vedoucí OdOPV a ve druhé řadě zcela vpravo Milan Pančenko lektor meteorologie. 112 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
VZDUCHOLODĚ A POČASÍ V PRVNÍ SVĚTOVÉ VÁLCE (K 100. výročí založení první letecké meteorologické služby na světě) Karel Krška Airships and the weather during the First World War. Airships as a weapon in the First World War were used by several countries, however the Imperial Germany was the only power as for airships. Its rigid airships Zeppelin and Schűtte-Lanz which served both to the army and the navy had no rivals. They were used especially for bomb attacks on strategic objects in Great Britain and France, for patrolling over the North and Baltic Seas, for laying mines, to a certain extent also for supporting land forces at the East front. However soon they were threatened by perfect defense of the allies using anti-aircraft guns, searchlights and watchtowers. And their twilight came after the adversary developed aircrafts able to attack airships at higher heights. Especially over the North Sea crews in combat actions brave adverse weather, strong and gusty wind, snow and hail showers, storms, fog or low air temperature, low air pressure caused altitude sickness due to insufficient oxygen support. For all that number of disasters owing to difficult weather conditions was very small, which manifests not only high-quality work of airship designers, but also trained and brave crews. Although some airships were wrecked during snow storm or by a stroke of lightning, absolute majority of which was destroyed by the enem s fire in the air, on the ground in the hangar hit by bombs or were destroyed by the crews themselves so that they could not fall to the enem s hands. Airships of all countries at war used flammable and easily ignitable hydrogen as a carrying gas, so after hit of an incendiary missile they came to the end by great explosion and in a fiery furnace. KLÍČOVÁ SLOVA: dějiny meteorologie dějiny letectví vzducholodě nehody letecké KEY WORDS: history of meteorology history of aviation airships accidents Obr. 1 Alberto Santos-Dumont (1873 1932), zámožný rodák ze Sao Paula, působící v Paříži, úspěšný konstruktér vzducholodí i letounů. Podle [7]. Fig. 1. Alberto Santos-Dumont (1873 1932), a wealthy native of Sao Paulo working in Paris, a successful designer of airships and airplanes. 1. ÚVOD Snad mi čtenáři, kteří se zajímají o letectví, nebudou mít za zlé, že začnu konstatováním jim známé skutečnosti, že vzducholodě jsou letadla, přestože nemají křídla. Česká státní norma [3] definuje vzducholoď jako motorové letadlo lehčí než vzduch schopné řízeného letu a Slovenský letecký slovník [9] ji charakterizuje jako motorové letadlo lehčí než vzduch, které se od balonu odlišuje vyšší řiditelností, anebo jako letuschopné motorizované zařízení, jehož vztlak se vytváří úplně anebo alespoň částečně aerostaticky a je řiditelné. Vzducholodě jsou tedy aerostaty, které se udržují ve vzduchu archimedovskými silami, na rozdíl od motorových letounů, letadel těžších než vzduch neboli aerodynů, které létají díky aerodynamickému vztlaku, jenž při dopředném pohybu vytváří jejich nosné plochy, především křídla. Vzducholodě jsou letadla starší než letouny, a i když v současnosti mají malý význam a uplatnění, v historii letectví i meteorologie sehrály důležitou roli. Po několik desetiletí bylo na ně pohlíženo s velkými nadějemi. 2. OD PRVNÍCH VZDUCHOLODÍ K METEOROLOGICKÉMU ZABEZPEČOVÁNÍ LETECTVA První řiditelnou vzducholoď větších rozměrů (objem 2 500 m 3, délka 44 m, průměr 12 m) s vrtulí poháněnou parním strojem postavil v roce 1852 francouzský vynálezce Jules Henri Giffard (1825 1882), pro slabý výkon motoru (2,2 kw) však nemohla splnit očekávání, byla hříčkou větru. Úspěšně řiditelnou vzducholodí byl až stroj francouzských vojenských inženýrů Charlese Renarda a Artura Krebse nazvaný La France, poháněný elektrickým motorem. V roce 1884 letem po uzavřené křivce v Chalais-Meudonu v okolí Paříže prokázal plnou ovladatelnost. Od přelomu století byl významným průkopníkem letectví bohatý Brazilec Alberto Santos- Dumont (1873 1932), který přijel do Francie v roce 1898 a od té doby se soustavně zabýval vzduchoplavbou (obr 1, 2). Při stavbě své v pořadí šestnácté vzducholodi však definitivně nabyl přesvědčení, že vývoj aerostatů končí ve slepé uličce, že budoucnost patří aerodynům, a začal se věnovat jejich stavbě [7]. Jeho názor nebyl obecný zvláště poté, co německý inženýr Ferdinand hrabě Zeppelin (1838 1917), bývalý jezdecký Obr. 2. Santos-Dumont v koši své vzducholodi č. 6 z roku 1901. Stroj má tlačnou vrtuli a pohání jej čtyřválcový motor Buchet. Podle [7]. Fig. 2. Santos-Dumont in the basket of his airship No. 6 of the year 1901. The machine has got a pusher propeller and is propelled by a four cylinder engine Buchet. Meteorologické Zprávy, 64, 2011 113
Obr. 3 Námořní zeppelin nad Bodamským jezerem. Podle [7]. Fig. 3. A naval zeppelin over the Lake of Constance. důstojník na odpočinku, za podpory Spolku německých inženýrů založil v roce 1898 akciovou společnost pro stavbu a provoz vzducholodí Luftschiffbau Zeppelin GmbH a od následujícího roku stavěl ve Friedrichshafenu v hangáru plovoucím na hladině Bodamského jezera první opravdu použitelné dopravní vzducholodě. Nejen Němci se začali domnívat, že problém létání je konečně vyřešen. V roce 1903 však bratři Wilbur a Orwille Wrightové uskutečnili v Kitty Hawk v Severní Karolině na pobřeží Atlantského oceánu první úspěšné lety s motorovým letadlem těžším než vzduch. Otevřela se éra aerodynů, perspektivních letadel, která ještě dlouho poté nemohla být vzducholodím vážným konkurentem, a to zvláště rychle se zdokonalujícím zeppelinům. Vzducholodě v soutěži s letouny prokazovaly své přednosti, jako byla spolehlivost, velký dolet, značná nosnost a vytrvalost. Motorové letouny zpočátku urážely jen několik desítek metrů nejistého letu, později až stovky kilometrů. Přelet z Pardubic do pražské Chuchle, na vzdálenost asi 120 km, který vykonal s jednoplošníkem vlastní konstrukce v roce 1911 inženýr Jan Kašpar (1883 1927), byl rekordním dálkovým letem v celém Rakousko-Uhersku; francouzští, němečtí a italští piloti však už tehdy létali na delších úsecích. Ve stavbě vzducholodí před 1. světovou válkou kromě Němců vynikali Francouzi, avšak vzducholodě se vyráběly i v jiných zemích. Zeppeliny měly kostru z hliníkových, později duralových profilů, lanové vnitřní vyztužení a plátěný potah. Nosný plyn (vodík) byl uzavřen v oddělených pružných komorách (oddílech), jejichž vyprazdňování regulovaly malé balony naplněné vzduchem (balonety). Zeppeliny poháněly benzinové motory. Ztužená konstrukce umožňovala i dynamický způsob letu, tedy stoupání se zdviženou a klesání se skloněnou přídí [10]. Start první vzducholodě z řady zeppelinů se uskutečnil 2. července 1900. Vzducholoď L.Z.1 měla objem 11 300 m 3, byla 128 m dlouhá, její největší průměr činil 11,7 m, byla vybavena dvěma motory o výkonu 11,8 kw, její dostup byl 400 m, maximální rychlost 28 km/h a nosnost 1 400 kg. Technická data dalších vzducholodí se postupně zvyšovala až na několikanásobky parametrů první vzducholodi (obr. 3). Největší stroje postavené za války (v roce 1917) s továrním označením L.Z.102 a L.Z.104 měly objem 68 500 m 3, délku 226,5 m, největší průměr 23,9 m, 5 motorů po 177,6 kw, dostup 8 200 m, maximální rychlost 108 km/h a nosnost 52 100 kg. Stavba vzducholodí byla vysoce nákladným podnikem, který by byl asi zanikl, pokud by se o vzducholodě nezačaly zajímat vojenské kruhy. Německo císaře Viléma II. se delší čas připravovalo na válku, a nacionalistická propaganda hodlala ze vzducholodí učinit prestižní bojový prostředek. Zeppelinův podnik se rozrostl v koncern zahrnující i továrny na letecké motory Maybach, balonové textily, hangáry apod. Jeho prvním pobočným závodem se stala společnost DELAG (Deutsche Luftschiffahrt Aktien Geselschaft), založená v roce 1909. Společnost provozovala vzducholodní osobní dopravu a přepravovala též poštu. Stát ji všestranně podporoval, poskytoval jí daňové úlevy a dal jí k dispozici pozemky na vybudování devíti letišť. Sledoval i vojenský zájem, protože na palubách jejích civilních vzducholodí se cvičili i budoucí velitelé a posádky armádních a námořních zeppelinů. I když nešlo o dopravu pravidelnou, lety byly příležitostné a vyhlídkové, výkony flotily DELAG byly obdivuhodné. Sedm strojů společnosti vykonalo do vypuknutí války 1 600 letů v celkovém trvání 3 200 hodin, urazilo 150 000 km a v komfortních kabinách pro 25 30 osob přepravilo 37 250 cestujících bez jediné nehody. Údaje svědčí o spolehlivosti strojů a vycvičenosti jejich posádek, které musely umět správně reagovat na stav a změny počasí. Do jisté míry však společnost měla i štěstí: k haváriím a ztrátám jejích vzducholodí docházelo jen tehdy, když byly bez cestujících [10]. Lety bez meteorologického zabezpečení s sebou vždy nesly zvýšené riziko. Snížit je mohla jen součinnost letců a meteorologů. Návrh na meteorologické zabezpečování vzducholodní dopravy vyšel od pruských aerologů. Měli již bohaté vědomosti o volné atmosféře, jež získali na základě soustavného aerologického měření a výzkumu prováděného pomocí draků a balonů [4]. Podnětem ke vzniku letecké meteorologické služby byl spis v českém překladu nazvaný O zřízení povětrnostní služby pro vzduchoplavbu za vydatného použití aerologických pozorování [1], který napsal v roce 1910 zakladatel aerologie profesor Richard Assmann (1845 1918), v té době vedoucí Královské pruské aeronautické observatoře v Lindenbergu. Historický dokument, jenž byl předložen císaři Vilému II. a příslušnému ministerstvu, obsahoval návrh na zřízení sítě pilotážních stanic po celém území Německa a na vybudování výstražné služby pro vzduchoplavce [14]. Od předložení návrhu k jeho realizaci nebylo daleko: již v roce 1911 byla v Německu založena první letecká meteorologická služba na světě. Zpočátku jí sloužila síť pilotovacích stanic tvořená 25 stanicemi veřejné povětrnostní služebny Severoněmecké organizace povětrnostní služby a meteorologickou ústřední stanicí; síť byla postupně rozšiřována. Jelikož pro vzducholodě plněné hořlavým vodíkem byly obzvlášť velkým nebezpečím bouřky, pro účely výstražné služby byla zajištěna pozorování asi 600 bouřkových hlásných míst při poštovních a telegrafních úřadech, jež předávaly zprávy buď povětrnostnímu ústředí v Lindenbergu nebo vedlejší ústředně ve Frankfurtu nad Mohanem. Od roku 1913 se letecké varovné služby zúčastnily také Nizozemsko, Belgie, Anglie a Rakousko [14]. Stojí za pozornost, že ještě spíše, než se rozvinula vzducholodní doprava, Paul Haenlein, inženýr z Mohuče, napsal v roce 1904 brožurku Űber das jetzige Stadium des lenkbaren Luftschiffes (O současném stavu řiditelných vzducholodí), v níž na základě meteorologických měření v hlavních městech evropských států vypočetl a vyhodnotil průměrnou rychlost 114 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
větru s ohledem na rychlost vzducholodí [2]. Je zřejmé, že při sepisování této studie, předchůdkyně v dnešní terminologii klimatologie letišť, si uvědomoval, že vítr bude hlavním povětrnostním činitelem ovlivňujícím letový provoz. V Československu byla letecká povětrnostní služba založena o 10 let později než v Německu, tedy v roce 1921. Byla součástí Státního ústavu meteorologického v Praze a financována ze zdrojů ministerstva veřejných prací, které bylo nejvyšším úřadem pro civilní letectví v ČSR. Na rozdíl od německé služby československá letecká meteorologie neměla se vzducholoděmi nic společného, protože přes československé území pravidelná vzducholodní doprava nebyla nikdy provozována. Je shodou okolností, že největšího mezinárodního ohlasu a uznání naše mladá služba dosáhla právě kvůli meteorologickému zabezpečování letu vzducholodi. Bylo to v květnu 1928, kdy na základě žádosti italské vlády československá povětrnostní služba zajišťovala přelet vzducholodi Italia, která směřovala z Milána přes Moravu k severu. Vzhledem k nepříznivému počasí i obtížné komunikaci s posádkou vzducholodi šlo o velmi náročnou akci, kterou řídil a později podrobně popsal G. Swoboda [11,12]. 3. VZDUCHOLODĚ VE VOJENSKÝCH SLUŽBÁCH Vojenští specialisté usoudili, že vzducholodí pro válečné účely lze využít zejména ke dvěma úkolům: k bombardování pozemních cílů včetně lodí a k průzkumné a hlídkové činnosti zvláště nad mořem. Mohly podávat zprávy o poloze a pohybu nepřátelských lodí a ponorek a sledovat i průběh bitev na moři a na pozemních frontách. Za celou dobu války bylo nasazeno k bojovým úkolům více než 300 vzducholodí několika států. Historik letectví V. Němeček uvádí, že podle Britů jeden zeppelin v námořním průzkumu měl hodnotu pěti až šesti křižníků [10]. Ve vývoji vzducholodí od jejich počátku vedla Francie, která ještě před 1. světovou válkou uvolnila velké prostředky také na vybudování základen pro vzducholodní oddíly ve velkých pevnostech. V předvečer války však celkovou kubaturou svých vzducholodí již nestačila Německu. Během války několik jejích továren vyrábělo většinou malé neztužené, poloztužené a ztužené stroje (obr. 3), které se lépe osvědčily u námořních sil než v armádě. Střežily konvoje dopravních lodí, vyhledávaly miny a ponorky při východním pobřeží severního Atlantiku a ve Středomoří a také pomáhaly při záchraně trosečníků nebo havarovaných letounů. Itálie postavila pro armádu a námořnictvo do konce roku 1918 celkem 57 vzducholodí převážně poloztužené koncepce. Povzbuzoval ji úspěch, kterého dosáhly její vzducholodě v severní Africe při italsko-tureckém konfliktu v letech 1911 a 1912. Šlo o první bojové nasazení vzducholodí vůbec; bombardovaly turecké pozice a pořizovaly snímky z bojiště i nepřátelského týlu. Velká Británie, která nejprve vzducholodě podceňovala, je urychleně začala vyrábět a využívat jako účinný prostředek pobřežní ochrany a protiponorkové nebo protiminové strážní služby. Sloužily také jako doprovod konvojů vojenských a civilních plavidel. Osvědčily se především malé (objem 1 960 m 3 ) neztužené námořní průzkumné vzducholodi Blimp. Ke stavbě velkých vzducholodí Angličané neměli dostatek zkušeností, s proměnlivým úspěchem kopírovali ukořistěné zeppeliny. Ke konci války z válčících států disponovali největší vzducholodní flotilou. Na britském pobřeží Obr. 4. Druhy vzducholodí podle konstrukce trupu: Nahoře neztužená vzducholoď má elastický trup (v podstatě řiditelný balon vřetenovitého nebo cigárovitého tvaru), dlouhá gondola s motorem je zavěšena na lanech, na obrázku je zakreslen jeden balonet; Uprostřed poloztužená vzducholoď zpravidla má vyztuženou přední a zadní část trupu, na obrázku s pevným kýlem a balonetem; Dole ztužená vzducholoď má pevnou vnitřní kostru a obal elastický nebo z lehkého kovu, v jejím tělese jsou plynové oddíly. Podle [10]. Fig. 4. Types of airships according to the structure of the body: On top there is a nonrigid airship has got an elastic body, a long gondola with an engine is hanged on ropes, one ballonet is drawn in the picture; In the middle there is a semirigid airship usually has got rigid front and rare part of the body, in the picture with a fixed fin and a ballonet; At the bottom a rigid airship has got a fixed inner frame and an elastic casing or of a light metal, in its body there are gas compartments. vzducholodím sloužilo 19 základen a 12 dalších pomocných letišť, na nichž mohly být zakotveny bez hangáru. Spojené státy americké se ve vývoji vzducholodí neprosadily a stroje zakoupené ve Velké Británii do bojů ani nezasáhly. Rusko vlastnilo jen malý počet menších vojenských vzducholodí vlastní konstrukce, nebo zakoupených v zahraničí. Byly v činnosti jen v prvních letech války, kdy bombardovaly železniční uzly a sklady zásob na západě země a v tehdejším Východním Prusku. Rakousko-Uhersko vzducholodní vojsko ani nezakládalo. Na válku byla nejlépe připravena vzduchoplavba císařského Německa, a to jak počtem a kvalitou strojů, tak zkuše- Meteorologické Zprávy, 64, 2011 115
1) Námět však nezapadl: ve 30. letech minulého století nad rozsáhlými vodami severního Pacifi ku pravidelně hlídkovaly obří americké letounové vzducholodě Akron a Mason, nesoucí parazitní letouny; byla to rovněž díla dřívějších konstruktérů zeppelinů. Letouny plnily průzkumné úkoly, na které zdaleka nestačilo 10 amerických křižníků. Po haváriích obou vzducholodí z povětrnostních i konstrukčních příčin USA přestaly kontrolovat značnou část Tichomoří, což usnadnilo japonský útok na americkou námořní a leteckou základnu Pearl Harbor v prosinci 1941. Obr. 5 Střeliště na hřbetě zeppelinu je vybaveno dvěma kulomety Maxim. Podle [10]. Fig. 5. A rifle range on the ridge of the zeppelin is equipped with two Maxim guns. nostmi jejich konstruktérů i posádek. Proto jí budeme věnovat největší pozornost. Před vypuknutím světového konfliktu zeppeliny absolvovaly 1 590 úspěšně provedených plaveb, při nichž uletěly celkem 172 545 km [8]. Ani za války vzducholodě žádného jiného státu nedosahovaly vlastností zeppelinů, které vznikaly postupně v několika typových řadách. Celkem jich bylo postaveno 113, z toho během války 88 [10]. Kromě Zeppelinova podniku stavěla v Německu ztužené vzducholodě také konkurenční firma Schütte-Lanz Luftschiffau profesora gdaňské techniky J. Schütteho a mannheimského velkoprůmyslníka K. Lanzeho. Byla založena v roce 1909 a sídlila v Mannheimu. Její vzducholodě středního i velkého objemu (až 56 000 m 3 ) měly proti zeppelinům některé aerodynamické a technologické přednosti. Ve válce byly velmi úspěšné zejména v průzkumu, ale počtem kusů zeppelinů nedosáhly. V menší míře do bojů zasáhly i neztužené vzducholodě Perseval, jejichž výrobcem byla firma Luftfahrtzeug-Gesellschaft v Bitterfeldu. Námořnictvo soupeřilo s armádou hlavně o větší úspěchy při bombardování Anglie, bomby padaly na Londýn, Birmingham, Northampton, zasáhly však i Paříž, Varšavu, Bukurešť, Soluň a mnohá další města. Hlavně v Anglii byl psychologický účinek náletů zeppelinů obrovský, civilnímu obyvatelstvu naháněly veliký strach. Země, která se do té doby cítila bezpečná, protože byla za vodou, se najednou stala pro nepřítele dostupnou vzduchem. Hlídkovou činnost vzducholodě vykonávaly nad Severním a Baltským mořem. Soumrak německé vojenské vzduchoplavby nastal, když Velká Británie a Francie vyvinuly letouny schopné útočit na vzducholodě i ve větších výškách. Vyráběly se ve velkých sériích, a jakmile spatřily vzducholoď, slétávaly se na ni jako sršně. Na obloze nabyly převahu. Útočily zespodu, ze stran i shora. Posádky vzducholodí se v soubojích nestačily bránit kulometnou palbou z gondol a střelišť umístěných pod tělesem vzducholodí nebo na jejich hřbetu (obr. 5). Zásah trhavými či fosforovými střelami do plynových oddílů vždy přivodil obrovskou explozi a zkázu vzducholodě. Německé ztráty byly tak velké, že výrobci nestíhali zničené vzducholodě nahrazovat novými. Ve snaze předejít katastrofám, Němci v roce 1917 vypracovali projekt ochrany vzducholodí vlastními stíhačkami, které měly být zavěšeny pod vzducholoďmi, z nich startovat a na ně se přistáním vracet. Na realizaci projektu už bylo ale pozdě, skončil ve fázi pokusu. 1) Služba na německých armádních i námořních vzducholodích, i když byla po stránce fyzické i psychické neobyčejně náročná a mimořádně nebezpečná, netrpěla nedostatkem příslušníků. Byli k ní vybíráni muži výhradně z řad zájemců, kteří velmi stáli o to, aby mohli sloužit u tehdy elitní zbraně. Neodrazovala je skutečnost, že po zásahu zápalnými střelami mnoho jejich předchůdců zemřelo ve výhni hořících vzducholodí a že jejich významným nepřítelem kromě pozemních a vzdušných palebních zbraní budou i těžké povětrnostní podmínky. Nejvíce informací o výkonech posádek a osudech námořní vzduchoplavby máme díky R. Marbenovi [8], který je na začátku 30. let minulého století dramaticky vylíčil v knize povídek, vycházejících z vyprávění účastníků bojových akcí. Jeho knihu z angličtiny do češtiny přeložil a o další kapitoly a dodatky rozšířil P. Cenker, pracovník Národního technického muzea v Praze. 4. POČASÍ JAKO VÁLEČNÝ FAKTOR Splnění bojového úkolu, osud vzducholodí a životy posádek velmi často závisely především na počasí. Meteorologické informace o podmínkách letu byly nedostatečné a z nepřátelského území chyběly zcela. Orientace a navigace posádek byly kvůli špatnému počasí tak komplikované, že bylo úspěchem, když se stroje alespoň vrátily na mateřskou základnu, a to přesto, že již v roce 1915 byla vytvořena soustava radiogoniometrického určování polohy vzducholodí. Nízká dohlednost při letech v oblacích, ve sněžení a v dešti a mlha byly příčinou toho, že náletům neunikly ani civilní stavby. Přitom posádky měly striktně nařízeno útočit výhradně na strategické objekty, jako jsou velká muniční skladiště, přístavy, železniční uzly a tratě, továrny, vodárny apod. Vítr Vzducholodě jako aerostaty jsou velkých rozměrů, které brání rychlému manévrování, mají nižší rychlost a hlavně jsou citlivější na vítr jak za letu, tak při vzletu a přistání. Hlavně nad Severním mořem se dostávaly do proudění, jehož rychlost dosahovala až 100 km/h, takže řízení bylo neúčinné. K dosažení zamýšlených cílů jim zabraňoval silný protivítr nebo snos při bočním větru. Dlouhým zeppelinům s kovovou kostrou při prudkých poryvech a střihu větru hrozilo rozlomení, pružnější byly vzducholodě Schütte-Lanz stavěné z dřevěných prvků. Vichřice spojené s dešťovými přeháňkami, kroupami a sněhové vánice snižovaly dohlednost na minimum, a proto i útočící letouny byly spatřovány pozdě. V dešti a oblacích vlhly látkové potahy těl vzducholodí, takže se stroje kvůli velké hmotnosti propadaly, hrozila námraza. Manipulace se vzducholoděmi na zemi i za bezvětří vyžadovala asistenci značného počtu mužů letištního personálu, za větru kotvení strojů bylo obtížné až nemožné, podobně jako jejich zatažení do hangárů. Největší základny námořních zeppelinů (Ahlhorn, Nordholz, Tondern aj.) byly navíc umístěny v okolí Brém a ve východním Frísku, k jehož hlavním charakteristikám podnebí patří značná větrnost. Oblačnost Na počátku války, kdy ještě Velká Británie a Francie neměly vybudovanou protileteckou obranu a nepoužívaly zatemně- 116 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
Obr. 6 Pozorovatelská neboli špehovací gondola ve tvaru bomby, zavěšená na laně, která se spouštěla ze vzducholodi pod oblačnost. Stabilizační plochy tlumily její rozkyv během letu. Podle [8]. Fig. 6. Observing or spy basket in the shape of a bomb, hanged on the rope, which was lowered from the airship under clouds. Stabilizer surfaces softened its amplitude during the flight. ní, se lety uskutečňovaly za jasných nocí, kdy ve světly zářících městech nečinilo potíže najít cíl a shazovat bomby z výšky třeba 200 m. Naopak německé armádní stroje na východní frontě létaly ve dne. Za bezoblačného a klidného počasí se účastnily bojů rakousko-uherských vojsk například u Lublinu pumami, ostřelováním a průzkumem a bombardovaly také ruské pevnosti a nádraží. Způsob bojového nasazení se však rychle změnil, jakmile u nepřátelských mocností začal fungovat obranný systém tvořený protiletadlovými děly, světlomety, pozorovacími hláskami i letouny. Z toho důvodu vzducholodě, ohrožené palbou z pevniny, z lodí i ze vzduchu, nesmělo být ze země vidět, a schovat se mohly jen v oblacích nebo nad oblaky. Důležitým německým vynálezem byla pozorovatelská (špehovací) gondola (něm. Spähkorb), kterou byla od roku 1915 vybavena většina armádních a část námořních vzducholodí (obr. 6). Malá kabinka určená pro jednoho pozorovatele měla aerodynamický tvar a stabilizační plošky na zádi, pomocí nichž mohl pozorovatel tlumit rozkyv během letu. Byla zavěšena na ocelovém laně a spouštěla se pod vzducholoď až na vzdálenost 800 m. Vzducholoď plující tiše nad oblaky ze země nebyla viditelná, zatímco pozorovatel letící pod oblaky a vybavený mapou se dobře orientoval, pozorované skutečnosti hlásil telefonicky na palubu mateřské vzducholodi, navigoval ji, případně řídil bombardování. K prvnímu úspěšnému nasazení pozorovatelské gondoly došlo v březnu 1915, kdy bylo zničeno velké muniční skladiště ve francouzském přístavu Calais [8]. Mlha Nejen znemožňovala orientaci, takže vzducholodě často bloudily, ale zakrývala i cíl útoků, a let byl tudíž zbytečný. Mlha činila velké potíže i při přistávacím manévru při návratu na základnu. Základny byly vybaveny upoutanými balony, které byly vypouštěny se signálním poddůstojníkem a signalistou nad vrstvu mlhy. Ti komunikovali s posádkou vracející se vzducholodi pomocí Morseových signálů a usnadňovali její sestup přes mlhu na zem. Tlak vzduchu Když již britské a francouzské obranné stíhací perutě disponovaly letouny, většinou dvojplošníky s větším dostupem, a jejich piloti (říkali si lovci jitrnic ) se specializovali na ničení německých strojů, a také proto, že protiletadlové dělostřelectvo zvyšovalo dostřel fosforových granátů, nezbylo posádkám vzducholodí než létat ve vyšších hladinách. Aby inženýři vyhověli požadavkům vzduchoplavby na konstrukci nových výškových zeppelinů (1917), vše obětovali dostupu, a tedy snížení prázdné hmotnosti a zmenšení ostatních výkonových parametrů [10]. Dostup se zvýšil až na 8 000 m. Ve velkých výškách se avšak snižuje výkonnost motorů, čímž manévrovací schopnost vzducholodí klesá a jsou snadněji unášeny větrem. Nastávají i technické problémy spojené s rozpínáním nosného plynu. Na vysoké bojové výšky vzduchoplavba nebyla připravena. Gondoly proti změnám tlaku nebyly nijak zajištěny, posádky neměly kvalitní kyslíkové přístroje a kyslík byl znečištěn glycerinem. Trpěly výškovou nemocí, hypoxie paralyzovala bojovou činnost vzducholodí. Od výšky 5,5 km až do 8 km tlak vzduchu klesá přibližně z 500 hpa na 350 hpa a tomu úměrně klesá i parciální tlak kyslíku 2). Vzducholodě se běžně pohybovaly ve výšce 6 500 m nad zemí, do níž se nebyl schopen dostat žádný letoun. Muži na vzducholodích, pokud museli vystoupit výše než 5 000 m, pociťovali bolesti hlavy a očí, ještě výše, nad 7 000 m, apatii, celkovou ochablost, obtížně se pohybovali, leželi na zemi bez vlády a někteří ztráceli vědomí, přestože měli nasazeny kyslíkové přístroje. Také myšlení a rozhodování bylo zpomaleno, větší naději na přežití dával jen rychlý pokles do míst, kde je vzduch hustší, i když to znamenalo přiblížit se k protiletadlovým bateriím a letounům. Teplota vzduchu Po stránce materiální bylo o posádky dobře postaráno na zemi i za letu. Kromě vydatných přídělů jídla měly teplé oblečení a obutí i speciální záchranné vesty, které oblékaly při nebezpečí pádu do moře. Přesto trpěly hlavně při dlouhých plavbách hladem a chladem. Zvláště monotónní průzkumné lety nad mořem, které trvaly desítky nebo stovky hodin, byly vyčerpávající. Gondolami profukoval chladný a ostrý vítr a k jejich vytápění nestačily termoláhve s horkou vodou. Při venkovní teplotě 20 C až 35 C tuhly prsty i v silných rukavicích a nohy omrzaly v teplých vysokých botách. Mrazem nejvíce strádali střelci hlídkující na kulometných plošinách, kteří byli před ledovým větrem zcela nechráněni. Nízká teplota vzduchu způsobovala i zamrzání a poruchy motorů. Bouřky Pro vzduchoplavbu byly potenciálním nebezpečím již proto, že nosným plynem vzducholodí, za 1. světové války vzducholodí všech států, byl hořlavý a výbušný vodík. Přitom přímých úderů blesku do vzducholodí bylo zaznamenáno jen málo, posádky uvnitř asi ohroženy nebyly, elektrická přepětí se projevovala Eliášovým ohněm. V bouřkových oblacích, pokud se jim posádky nestačily vyhnout, silná turbu- 2) Hypoxie, nedostatečné zásobení krve, buněk a tkání kyslíkem, které se projeví poruchou či omezením jejich funkce, je doposud jedním z nejvážnějších rizikových faktorů létání. Bez kyslíkového zabezpečení lze létat do výšky 10 000 ft, tj. asi do 3 km, ve výšce 4 500 6 000 m jsou příznaky hypoxie již plně rozvinuty a nad 6 000 m hrozí úplná ztráta schopnosti pilota [6] (Piloti gripenů mají příkaz v případě poruchy přívodu kyslíku nebo poruchy těsnosti přetlakové kabiny urychleně klesnout do letové hladiny FL 200, tedy asi na výšku 6 100 m nad zemí.) S nadmořskou výškou se rychle zkracuje tzv. doba užitečného vědomí. Je to čas, po který je člověk vystavený hypoxickému prostředí schopen racionální, vědomím plně kontrolované činnosti. Ve výšce 18 000 ft/ 5 400 m je to 20 30 minut, ve výšce 25 000 ft/7 500 m je doba 3 5 minut a ve výšce 30 000 ft/9 000 m to už je jen 45 90 sekund [13]. Meteorologické Zprávy, 64, 2011 117
Obr. 7. Námořní zeppelin L.59 určený pro pomoc německé armádě ve východní Africe. V dubnu 1918 vzlétl ke své poslední plavbě, když letěl bombardovat Maltu. Nad Otrantskou úžinou (centrální Středomoří) byl sestřelen nebo zasažen bleskem a shořel. Podle [10]. Fig. 7. The naval zeppelin L 59 designated for supporting the German army in Eastern Africa. In April 1918 it took off to its last voyage to drop bombs on Malta. Over the Strait of Otranto (Central Mediterranean area) it was shot down or struck by lightning and burned. lence vzduchu prověřovala pevnost konstrukce vzducholodí a funkci kormidel. K bouřkové činnosti patřily také přeháňky a krupobití. Možná, že německé námořní vzducholodě by byly úspěšnější, kdyby neoperovaly právě v prostoru nad Severním mořem, který je z leteckého hlediska nepříznivý vzhledem k působení islandské tlakové níže, časté frontální činnosti a severním vpádům studeného vzduchu. 5. OBDIVUHODNÁ POMOCNÁ EXPEDICE ÚSPĚŠNÁ AŽ NAPOTŘETÍ Snad největším leteckým úspěchem německé vzduchoplavby byl let námořního zeppelinu L.59 do Afriky v listopadu 1917. Jeho účelem bylo pomoci armádě generála von Lettow-Vorbecka v tehdejší Německé východní Africe, kterou svíral protivník a decimovala tropická horečka. Vzducholoď (již shora zmíněný stroj s továrním označením L.Z.104) byla ze dvou největších postavených za války a pro úkol speciálně upravena. Její náklad o hmotnosti vyšší než 50 tun se skládal ze zbraní, střeliva, náhradních dílů pro radiové přístroje, benzinu, proviantu, pitné vody a také množství obvazů, léků apod. Byla vybavena i pro nouzové přistání a dlouhý pobyt v poušti. Vzducholoď s dvaadvacetičlennou posádkou měla zůstat v Africe a být Lettow-Vorbeckových sborům k dispozici, pokud bude třeba. Meteorologické zabezpečení jejího letu bylo mimořádně obtížné, povětrnostní mapy se sestavovaly jen na základě telefonických hlášení z Burgasu, Istanbulu, Sofie a Damašku, z afrického úseku plánované trasy nebyly žádné zprávy. Meteorolog W. Förster a J. Goebel později o přípravě historického letu napsali knihu Afrika zu unseren Füssen (Afrika k našim nohám, 1925). K africké cestě vzlétla ze základny v Jambolu v Bulharsku, které bylo německým spojencem. Počasí expedici natolik nepřálo, že se musela vrátit. Vzhledem k situaci na bojišti bylo rozhodnuto co nejdříve riskantní let opakovat. Ani druhý pokus se nevydařil, po 32 hodinách letu a bloudění ve vichřici, která si se vzducholodí pohrávala jako s hračkou, a bouřkách nad Tureckem a Černým mořem, nezbylo poškozené vzducholodi než znovu se vrátit do Jambolu. Teprve třetí pokus byl úspěšný. Přeletěla Krétu, letěla údolím Nilu, dosáhla súdánského Chartúmu, a když již měla větší díl své strastiplné cesty za sebou, dostala z Admirality zprávu, že německá armáda padla do rukou Angličanů, a příkaz hned se vrátit domů! Zdrcená posádka byla vztekem bez sebe. Otočila vzducholoď a přes různé těžkosti vyvolané počasím přistála v Jambolu po více než 95 hodinách trvajícího letu, když překonala vzdálenost 6 757 km [10]. Tento let jako mimořádný průkopnický čin je zapsán v dějinách vzduchoplavby bez ohledu na to, že zeppelin byl německý, stejně jako jeho posádka. Teprve později se zjistilo, že v době, kdy stroj byl vyzván k návratu, německá armáda v Africe nebyla v zajetí, ale dál urputně bojovala. Usuzuje se, že zmaření expedice bylo dílem britské výzvědné služby a že dezinformující radiovou depeši vyslali sami Angličané. 6. ZÁVĚR Vzducholodě o výsledku 1. světové války nerozhodly. I stroje Německa, jediné vzducholodní velmoci, v ní sehrály menší úlohu, než se před vypuknutím světového konfliktu mohlo očekávat. Po ovládnutí vzduchu letouny se letadla lehčí než vzduch přes všechna technická zdokonalení již příliš neuplatnila. Německé vzducholodě druhé válčící straně sice způsobily ztráty na lidských životech i materiální škody, a vázaly značné síly, které chyběly na frontě, avšak za cenu obrovských finančních nákladů a nesmírného utrpení a ztrát vlastních posádek. Během války německé námořní i armádní vzducholodě podnikly celkem 4 720 bojových plaveb, při kterých urazily vzdálenost 1 657 000 km [8]. Britské vzducholodě nalétaly dokonce 4 166 000 km a ztráty měly minimální [10]. Překvapující je, že nepříznivé povětrnostní podmínky byly příčinou zkázy jen velmi malého počtu vzducholodí. Samozřejmě, že počasí přispívalo k vyčerpání posádek, ohrožovalo jejich životy, poškozovalo stroje, zvyšovalo riziko letu a bránilo v plnění bojových úkolů, ale nebylo bezprostřední příčinou katastrof. Mezi důvody ukončení služby vzducholodí se jen ojediněle uvádí zasažen bleskem a shořel nebo zničen v bouři (sněhové) či utržen bouří a zahnán na moře. Většina vzducholodí byla protivníkem sestřelena nebo zničena výbuchem na zemi ještě v hangáru, některé zničily vlastní posádky, aby je nemusely vydat nepříteli, jiné byly po skončení války rozebrány podle podmínek mírové smlouvy nebo jako kořist předány vítězům. Čteme-li Marbenovy povídky [8], které většinou popisují sestřelení a konec vzducholodí, mohli bychom nabýt nesprávného dojmu, že šlo o stroje na jedno nebo jen málo použití. Nebylo tomu tak. Některé, než byly zničeny nebo vyřazeny z provozu, absolvovaly více než 50 letů, jiné přes 100, nejvyšší počet letů německých vzducholodí byl 419 a 526. Tato čísla dokazují kvalitní práci stavitelů vzducholodí, ale také schopnost a odvahu posádek čelit nástrahám počasí. Literatura [1] ASSMANN, R., 1910. Vorbereitende Versuche zur Einrichtung eines Wetterprognosen- und Warnungsdienstes für Luftschiffe am Königl. Aeronautischen Observatorium Lindenberg. Das Wetter, roč. 27, s. 210 213. 118 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
[2] CVRKAL, M. SVITÁK, P., 2003. Řízení letového provozu. Letectví a kosmonautika, roč. 79, č. 2, s. 10/78 12/80, č. 3, s. 25/161 27/163. [3] ČSN 31 0001:2005. Letectví a kosmonautika Terminologie. I. III. díl, 2005. Praha: Český normalizační institut. 878 s. [4] DUBOIS, P., 1993. Das Observatorium Lindenberg in seinen ersten 50. Jahren 1905-1955. In: Geschichte der Meteorologie in Deutschland, Nr. 1. Offenbach am Main: Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes. 376 s. ISSN 0943-9862, ISBN 3-88148-288-1. [5] KRŠKA, K., 2003. Balony a vzducholodě v dějinách letectví a meteorologie. XX. Zborník dejín fyziky, 9. Medzinárodný seminár dejín fyziky, Žilina 19. 22. 9. 2002. Bratislava: Slovenská spoločnosť pre dejiny vied a techniky při SAV, s. 51 72. ISBN 80-968253-7-2 [6] KULČÁK, L. a kol., 2009. Učebnice pilota vrtulníku PPL(H). Část I. 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM. 452 s. ISBN 978-80-7204-627-0. [7] LHOTÁK, K., 1948. Balon, křídla, vrtule. Kniha o vývoji letectví. 1. vyd. Praha: Svoboda. 166 s. [8] MARBEN, R., 2007. Zeppeliny útočí. 1. vyd. Praha: Naše vojsko. 187 s. + příl. ISBN 978-80-206-0899-4. [9] NEDELKA, M. a kol., 1998. Slovenský letecký slovník terminologický a výkladový. 1. vyd. Bratislava: Magnet-Press. 494 s. [10] NĚMEČEK, V., 1989. Vojenská letadla 1 Vojenská letadla za první světové války. 4. vyd. Praha: Naše vojsko. 260 s. + příl. [11] SWOBODA, G., 1931. Le voyage du dirigeable Italia sur l Éurope centrale, le 15 avril 1928, du point de vue météorologique. La Météorologie, No. 70 72, Janvier Mars. 15 s. [12] SWOBODA, G., 1928. Povětrnostní zabezpečení letu vzducholodi Italia československým územím. Říše hvězd, roč. 9, s. 65 69. [13] Učebnice pilota pro žáky a piloty všech druhů letounů a sportovních létajících zařízení, provozujících létání jako svou zájmovou činnost, 2003. 1. vyd. Cheb: Svět křídel. 616 s. [14] WEGE, K., 2002. Die Entwicklung der meteorologischen Dienste in Deutschland. In: Geschichte der Meteorologie in Deutschland, Nr. 5. Offenbach am Main: Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes. 366 s. ISSN 0943-9862, ISBN 3-88148-381-0. Lektor (Reviewer) Ing. František Hudec, CSc. INFORMACE RECENZE PŘEDÁNÍ CERTIFIKÁTU POSKYTOVATELE LETECKÉ METEOROLOGICKÉ SLUŽBY PRO CIVILNÍ LETECTVÍ. Odbor letecké meteorologie (OLM) Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) získal v roce 2007 s platností od 7. 6. 2007 certifikát poskytovatele leteckých meteorologických služeb (METSP = MET Service Provider), v souladu s nařízením Evropského parlamentu a rady (ES) č. 550/2004, o poskytování letových navigačních služeb v jednotném evropském nebi a nařízení Komise (ES) č. 2096/2005, kterým se stanoví společné požadavky pro poskytování letových navigačních služeb, včetně meteorologických. Tento certifikát vydávaný v ČR Úřadem pro civilní letectví (ÚCL), který vykonává funkci Národního dozorového úřadu, měl platnost na 4 roky, takže v r. 2011 proto bylo nutné tento certifikát obhájit. Recertifikační proces byl zahájen v lednu 2011 stanovením cílů recertifikačního auditu a časovým harmonogramem. Vlastní recertifikační audit provedli ve dnech 29. až 31. 3. 2011 auditoři ÚCL Ing. J. Vitásek a Ing. P. Prchal, dne 31. 3. při kontrole pracovišť OLM na letišti Praha/Ruzyně (LKPR), tj. na letecké meteorologické stanici (LMSt) a meteorologické služebně (MS), také Ing. Z. Peterka. Za ČHMÚ se auditu účastnili vedoucí OLM RNDr. B. Techlovský, vedoucí LMSt LKPR P. Pačes a Ing. T. Gálová (vedoucí směny dne 31. 3. na MS Praha). Auditoři ÚCL prověřili připravenost OLM ČHMÚ poskytovat meteorologické služby pro civilní letectví v těchto oblastech: Vlastnická a organizační struktura Reportingové systémy (obchodní plány, roční plán, výroční zprávy, apod.) Finanční způsobilost Odpovědnost za pojistné krytí Bezpečnost (security) Technická a provozní přiměřenost Pracovní metody a provozní postupy Technická a provozní způsobilost a schopnost Provozní dokumentace stanoviště/směrnice, příručky Systémy a procesy pro řízení bezpečnosti a kvality Ředitel ČHMÚ Václav Dvořák a vedoucí auditor Jiří Vitásek při slavnostním předání certifikátu. Foto: O. Šuvarinová Kvalita služeb Lidské zdroje Při recertifikačním auditu bylo shledáno 6 neshod, z nichž 5 bylo hodnoceno stupněm méně závažná a jedna stupněm nezávažná. Všechny neshody byly do data následného auditu konaného 29. 4. 2011 odstraněny a ÚCL proto vydal OLM ČHMÚ nový certifikát METSP platný od 1. 5. 2011 na dobu 6 let do 30. 4. 2017. V návaznosti na vydání certifikátu METSP požádal ČHMÚ ÚCL dne 3. 5. o zahájení správního řízení, týkajícího se prodloužení platnosti osvědčení k poskytování meteorologických služeb v ČR, v souladu s výše zmíněnými nařízeními Komise (ES) č. 550/2004 a 2096/2005. Certifikát METSP (Osvědčení č. 1/2011) předal řediteli ČHMÚ Ing. V. Dvořákovi, Ph.D. vedoucí auditor Ing. J. Vitásek dne 7. června 2011. Předání se zúčastnili vedoucí Střediska informačních služeb O. Šuvarinová, která tento slavnostní akt fotograficky zdokumentovala a vedoucí OLM RNDr. B. Techlovský. Současně bylo předáno Rozhodnutí ze správního řízení č. j. 3337-11-701, kterým se ČHMÚ pověřuje poskytováním meteorologických služeb pro ČR ve smyslu 49a zákona č. 49/1997 Sb., o civilním letectví, ve znění pozdějších předpisů. Toto rozhodnutí je platné po dobu platnosti certifikátu METSP. B. Techlovský Meteorologické Zprávy, 64, 2011 119
VYUŽITÍ N-LETÝCH NÁVRHOVÝCH SRÁŽEK PRO VÝPOČET OVLIVNĚNÍ MAXIMÁLNÍCH PRŮTOKŮ Z POVODÍ Radovan Tyl, Český hydrometeorologický ústav, Na Šabatce 17, 143 06 Praha 4-Komořany, tyl@chmi.cz The use of design N-year precipitation for computing the influence of maximum catchment discharges. Determination of the magnitude of the hydrologic design characteristics influence is a current topic particularly after flood events which occurred in the Czech Republic during the last 15 years. Recently built flood protection already fulfils its function in many cases thereby influencing flood (and also design) runoffs downstream. Determination of influenced theoretical flood waves seems to be the highest priority task. Design N-year precipitation of the given duration is used as input values in this method. The current state of appraising reservoir safety in the Czech Republic by means of theoretical flood waves and influencing of flood discharges by waterworks are described in brief in introduction of the contribution. Runoff from the catchment was determined from design N-year precipitation by means of the CN (Curve Number) method which was developed in the U.S.A. at the Soil Conservation Service (SCS) at the turn of the sixties and the seventies. The method enables estimation of direct precipitation runoff taking into consideration natural water retention in the landscape. The application of the influence calculation is based on the balance comparison of defined retention space at 88 larger waterworks together with computed direct runoff from their catchments. Charts of the storage deficiency for the concrete return period and duration of design N-year precipitation, expressing either reserve content (oversupply) or deficiency in storage of water in the catchment within the whole Czech Republic are the balance result. The proposed methods are one of the possibilities for computing the influence by waterworks or other retention space, methodology is rather focused on smaller catchments without hydrological observations. The magnitude of the influence for concrete precipitation, both theoretical (design) and observed, can be determined by means of storage deficit. KLÍČOVÁ SLOVA: N-letá srážka, CN křivky, ovlivněná hydrologická návrhová data, retenční odtoková výška, deficit retence KEY WORDS: N-year precipitation, curve number (CN), effected hydrologic design data, retention depth of runoff, storage deficit Potřeba stanovení ovlivněných hydrologických návrhových dat se v poslední době jeví jako aktuální problém vyžadující hledání řešení ze strany zainteresovaných odborníků či vědeckých institucí. Jednou z možností stanovení ovlivnění návrhových hydrologických veličin, zejména v nepozorovaných profilech, je využití tzv. deficitu retence, a to na základě zatížení povodí návrhovou N-letou srážkou daného trvání. Výsledky výzkumu jsou tématikou tohoto článku. ÚVOD Při plánovaní protipovodňových opatření nebo při výstavbě vodních děl (VD) jsou jedním z důležitých podkladů návrhová hydrologická data. Mezi ně patří mimo jiné teoretické povodňové vlny (TPV), které se používají v poslední době zejména při posuzování bezpečnosti vodních děl za povodní. V některých státech se, namísto určení doby opakování takové teoretické povodně, využívá přímo hodnota pravděpodobné maximální povodně (PMF), která se odvozuje z pravděpodobné maximální srážky (PMP), což jsou největší možné hodnoty těchto hydrologických jevů, jaké může příroda v dané oblasti dosáhnout. V České republice (ČR) je doba opakování TPV dána kategorií posuzovaného vodního díla podle vyhlášky č. 471/2001 Sb. [1]. U těch vodních děl, u kterých se předpokládá při jejich havárii velká ztráta na majetku a dokonce na životech, je určena doba opakování N = 10 000 let (p = 0,0001), což je hodnota, která se PMF již značně přibližuje. Hydrologická návrhová data se v současné době standardně vydávají v libovolném profilu říční sítě ČR jako neovlivněná, a to i v případě, že se požadovaný profil vyskytuje pod přehradou nebo jiným protipovodňovým objektem. Přitom výstavbou ochranných hrází a poldrů, resp. manipulacemi na VD za povodní (zejména při menších povodních s kratší dobou opakování) dochází často k významnému zmenšení kulminačního průtoku i objemu povodňové vlny. Návrh dalších protipovodňových opatření směrem dále po toku je výše provedenými zásahy ovlivněn a měl by odrážet jejich působení během povodně. Nutnost zabývat se problematikou ovlivnění návrhových hydrologických dat v celém jejich rozsahu dokládají i požadavky z praxe. Například výstavbou suchých poldrů na horním toku Třebovky dojde teoreticky v profilu vodního díla Hvězda ke zmenšení 100letého kulminačního průtoku Q 100 ze 62 m 3.s -1 na 36 m 3.s -1, jak se uvádí v [2]. To se současně projeví ve vymezení rozsahu záplavového území, které bude menší o pozitivní retenční účinek postavených poldrů, což má samozřejmě dopad i na financování dalších protipovodňových staveb dále po toku. Po velkých povodních v letech 1997, 2002, 2006 či 2009 bylo navržena a vybudována celá řada protipovodňových opatření, které již plní svou funkci a ovlivňují hodnoty velkých vod v níže situovaných říčních úsecích. V současné době metodika odhadu ovlivnění návrhových hydrologických charakteristik v České republice chybí a lépe na tom není ani situace v zahraničí. Odvození ovlivněné TPV vyžaduje relativně pracné a složité zpracování, individuální přístup pro řešení konkrétní situace v daném profilu, což není možné aplikovat obecně. Jako vhodný vstup se pro tyto účely ukazují N-leté návrhové srážky daného trvání zpracované v Českém hydrometeorologickém ústavu (ČHMÚ). POSUZOVÁNÍ BEZPEČNOSTI PŘEHRAD Posuzování bezpečnosti přehrad má v České republice dlouholetou tradici a je ukotveno v zákonných a normativních předpisech českého právního řádu. Základním dokumentem pro ústřední řízení povodňové ochrany je Povodňový plán České republiky [3]. Obsahuje podrobné rozdělení úkolů a činností při opatřeních k ochraně před povodněmi na úrovni ústředních orgánů státní správy a organizací s celorepublikovou nebo významnou regionální působností. Základním právním předpisem v oblasti vod je Vodní zákon [4]. Účelem zákona je chránit povrchové a podzemní vody, stanovit podmínky pro hospodárné využívání vodních zdrojů a pro zachování i zlepšení jakosti povrchových a podzemních vod, vytvořit podmínky pro snižování nepříznivých účinků povodní a sucha a zajistit bezpečnost VD v souladu s politikou Evropského společenství. Vodní zákon 120 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
nařizuje provádět nad vodními díly technicko-bezpečnostní dohled, jehož součástí je i posouzení jejich bezpečné funkce za povodně. TPV je definovaná svým kulminačním průtokem, trváním a objemem. Vlny s extrémní dobou opakování, sloužící k posouzení bezpečnosti přehrad za povodní, zhotovuje formou studie ČHMÚ, může to ale být i jiná instituce. Nejčastěji je to Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka v. v. i., ale nevylučují se ani vysoké školy ze zahraničí (např. Katedra vodného hospodárstva krajiny STU v Bratislavě). Metodický postup posuzování bezpečnosti přehrad včetně stanovení teoretické povodňové vlny upravuje norma TNV 75 2935 [5]. V ČHMÚ se k výpočtu TPV používají v současné době dva nezávislé přístupy, statistický a deterministický. Statistický přístup je založen na aplikaci vícenásobné nelineární regrese pro vyjádření vztahu mezi kulminačním průtokem a trváním odtoku jako nezávislými proměnnými a objemem odtoku jako závislou proměnnou. Statistická analýza reziduálních odchylek pozorovaných objemů od regresních odhadů slouží jako prostředek k vyjádření podmíněné pravděpodobnosti překročení určitého objemu. Princip deterministického výpočtu spočívá v tom, že je statistickým zpracováním (frekvenční analýzou) odvozena návrhová srážka požadované pravděpodobné doby opakování a trvání, její časové rozložení (hyetogram) a na základě zvolené metody výpočtu přímého odtoku a transformační funkce povodí je pak odvozen průběh TPV. OVLIVNĚNÍ POVODŇOVÝCH PRŮTOKŮ VODNÍMI DÍLY Průběh povodňové vlny směrem po toku je ovlivňován retenčním objemem nádrže (pokud se na toku vyskytuje) a transformací při průchodu povodňových průtoků v říčním korytě. Vliv retenčního objemu klesá s přibývající vzdáleností od VD (a se zvětšující se plochou mezipovodí) a je menší s klesající pravděpodobností překročení [6]. Transformaci povodňové vlny v nádrži je možné hodnotit hydraulickými výpočty, které jsou založené na řešení St. Venantových diferenciálních rovnic neustáleného proudění v otevřených korytech, nebo pomocí hydrologických výpočtů vycházejících z rovnice kontinuity a analytických nebo empirických vztahů mezi hladinou a průtokem [7]. Transformaci ovlivňuje počáteční hladina v nádrži, tedy vymezený volný objem, a dále charakteristika nádrže a kapacity bezpečnostních přelivů i spodních výpustí. Obvykle se předpokládá, že nádrž je na začátku simulace průchodu teoretické povodňové vlny plná, resp. počáteční hladina je na spodní úrovni retenčního objemu. Jako výsledek výpočtu dostaneme maximální dosaženou hladinu v nádrži, dobu mezi výskytem kulminace na přítoku a odtoku a také hydrogram odtoku z nádrže. Vliv nádrží je možné posuzovat i s ohledem na návrhové veličiny. Pro ovlivněné a neovlivněné řady pozorování se odvodí N-leté průtoky, které jsou pak vzájemně porovnány [8]. Výsledné rozdíly mohou být využity pro hodnocení vlivu transformačního účinku nádrže nebo pro odhad vzdálenosti v říční trati, ve které je ovlivnění ještě patrné. Při posuzování vodního díla na bezpečnost při povodni se může stát, že vodní dílo kontrolní povodňovou vlnu bezpečně nepřevede. Pak je nutné přijmout nápravné opatření. Může to být přerozdělení objemů v nádrži a zvětšení retenčního objemu nebo zlepšení operativního řízení provozu VD či technické opatření ve formě zvětšení kapacity bezpečnostních zařízení. Zahraniční literatura a odborné příspěvky v impaktovaných časopisech, ale i české dostupné literární zdroje jsou na problematiku stanovování ovlivňování návrhových veličin relativně skoupé. Tématicky blízkou prací je článek dvojice Gross a Moglen [9]. Ti využili údajů ze 34 přehrad ve státě Maryland USA, s plochami povodí od 0,26 do 110 km 2. Pomocí srážkoodtokového modelu nasimulovali povodňové vlny, které virtuálně nechali převést přes bezpečnostní přelivy přehrad. Míru ovlivnění R Q stanovili podle vzorce Q R D Q = 1, (1) Q N kde Q D kulminační průtok transformovaný VD [m 3.s -1 ] Q N kulminační průtok neovlivněný [m 3.s -1 ]. Pro hodnotu R Q stanovili limitní (prahové) hodnoty 0,05 a 0,1 jako meze, při kterých už je ovlivnění přehradou minimální, a pomocí regresní analýzy (v závislosti na fyzikálních a hydrologických charakteristikách sklon, retenční objem, plocha povodí pod nádrží) hledali vzdálenost, při jaké jsou tyto hodnoty dosaženy. Na základě určených vzdáleností nakonec posoudili, které vodoměrné stanice jsou ovlivněny provozem VD a které je možné brát jako neovlivněné pro další výpočty (což znamená, že se nacházejí dále od přehrady, než je vypočítaná vzdálenost ovlivnění). VÝPOČET ODTOKU Z POVODÍ V průběhu povodňové epizody dochází kromě působení retenčních prostor nádrží také k přirozené retenci vody v krajině. Vliv schopnosti půdy zachytit určitou část spadlé srážky, která se dále nepodílí na přímém odtoku, byl určen pomocí metody CN křivek (CN = Curve Number), která byla vyvinuta v USA v Soil Conservation Service (SCS) na přelomu šedesátých a sedmdesátých let. Je popsána v celé řadě pramenů v odborné literatuře, například v [7, 10]. Metoda slouží k výpočtu přímého odtoku z přívalových srážek zejména v nepozorovaných povodích a pro svou relativní jednoduchost je odbornou komunitou hojně využívána. Vychází z předpokladu, že hodnota přímého odtoku P e je vždy menší nebo rovna výšce spadlé srážky P a současně, když dojde k přímému odtoku, je další objem vody F a zadržený v povodí menší nebo roven maximální potenciální retenci S. Existuje určité množství srážky, které se nepodílí na přímém odtoku, které se nazývá počáteční ztráta I a, takže potenciální přímý odtok z povodí lze vyjádřit jako rozdíl P I a. Základní předpoklad metody SCS, že podíl dvou aktuálních a dvou potenciálních kvantilů se sobě musí rovnat, lze vyjádřit rovnicí F a P e =. (2) S P I a Současně musí platit bilanční rovnice, že P = P e + I a + F a. (3) Úpravou rovnic dostaneme vztah pro výpočet přímého odtoku ve tvaru (P I a ) 2 P e =. (4) P I a + S Studiem výsledků z mnoha malých experimentálních povodí byla odvozena empirická závislost I a = 0,2S, (5) Meteorologické Zprávy, 64, 2011 121
takže po dosazení do rovnice (4) dostaneme výsledný vztah pro výpočet přímého odtoku (P 0,2S) 2 P e =. (6) P + 0,8S Mezi potenciální retencí S (v palcích) a hodnotou CN existuje závislost 1 000 S = 10. (7) CN Hodnota CN se určuje na základě kategorií využití půdy (land use) a podle tzv. hydrologických skupin půdy (čtyři kategorie A až D). Vzhledem k tomu že vlhkostní podmínky půdy se v průběhu roku mění, byly různými autory odvozeny hodnoty CN pro relativně suché půdní podmínky (označení CN I) a pro vysoké vlhkosti půdy (označení CN III). Hodnota CN II vyjadřuje průměrné vlhkostní podmínky. VÝSLEDKY VÝZKUMU Principem výpočtu velikosti ovlivnění retenčními prostory bylo vymezení retenčních kapacit vybraných VD ve formě retenční odtokové výšky, a porovnání s vypočteným přímým odtokem z návrhové N-leté srážky. Výsledkem porovnání je tzv. deficit retence umožňující stanovit objem povodně odvozené z N-leté srážky zmenšený o objem zadržený retenčním objemem jednoho VD (nebo vodních děl, pokud jich je více) v povodí. Retenční odtoková výška Odtoková výška vyjadřuje v milimetrech objem (povodňové vlny) rovnoměrně rozprostřený na plochu povodí. Odtokový koeficient je pak definován jako podíl odtokové výšky a příčinné srážky, což představuje, kolik ze srážky odteče během povodňové události formou přímého, tj. povrchového a hypodermického odtoku. Tzv. retenční odtoková výška nádrže vychází z definice odtokové výšky. Vyjadřuje v této práci velikost retenčního objemu nádrže rovnoměrně rozprostřeného v milimetrech na plochu povodí, což jinými slovy můžeme chápat jako objem, vymezený pro určitou potenciální výšku odtoku z povodí, která se vejde do daného retenčního objemu. Retenční odtokovou výšku lze vyjádřit rovnicí W h ret 0ret =. 1 000 (8) A kde h 0ret retenční odtoková výška nádrže [mm] W ret retenční objem nádrže [mil. m 3 ] A plocha povodí [km 2 ] Deficit retence Velikost retence byla posouzena plošně na celém území republiky. Výpočetní jednotkou byly základní plochy povodí vodních toků 4. řádu, určené rozvodnicemi stanovenými z digitálního modelu území DMÚ 25 v měřítku 1:25 000 pro plochy povodí větší než je 5 km 2. Veškeré výpočty probíhaly pouze na území republiky, přestože některé nádrže mají část povodí i za hranicemi (povodí Ohře a Dyje), a to z toho důvodu, že vstupní údaje N-letých srážek, hodnoty CN a údaje digitálního modelu terénu nejsou momentálně dostupné v rozsahu rozvodnic, ale pouze v rozsahu určitého okolí kolem hranice území ČR. Z návrhové N-leté srážky byly pomocí metody CN křivek odvozeny velikosti přímých odtoků na povodí 4. řádu pro jednotlivé doby opakování a trvání srážky. Velikosti odtoků byly z vektorového formátu převedeny pomocí extenze Spatial Analyst v prostředí GIS do rastrové podoby v rozlišení pixelu o straně 100 m. Odtoky byly stanoveny pro návrhové srážky P 20, P 50, P 100 a P 500 s dobou trvání 24, 48 a 72 hodin. Největších hodnot dosahují vypočtené přímé odtoky v oblastech pohraničních hor, tzn. Krkonoš, Jizerských hor, Krušných hor v okolí Cínovce, Hrubého Jeseníku a Moravskoslezských Obr. 1 Retenční odtoková výška ČR. Fig. 1. Retention depth of runoff in CR. 122 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
Obr. 2 Příklad deficitu retence vymezený vybranými vodními díly odvozený z přímého odtoku návrhové stoleté srážky P 100 jednodenní. Fig. 2. An example of the storage deficit defined by selected waterworks derived from the direct runoff of the design precipitation P 100 one-day. Beskyd. Větší odtoky najdeme také v podhůří Orlických hor, v oblasti Šumavy, Novohradských hor a Českobudějovické pánve nebo také v pohoří Bílých Karpat. Pro vybraná VD, která mají vymezený retenční objem, byly spočítané retenční odtokové výšky podle rovnice (8). Dále byl pro každý profil nádrže vytvořen rastr v rozsahu území České republiky, kde byla hodnota pixelu uvnitř povodí rovna odvozené retenční odtokové výšce a ve zbytku plochy, které nespadalo do povodí profilu, byla hodnota pixelu rovna nule. Takto bylo v prostředí GIS vytvořeno 88 gridů s hodnotami retenčních odtokových výšek uvnitř povodí a nulami vně povodí, vždy v celkovém rozsahu republiky. Následně byla provedena sumace těchto gridů, proto v povodí, které spadá pod více VD, se retenční odtokové výšky načítaly. Příkladem může být povodí VD Orlík, kde již působí retence VD Lipno, Římov nebo Husinec. Výsledkem je pro vybraná vodní díla vytvořená mapa retenčních odtokových výšek na území České republiky (obr. 1). Nakonec byly spočítány rozdíly gridů u hodnot přímých odtoků a hodnoty retenčních odtokových výšek ČR. Výsledkem jsou mapy deficitu retence pro jednotlivé uvažované kombinace hodnoty CN, návrhové srážky a doby trvání srážky. Deficit retence může nabývat kladných i záporných hodnot a je různý v závislosti na zvolené vstupní N-leté srážce. Kladný, plusový deficit retence znamená nedostatek retenčních prostor v povodí, jinými slovy vyjadřuje nadbytek objemu přímého odtoku nad retenční kapacitou VD nad uvažovaným profilem. Záporný deficit retence představuje rezervu v retenčních prostorech, retenční kapacita v povodí je větší než velikost objemu přímého odtoku. Hodnotu deficitu retence dostaneme vyjádřenou v milimetrech (vztaženou na konkrétní plochu povodí), po přenásobení plochou povodí můžeme deficit retence vyjádřit jako objemovou hodnotu (např. v mil. m 3 ). Příklad deficitu retence pro návrhovou stoletou srážku P 100 jednodenní je na obr. 2. Ukazatel deficitu retence umožňuje v požadovaném profilu pod retenčním prostorem stanovit rezervu v objemu, nebo nedostatek retenční kapacity v povodí, v závislosti na vstupní návrhové N-leté srážce. V případě záporné hodnoty jde o nadbytek (rezervu) retenční kapacity v daném profilu a je možné pomocí tohoto ukazatele odhadnout potenciální objem, který je povodí ještě schopné pojmout. Naopak, v případě kladné hodnoty deficitu retence je možné z výsledku odhadnout velikost objemu, který přesahuje retenční schopnosti vodních děl v povodí a který by bylo potřeba v povodí zajistit. Z mapy deficitu retence je možné vytipovat profily, kde vychází deficit největší a kde by bylo potenciálně vhodné zajistit dodatečné retenční prostory. Z uvedené mapy na obr. 2 je patrné, že největších hodnot dosahuje deficit retence v horských oblastech, jmenovitě Jizerských hor, Krkonoš, Jeseníků a Beskyd. Zde se však ve většině případů jedná o pramenná území povodí. Rizikovější budou oblasti, kde již bude docházet k výraznější koncentraci odtoku, tedy místa, kde je deficit retence vyšší vůči relativně větší ploše povodí. Vytipované oblasti s velkým deficitem retence a s potenciálním umístěním retenčního prostoru jsou zejména podhorské oblasti: povodí horní Úpy (zde se vyskytly velké povodně např. v roce 1897 a 1907), povodí horní Metuje, povodí horní Dědiny a horní Bělé v Orlických horách (zde se uvažuje po extrémní povodni v roce 1998 o výstavbě vodního díla Mělčany), povodí horní Jizery, povodí Pohořského potoka v Novohradských horách, povodí horní Otavy, povodí horní Opavy, povodí Olše, povodí horní Bělé v Jeseníkách, povodí Lužické Nisy (zde se vyskytly v srpnu roku 2010 Meteorologické Zprávy, 64, 2011 123
přívalové povodně, což jen potvrzuje potřebu retenčního prostoru k zadržení povodňových průtoků), povodí horní Smědé (zde se také vyskytly přívalové povodně v srpnu 2010), povodí Vsetínské Bečvy, povodí Rožnovské Bečvy. Velký retenční objem, pozitivně snižující deficit retence, má vodní dílo Švihov na Želivce, vodohospodářská soustava Slezská Harta a Kružberk na Moravici (oblast jihovýchodně od Hrubého Jeseníku), dále pak nádrže na Teplé (Stanovice, Březová) a na Střele (Žlutice) v oblasti Doupovský hor. To jsou nádrže, které navíc mají relativně velkou plochu povodí, takže ovlivněné území je významnější než u malých horských nádrží, jako jsou Větřkovice, Souš nebo Mšeno, které mají sice záporný deficit retence, ale ovlivňují svou retencí velmi malé území. Deficit retence se zvětšuje s rostoucí dobou opakování vstupní N-leté srážky a s rostoucí dobou trvání srážky. Je známo, že většina vodních děl výrazně transformuje povodně spíše s kratší dobou opakování (do doby opakování cca 20 až 50 let), což potvrzují i hodnoty deficitu retence pro střední hodnotu CN II (hodnota, která se používá pro odvozování teoretických povodňových vln) a návrhovou 20letou srážku P 20. Princip výpočtu deficitu retence byl ověřen na první vlně povodňové události ze srpna 2002 pro povodí k profilu VD Orlík na Vltavě. Byla vypočtena suma spadlých srážek za období od 6. do 7. srpna. Z těchto srážek byly odvozeny jejich průměrné výšky na základní plochy povodí a pak pomocí metody CN křivek určena velikost přímého odtoku z každé plochy. Odtok byl převeden z vektorové do rastrové podoby. Pro vodní díla v povodí k VD Orlík byla odvozena retenční odtoková výška z aktuálních volných prostor v nádržích, před povodňovou situací, uvedených ve zprávě Povodí Vltavy s. p. [11]. Objemy odvozené z deficitu retence a objemy vypočtené z pozorovaných dat ve vodoměrných stanicích vyšly ve velmi dobré shodě. V případě VD Lipno výsledky potvrdily, že kapacity volného objemu nebyly během první vlny zdaleka naplněny, v případě VD Římov a Husinec došlo k velmi dobré shodě mezi povodňovým objemem určeným z pozorovaných dat a chybějícím objemem určeným z deficitu retence. Celkově je možné říci, že metoda deficitu retence dává velmi dobré výsledky a představu o tom, kde dochází k nedostatku retenčních prostor (a v jaké velikosti) v závislosti na uvažované N-leté návrhové srážce. Umožňuje v požadovaném profilu říční sítě určit nedostatek (nadbytek) retenčních objemů, ze kterého můžeme odvodit velikost ovlivnění, pokud porovnáme odtok z návrhové srážky bez uvažování retenčních prostor a odtok s uvažováním deficitu retence. ZÁVĚR Hydrologická návrhová data včetně teoretických povodňových vln se v současné době vydávají jako neovlivněná, a to i v případě, že se požadovaný profil vyskytuje pod přehradou nebo jiným protipovodňovým opatřením. Z kritického rozboru literatury, zaměřeného na problematiku hodnocení a stanovování návrhových hydrologických charakteristik vyplynulo, že momentálně v podstatě chybí metodika stanovení ovlivnění návrhových hydrologických charakteristik, a to nejen v České republice, ale i v zahraničí. Pro vyjádření retenčního objemu na povodí byla definována tzv. retenční odtoková výška nádrže. Byla odvozena mapa pro území České republiky, shrnující potenciální retenci vymezenou retenčními objemy celkem 88 významných vodních děl. V porovnání s přímými odtoky z návrhových N-letých srážek byly odvozeny deficity retence s danou dobou opakování a trvání. Deficit retence umožňuje v požadovaném profilu říční sítě pod VD stanovit disponibilní rezervní objem nebo nedostatek retenčních prostor v povodí, popřípadě vyjádřit objem, podílející se na ovlivnění v daném profilu pro konkrétní dobu opakování a určit tak ovlivnění návrhových hydrologických dat. Na základě deficitu retence byly vytipované oblasti, kde by bylo potenciálně vhodné zajistit dodatečné retenční prostory. Ve většině případů jde spíše o horské nebo podhorské toky, kde se v průběhu roku vyskytují vyšší srážkové úhrny. Z deficitu retence je také možné posoudit kapacity retenčních objemů oproti návrhovým datům. Porovnání retenčních objemů a návrhových odtoků bylo testováno na srpnové povodni 2002 v profilu VD Orlík s velmi dobrými výsledky. Povodeň ze srpna 2002 byla extrémní, při které sehrály zásadní roli na zmírnění katastrofálních průtoků zejména velké retenční objemy Vltavské kaskády. U menších povodní, často regionálního charakteru, přispívají ke zmírnění povodní i menší vodní nádrže, rybníky apod. Do budoucna se jeví jako vhodné rozšířit mapu retence o tyto vodní útvary, případně o profily vodních toků, kde dochází k významným rozlivům do inundací a tedy k přirozené retenci v povodí. Navržené postupy jsou jednou z možností jak určit ovlivnění vodními díly či jinými retenčními prostory, metodika je zaměřená spíše na menší povodí bez hydrologického pozorování. Pomocí deficitu retence je možné určit velikost ovlivnění pro konkrétní srážku, ať už teoretickou (návrhovou) nebo pozorovanou. Literatura [1] Vyhláška 471/2001 Sb. Ministerstva zemědělství o technickobezpečnostním dohledu nad vodními díly. Praha, 2001. [2] BROŽA, V. a kol., 2005. Přehrady Čech, Moravy a Slezska. Knihy 555, Liberec, 256 s. [3] Povodňový plán České republiky. Ministerstvo životního prostředí, Praha, 2004. [4] Zákon č. 254/2001 Sb. Parlamentu České republiky o vodách a o změně některých zákonů. Praha, 2001. [5] Norma TNV 75 2935 Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodních. Hydroprojekt CZ, 2003. [6] DINGMAN, S., L., 2002. Physical Hydrology. 2nd ed. Prentice-Hall, New Jersey, 646 s. [7] Flood-runoff analysis. Engineer manual. U. S. Army Corps of Engineers, Davis, CA, 1994, 214 s. [8] Vliv velkých údolních nádrží v povodí Labe na snížení povodňových průtoků. Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. M., Praha, 2005, 44 s. [9] GROSS, E., J. MOGLEN, G., E., 2007. Estimating the Hydrological Influence of Maryland State Dams Using GIS and the HEC-1 Model. Journal of Hydrologic Engineering, roč. 12, s. 690 693. [10] CHOW, V., T. MAIDMENT, D., R. MAYS, L., W., 1988. Applied hydrology. 4th ed. McGraw-Hill, New York, 627 s. [11] Souhrnná zpráva o povodni v srpnu 2002. Povodí Vltavy, s. p., Praha, 2003, 95 s. Lektor (Reviewer) Ing. Josef Hladný, CSc. 124 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
INFORMACE RECENZE GLOBÁLNÍ PLATFORMA PRO SNIŽOVÁNÍ RIZIKA KATASTROF Ve dnech 8. až 13. 5. 2011 se v Ženevě konalo již třetí zasedání Globální platformy (GP) pro snižování rizika katastrof svolané Mezinárodní strategií pro snižování katastrof OSN (UNISDR). Zúčastnilo se jej přes 2 600 odborníků včetně zástupců 168 vlád, 65 nevládních organizací a 25 mezivládních organizací. Zasedání GP bylo ovlivněno nedávnou přírodní katastrofou spojenou s jadernou havárií v Japonsku. Katastrofa ve vyspělé zemi s obrovskými následky posílila naléhavou celosvětovou potřebu věnovat riziku katastrof větší pozornost než dosud, a to nejen v rozvojových, ale i ve vyspělých zemích. Globální platforma (GP) v Ženevě byla příležitostí pro setkání a výměnu zkušeností mezi vůdčími osobnostmi z rozhodovací sféry a státní krizové administrativy, praktiky, experty i zástupci nevládních organizací. Jednání GP zahájil generální tajemník OSN Ban Ki-moon, který vyzdvihl důležité kroky ke snižování katastrof, jako je zhodnocení a připravenost kritické infrastruktury, zvyšování uvědomování si nebezpečí a nutnost lepší připravenosti na přírodní katastrofy i posílení spolupráce v oblasti katastrof na všech úrovních. Setkání se zúčastnili i zástupci některých hydrometeorologických služeb, které hrají při snižování dopadů přírodních katastrof důležitou roli, zejména při včasném varování. Tématem GP bylo Investuj dnes pro bezpečnější zítřek, což vycházelo ze závěrů druhého zasedání GP v roce 2009 a také z výsledků hodnocení Rámcové strategie pro akci z Hyoga (Hyogo Framework for Action HFA) na léta 2005 až 2015. Součásti GP byla první Světová konference pro rekonstrukci, kterou pořádala Světová banka. Měla za cíl stimulovat rozvoj a rekonstrukční práce tak, aby omezovaly dopady přírodních pohrom. Na programu GP byla plenární zasedání, kulaté stoly s panelovými diskusemi i řada vedlejších jednání na zajímavá témata. Zajímavá byla plenární sekce o adaptacích na dopady klimatické změny, kterou zahájil generální sekretář Světové meteorologické organizace (WMO) M. Jarraud. Zdůraznil důležitou roli národních hydrometeorologických služeb i nového programu klimatických služeb pod patronací WMO při prevenci katastrof. Právě zdůrazňování adaptací na dopady klimatické změny v poslední době ukazuje, jak lze efektivně čelit riziku budoucích přírodních pohrom, na rozdíl od dříve příliš prosazovaného snižování emisí skleníkových plynů, i když tomuto způsobu je třeba i nadále věnovat pozornost. Zvláštní představitelka OSN pro snižování rizika katastrof M. Wahlstromová řídila plenární sekci o prosazování výsledků z revize HFA v polovině plánovaného desetiletého období (2005 2015). Důležité bylo i setkání představitelů evropských národních platforem pro snižování následků katastrof, tzv. Evropského Fóra, kde česká platforma (Národní výbor pro omezování následků katastrof) patří mezi cca 15 dosavadních členů. Fórum by mělo zajistit větší podporu aktivit a projektů národních platforem ze strany orgánů EU v Bruselu. Společné jednání zástupců Evropské sítě národních platforem (ENNP), jejímiž členy jsou kromě ČR i platformy z Francie, Německa a Polska ukázalo, že spolupráce v menší skupině platforem vede ke konkrétnějším výsledkům při snižování katastrof. K zajímavým patřil seminář o včasném varování, uspořádaný německou národní platformou (DKKV), se kterou česká strana dlouhodobě spolupracuje. Je třeba neustále zlepšovat přesnost Ban Ki-moon a M. Wahlströmová. Foto: ISDR a včasnost varování, ale pro úspěch je nesmírně důležité, jakým způsobem jsou varování sdělována veřejnosti a lokálním krizovým orgánům. Důležité je i zajištění celé linky od producenta výstrah (u nás Český hydrometeorologický ústav), přes civilní ochranu (u nás Hasičský záchranný sbor) zajišťující šíření těchto výstrah přes kraje, obce s rozšířenou působností až na úroveň jednotlivých obcí a občanů. Právě selhávání komunikace v poslední míli může být zdrojem selhání celého varovného systému. Setkání zdůraznilo i specifickou problematiku pro včasné varování a vlastně i celý proces obtížného snižování katastrof ve velkých městských aglomeracích. Pochopitelně nejobtížnější jsou včasná varování na velmi rychlé pohromy, jako jsou tornáda či přívalové povodně. Světová meteorologická organizace uspořádala jednání věnované suchu, jakožto velmi pomalému, ale velmi nebezpečnému druhu přírodní katastrofy s velkými, zejména ekonomickými, dopady. Zajímavá byla panelová diskuse zaměřená na přebudování a ochranu kritické infrastruktury (silnice, železnice, mosty, rozvody elektrické energie, plynu, zajištění pitné vody atd.), která bývá obvykle silně poškozena katastrofami a musí být přednostně a rychle opravena či znovu vybudována. Z diskuse vyplynulo, že ke kritické infrastruktuře patří i národní hydrometeorologické služby, jejichž činnost nesmí být přerušena nebo omezena. První podrobnější informace o nedávné rozsáhlé katastrofě ve své zemi přednesl japonský delegát. Zemětřesení a zejména cunami s následnou havárii jaderné elektrárny ve Fukušimě vedly k celkovým ztrátám na životech přesahujícím 26 000 osob. Dá se očekávat, že Japonci celou situaci včetně reakce obyvatel, důkladně vyhodnotí a své závěry a doporučení ke zlepšování předají ostatním státům. V průběhu celé GP byla zdůrazňována i rostoucí role zapojení soukromého sektoru a zejména pojišťoven do procesu snižování rizika katastrof. Japonská katastrofa poukázala na poměrně nový jev kombinovanou katastrofu přírodní s technologickou. Dále mne zaujal panel o řízení rizika v povodňových situacích pro 21. století, který přehledně popsal velkou šíři problematiky povodní, jakožto daleko nejčastějšího druhu přírodních katastrof (což platí právě pro ČR a Evropu) i komplikovanosti ochrany před povodněmi ve velkých městských aglomeracích. Světová meteorologická organizace ukázala tzv. integrované řízení povodní, které je velmi perspektivní. Právě vzájemná provázanost jednotlivých částí tohoto systému, včetně plánování i např. vyváženosti strukturálních a nestrukturálních protipovodňových opatření, povede k větší efektivitě povodňové ochrany. Závěry z Globální platformy shrnula představitelka OSN pro snižování rizika katastrof M. Wahlstromová. Lze z nich vybrat Meteorologické Zprávy, 64, 2011 125
Prostory mezinárodního konferenčního centra. Foto: ISDR následující: Došlo k významnému pokroku v plnění Rámcové strategie pro akci z Hyoga od přijetí této dohody v roce 2005. Do opatření pro snižování následků katastrof se stále více se zapojují starostové a také soukromý sektor. Bude třeba se zaměřit na vyhodnocování dopadů katastrof podle určitých standardů, přesněji vyhodnocovat náklady a přínosy připravenosti na pohromy, plánovat a zajišťovat dostatečné částky na snižování katastrof v rozpočtech na všech úrovních, podporovat činnost a zvyšování efektivity národních platforem pro snižování následků katastrof, zvyšovat uvědomění veřejnosti o nebezpečnosti přírodních a jiných pohrom, věnovat se i sociálním aspektům negativních dopadů katastrof, předjímat možná rizika, podporovat postupné začleňování snižování rizik katastrof do adaptací na dopady možné klimatické změny a také prosazovat problematiku snižování následků katastrof na regionálních summitech a setkáních ministrů. Větší podporu by měla dostat Mezinárodní strategie OSN pro snižování dopadů katastrof. K posílení zapojení místních orgánů na připravenosti na katastrofy přispěla významným způsobem kampaň Udělejte města odolnějšími. Nelze opomenout co největší využívání poznatků vědy a techniky a posilování úlohy nevládních organizací při snižování rizika katastrof. Řada výše uvedených doporučená platí i pro nás. ČR má poměrně dobře vybudovanou strukturu a systém ochrany před povodněmi, ale chybí větší propojení územního plánování s prevencí katastrof i uvažování o riziku kombinovaných pohrom (přírodních a technologických současně). ČR by měla věnovat mnohem větší pozornost výuce prevence katastrof a zlepšování připravenosti obyvatelstva na školách všech stupňů i procvičování reakce na pohromy. Je třeba lépe koordinovat prevenci katastrof mezi různými resorty s důrazem na zlepšování připravenosti na budoucí pohromy. V neposlední řadě je důležité posilovat zapojení národní hydrometeorologické služby do činnosti národní platformy a zejména do neustálého zlepšování systémů včasného varování a krizového řízení. Ing. Ivan Obrusník, DrSc. předseda Českého národního výboru pro omezování následků katastrof KURZ AMF PRO LETECKÉ METEOROLOGY V týdnu od 4. 4. do 8. 4. 2011 se konal v Praze-Komořanech kurz letecké meteorologie Aeronautical Meteorology for Forecasting určený pro provozní meteorology Odboru letecké meteorologie (OLM) poskytující leteckou meteorologickou službu pro civilní letectví. Kurz byl uspořádán pro druhou polovinu leteckých meteorologů, kteří se nezúčastnil kurzu v roce 2010. Šest meteorologů bylo z centrální meteorologické služebny (MS) Praha, tři z regionální MS letiš- tě Brno-Tuřany a jeden z regionální MS letiště Ostrava- Mošnov. Organizaci celého kurzu měl na starosti Mgr. Mario Kiriakov (zodpovědný pracovník rozvoje OLM), který tento kurz absolvoval v r. 2009 v sídle britské služby UK MET Office v Exeteru. Kurz byl veden lektorkami UK Met Office Karen Shorey a Jodie Ramsdale a to v souladu s požadavky na znalosti leteckých meteorologů obsažené v dokumentu WMO-No. 258, Supplement 1: Training and Qualification Requirements for Aeronautical Meteorological Personnel. Cílem kurzu bylo zlepšit předpovědní techniky pro civilní letectví v rámci předpisu L3-Meteorologie, získání většího přehledu o dopadech jednotlivých nebezpečných jevů a přehledu nových poznatků zejména z družicové a radarové meteorologie. Účastníci kurzu si osvěžili a prohloubili znalosti v následujích oblastech: Revize vydávání a obsahu zpráv METAR, TAF a trend. Revize aerologických výstupů (Tephigram, Emagram, Stüvegram). Diagnóza a předpověď turbulence a jejích druhů. Diagnóza a předpověď námrazy a jejích druhů. Globální distribuce, diagnóza a předpověď konvektivních jevů (TS, CB, MCS, downburst, microburst). Diagnóza a předpověď nízké oblačnosti a mlh a jejich vlivu na letecký provoz. Techniky pro předpověď jednotlivých druhů srážek, zejména sněžení a jeho množství. Vyhodnocení leteckých map zejména map význačného počasí a SWL map (pro lety v nízkých hladinách). Rozbor výstražné služby informací SIGMET, včetně vydávání těchto výstražných informací na výskyt vulkanického popela. Rozbor a předpověď jevů souvisejících s překážkami v proudění (MTW, wake vortices). Nové produkty v letecké meteorologii (mapy turbulence, námrazy, bouřkové oblačnosti CB, Flysafe, AMDAR). Analýza satelitních snímků v jednotlivých spektrálních pásmech, zejména pak RGB produktů. Kurz byl veden v anglickém jazyce, takže vedle meteorologických poznatků byl vhodnou příležitostí si osvěžit Zleva: Karen Shorey a Jodie Ramsdale (lektorky z UK MET Office), Mgr. Mario Kiriakov (MS Praha), Mgr. Alena Škrabalová (MS Praha), RNDr. Petr Texler (MS Praha), Ing. Blanka Chalupníková, Ph. D. (MS Brno/Tuřany), Ing. Miloslav Jílek (MS Brno/Tuřany), RNDr. Ján Zákopčaník (MS Praha), RNDr. Ladislav Hrtoň (MS Ostrava/Mošnov), Slavoj Suk p.g. (MS Praha), RNDr. R. Večerková (MS Praha), Ing. Ladislav Pliska (MS Brno/Tuřany). 126 Meteorologické Zprávy, 64, 2011
a vylepšit angličtinu s rodilými mluvčími. Na přednesenou teoretickou část, vždy navazovala dobře připravená praktická cvičení, která většinou vycházela z reálných situací. Pro tento účel účastníci kurzu vytvořili týmy, které v angličtině prezentovaly výsledky zadaných úkolů a cvičení. Po úspěšném zvládnutí závěrečného testu, frekventanti kurzu obdrželi certifikát o absolvování celého kurzu. Mario Kiriakov INFORMACE Z MEZINÁRODNÍ KONFERENCE OZON, KLIMATICKÁ ZMĚNA A LESY V PRŮHONICÍCH Úvod Ve dnech 14. až 16. června 2011 se v příjemném prostředí vzdělávacího a konferenčního centra Akademie věd ČR Floret v Průhonicích u Prahy konala mezinárodní konference Ozon, klimatická změna a lesy. Účastnilo se jí celkem 90 lidí z 30 zemí třech kontinentů. Přítomni byli i nejpřednější světoví odborníci, kteří se problematice přízemního O 3 v ovzduší a sledováním jeho dopadů na vegetaci dlouhodobě věnují. Potěšitelná je relativně vysoká účast z ČR, kdy byly zastoupeny všechny hlavní instituce, které se u nás přízemním ozonem v ovzduší a jeho vlivy zabývají. Konference byla zaměřena na sumarizaci nejnovějších poznatků o přízemním ozonu a ochraně lesů před ozonem, na navržení nejlepších kritérií pro monitoring a modelování vlivu ozonu na lesní ekosystémy a vytvoření výhledu do budoucna pro výzkum a ochranu. Příspěvky byly prezentovány v rámci 5 odborných sekcí: 1. Monitorování a modelování toků ozonu a jeho vlivů 2. Standardy ozonu pro ochranu lesa 3. Interakce vlivů ozonu a klimatické změny 4. Vlivy ozonu na podzemní část lesních ekosystémů 5. Program ICP Vegetace: zemědělství Souhrn současných poznatků vztahujících se k tématu konference Ozon je významnou znečišťující látkou v ovzduší a současně důležitým skleníkovým plynem. Během posledních desetiletí byl potvrzen řadou autorů rostoucí trend koncentrací O 3 na pozaďových stanicích ve středních zeměpisných šířkách severní polokoule [5]. Klimatická změna podporuje vznik ozonu a vliv ozonu na vegetaci zvyšuje predispozici rostlin k vlivu klimatických stresorů. Studium vztahů mezi ozonem a klimatickou změnou je tedy zcela zásadní záležitostí. Regionální modely kvality ovzduší pro Evropu, které simulují podmínky budoucího klimatu, zpravidla indikují zvýšení koncentrací ozonu v budoucnosti, navzdory konstantním antropogenním emisím prekursorů [4]. Zvýšení O 3 se většinou vysvětluje zvýšenou teplotou, sníženou oblačností a sníženou suchou depozicí [1]. Klimatická změna tedy může působit proti trendu snižování emisí znečišťujících látek, cílenému ke snížení koncentrací přízemního O 3. Odhad rizika potenciálního ohrožení vegetace ozonem byl tradičně založen na hodnocení koncentrací O 3 v ovzduší a výpočtu expozičního indexu AOT40 [2]. Vzhledem k tomu, že jeho vlivy jsou však mnohem těsněji spjaty s vnitřní dávkou O 3 a s jeho příjmem do rostliny stomaty, existuje nyní odborný konsensus na tom, že je potřeba kvantifikovat stomatární tok O 3 do rostliny, což je však poměrně komplikovanou záležitostí. Výsledky právě publikované studie vědců z Univerzity ve švédském Göteborgu [3], kteří jako jedni z prvních použili metodu odhadu stomatárního toku na určení vlivu O 3 na poškození vegetace, naznačují, že nejvyšší riziko pro poškození vegetace představuje O 3 ve střední Evropě, kde jsou pozorovány vysoké koncentrace O 3 v ovzduší a klimatické podmínky podporují (na rozdíl od Evropy jižní) příjem O 3 stomaty do rostlin. Zajímavé ovšem je, že riziko poškození rostlin O 3 souvisí i s koncentracemi CO 2 v ovzduší. Zdá se, že stomata rostlin jsou méně otevřena při vyšších koncentracích CO 2. Modely naznačují, že vyšší koncentrace CO 2 v ovzduší by mohly vést k tomu, že riziko poškození rostlin ozonem se nezvýší. Nicméně velikost tohoto účinku je zatím nejistá, a to zejména u dřevin. Pokud se ukáže, že účinek CO 2 na otevírání stomat je malý, může budoucí klimatická změna vést k významnému zvýšení rizika poškození vegetace ozonem ve střední a severní Evropě [3]. Klíčové přednášky V prvním bloku konference bylo uvedeno pět následujících klíčových přednášek: S. Cieslik (ISPRA, Itálie): Ozon, zvláštní atmosférický plyn s dobrými i špatnými účinky F. Loreto (CNR-IPP, Itálie): Interakce mezi biosférou a atmosférou ve světě bohatém na ozon J. S. King (DFER, USA): Důsledky zvýšených koncentrací CO 2 a O 3 v ovzduší na cyklus uhlíku a vody v lese v projektu Aspen FACE: shrnutí desetiletého výzkumu R. Matyssek (TUM, SRN): Poučení z Kranzbergského lesa výzkum ozonu: Quo vadis? W. J. Manning (Univerzita v Massachussets, USA): Globální oteplování a zvýšené pozaďové koncentrace O 3 : problém nebo příležitost pro rostliny? Zajímavé informace, které na konferenci zazněly Negativní vlivy přízemního O 3 na vegetaci jsou určeny venkovní expozicí (závislou na koncentracích O 3 v ovzduší a na délce jejich trvání), výměnou O 3 mezi rostlinou a vnějším prostředím (stomatární tok) a antioxidačním obranným mechanismem rostlin. To vše je závislé na klimatu a koncentraci CO 2. Zřetelný je posun od vnější expozice O 3 ke snaze stanovit stomatární tok, což je koncept odborně rozhodně správnější, nicméně velmi komplikovaný jak z hlediska úskalí ve výpočtech, tak náročnosti na vstupní data. Novým konceptem, se kterým se začíná pracovat, je tzv. efektivní tok ozonu, který je dán rovnováhou mezi příjmem O 3 a detoxifikační kapacitou foliárních buněk. Koresponduje tedy s nedetoxikovanými molekulami O 3. Prvním krokem při jeho odhadu je určení množství O 3, které se dostane do listu. Ve druhé fázi je potřeba určit kapacitu buněk neutralizovat reaktivní kyslíkové radikály (Reactive Oxygen Species, ROS) nestabilní meziprodukty, které vznikají v rostlinách v důsledku oxidativního stresu. Schopnost neutralizace ROS lze odhadnout na základě množství antioxidačních molekul a aktivity enzymů produkujících NADPH, potřebného k regeneraci askorbátu a glutathionu. Biogenní emise těkavých organických látek (Volatile Organic Compounds, VOC). Těkavé organické látky jsou spolu s NOx významnými prekursory přízemního ozonu. Udává se, že optimální poměr VOC : NOx pro produkci přízemního O 3 je 8. VOC mohou být původu přirozeného nebo antropogenního. Poměr mezi biogenními a antropogenními VOC odpovídá v přírodních oblastech 10:1 a v městských oblastech 1:1. Je tedy zřejmé, že podíl Meteorologické Zprávy, 64, 2011 127
biogenních VOC je významný a rozhodně by neměl být podceňován. Biogenní VOC jsou emitovány vegetací v množství kolem 500 1 000 Tg C ročně, dominují v nich isoprenoidy a methanol. V rostlinách hrají patrně významnou roli, a to zejména jako antioxidanty. Současně zvyšují oxidační potenciál atmosféry a též se podílejí na vzniku sekundárního organického aerosolu (Secondary Organic Aerosol, SOA). Zvýšená teplota a O 3 různým způsobem mění složení emisí VOC, jak bylo zjištěno např. u smrku ztepilého. Emise jsou závislé na závažnosti stresu a jsou regulovány prostřednictvím specifických genů. Nestomatární depozice O 3 tvoří asi 2/3 celkové depozice O 3. Překvapivě obdobné informace a výsledky byly získány z nejrůznějších studií. Otázkou zůstává, co se s O 3 děje při nestomatární depozici, jaký je mechanismus, zda je O 3 na povrchu rostlin vázán nebo rozkládán. Je potřeba více se zaměřit na výzkum interakcí mezi O 3 a suchem, a to zejména v reálných podmínkách porostů. Byly prokázány druhově specifické reakce na O 3 a/nebo sucho a je tedy velmi obtížné zobecnit, jaká bude reakce lesů v budoucnu. Některé dřeviny si zachovávají biomasu listů na úkor biomasy kořenů či kmene. Ozon většinou vede k redukci biomasy kořenů při vlhku, v suchu se reakce u různých dřevin liší. Prezentace výsledků ÚOČO ČHMÚ Výsledky ÚOČO ČHMÚ byly prezentovány v jednom ústním a v jednom posterovém příspěvku a dále částečně i v příspěvcích V. Šrámka (VÚLHM) a M. Zapletala (Ekotoxa), které sumarizovaly výsledky dlouhodobějších projektů zaměřených na studium přízemního ozonu, na kterých se podíleli i pracovníci ČHMÚ. V ústním příspěvku autorek I. Hůnové a M. Coňkové: Fytotoxický potenciál přízemního O 3 pro české horské lesy byly uplatněny výsledky ÚOČO ČHMÚ z dlouhodobého sledování přízemního O 3 v horských lesích ČR. Byly prezentovány dlouhodobé trendy O 3 a expozičního indexu AOT40F za celé období měření 1993 2009, mapy prostorové variability expozičního indexu AOT40F pro roky 2003 a 2006, kdy v důsledku meteorologických podmínek příznivých pro tvorbu a kumulaci O 3 v atmosféře byly úrovně O 3 extrémně vysoké, a dále grafy křivek nárůstu AOT40 na venkovských stanicích během vegetačních sezon v různých letech. V posterovém příspěvku autorek L. Matouškové a I. Hůnové Viditelná poškození ozonem na listech a stomatární tok u mladých jedinců buku lesního Fagus sylvatica L.: terénní studie z Jizerských hor v ČR, byly prezentovány oblasti rizikové z hlediska vysokého fytotoxického potenciálu O 3 v Jizerských horách vymezené na základě měření O 3 difuzními dosimetry, analýza viditelných poškození citlivých druhů rostlin ozonem a výpočet stomatárního toku O 3. Vít Šrámek (VÚLHM) přednesl příspěvek autorského kolektivu V. Šrámek, R. Novotný, I. Hůnová, E. Bednářová, M. Vejpustková a V. Fadrhonsová: Monitoring vlivu ozonu na vitalitu a přírůstky smrku ztepilého a buku lesního v České republice. Byly prezentovány výsledky projektu NAZV 1G5745 Vliv zvýšených koncentrací ozonu a meteorologických faktorů na stabilitu smrkových a bukových porostů v České republice řešeného v letech 2005 2008, kterého se účastnil i ÚOČO ČHMÚ, a který se zabýval ovlivněním dvou v našich lesích nejvíce zastoupených dřevin - smrku ztepilého Picea abies a buku lesního Fagus sylvatica - zvýšenými koncentracemi přízemního O 3 v reálných podmínkách porostů. Ukázka publikace z konference Vzhledem k poměrně vysokým koncentracím přízemního O 3 se očekávalo ovlivnění porostů. To však nebylo prokázáno. V posterovém příspěvku autorského kolektivu M. Zapletal, J. Pretel, P. Chroust, I. Hůnová, P. Cudlín, O. Urban, R. Pokorný, R. Czerný a Z. Večeřa: Vliv klimatické změny na stomatární tok O 3 do lesních ekosystémů, prezentoval hlavní řešitel Miloš Zapletal (Ekotoxa Opava) výsledky projektu VaV MŽP SP/1b7/189/07 Snížení plnění celospolečenských funkcí lesy vlivem potenciálního působení přízemního ozonu v kontextu klimatické změny řešeného v období 2007 2010. Všechny ústní i posterové prezentace jsou pro zájemce volně k dispozici na webové stránce konference <http://costfp0903.ipp.cnr.it/events/conferenceprague/programme.html> Literatura: [1] ANDERSSON, C. ENGARDT, M., 2010. European ozone in a future climate: importance of changes in dry deposition and isoprene emissions. Journal of Geophysical Research Atmospheres 115, doi:10.1029/2008jd011690. [2] FUHRER, J. SKÄRBY, L. - ASHMORE, M. R., 1997. Critical Levels for Ozone Effects on Vegetation in Europe. Environmental Pollution 97, 91 106. [3] KLINBERG, J. ENGARDT, M. UDDLING, J. KARLSSON, P. E. PLEIJEL, H., 2011. Ozone risk for vegetation in the future climate of Europe based on stomatal ozone uptake calculations. Tellus 63A, 174 187. [4] LANGNER, J. BERGSTRÖM, R. FOLTESCU, V., 2005. Impact of climate change on surface ozone and deposition of sulphur and nitrogen in Europe. Atmospheric Environment 39, 1129 1141. [5] VINGARZAN, R. (2004): A review of surface ozone background levels and trends. Atmospheric Environment 38, 3431 3442. Iva Hůnová 128 Meteorologické Zprávy, 64, 2011