VĚTRNÉ POMĚRY BRNA A OKOLÍ

MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA GEOGRAFICKÝ ÚSTAV VĚTRNÉ POMĚRY BRNA A OKOLÍ Bakalářská práce Michaela FUKSOVÁ Vedoucí práce: doc. RNDr. Petr Dobrovolný, CSc. BRNO 2012

Bibliografický záznam Autor: Michaela FUKSOVÁ Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Geografický ústav Název práce: Větrné poměry Brna a okolí Studijní program: Geografie a kartografie Studijní obor: Geografie Vedoucí práce: doc. RNDr. Petr Dobrovolný, CSc. Akademický rok: 2011/2012 Počet stran: 54 + 5 Klíčová slova: pole větru, rychlost větru, směr větru, klima města, mezoklima

Bibliographic Entry Author: Michaela FUKSOVÁ Faculty of Science, Masaryk University Department of Geography Title of Thesis: Characteristics of wind field in Brno region Degree Programme: Geography and Cartography Field of Study: Geography Supervisor: doc. RNDr. Petr Dobrovolný, CSc. Academic Year: 2011/2012 Number of Pages: 54 + 5 Keywords: wind field, wind speed, wind direction, urban climate, mesoclimate

Abstrakt Cílem této práce je za pomoci standardních a účelových měření charakterizovat větrné poměry v Brně a okolí. K tomuto účelu budou použita data z meteorologické stanice Brno Tuřany za období 1961 2010. Dále budou za kratší období zpracována data ze tří meteorologických stanic ležících v městské zástavbě. Na základě porovnání výsledků ze všech stanic bude určena míra ovlivnění pole větru městskou zástavbou. Abstract The aim of this thesis is to present characteristics of wind in Brno region using standard and special measurement. Data from the meteorological station Brno Tuřany will be used for the period 1961-2010. Also, additional data from three other meteorological stations located in urban areas will be processed. Determination of an impact of built-up area on wind field will be based on comparasion of results from all stations.

Poděkování Na tomto místě bych ráda poděkovala doc. RNDr. Petru Dobrovolnému, CSc. za cenné rady, připomínky a metodické vedení práce. Zvláštní poděkování patří pracovníkům ČHMÚ za poskytnutá data a další důležité informace. Také bych ráda poděkovala všem, kteří se na této práci podíleli radou či jakoukoliv formou podpory. Prohlášení Prohlašuji tímto, že jsem zadanou bakalářskou práci vypracovala samostatně pod vedením doc. RNDr. Petra Dobrovolného, CSc. a uvedla v seznamu literatury veškerou použitou literaturu a další zdroje. V Brně dne 10. května 2012 Michaela FUKSOVÁ

OBSAH 1 ÚVOD... 9 2 DOSAVADNÍ POZNATKY... 10 2.1 Studované charakteristiky... 10 2.2 Metody měření charakteristik větru... 10 2.3 Větrné modely... 13 2.4 Větrné tunely... 15 3 KLIMA MĚSTA... 17 3.1 Vertikální složení atmosféry nad městem... 17 3.2 Vliv města na pole větru... 18 3.3 Vliv reliéfu na pole větru... 19 4 GEOGRAFICKÁ CHARAKTERISTIKA BRNA A OKOLÍ... 21 5 POUŽITÁ DATA... 25 6 REFERENČNÍ STANICE TUŘANY... 27 6.1 Směr větru... 27 6.2 Rychlost větru... 29 7 POROVNÁVANÉ STANICE... 37 7.1 Stanice Tuřany... 37 7.2 Stanice Hroznová... 39 7.3 Stanice Troubsko... 41 7.4 Stanice Žabovřesky... 43 8 POROVNÁNÍ STANIC... 45 9 ZÁVĚR... 50 ZDROJE... 52 PŘÍLOHY... 55

1 ÚVOD Větrné poměry jsou jednou z nejdůležitějších klimatických charakteristik. Hlavní význam větru je v ovlivňování dalších meteorologických veličin (např. teplota, srážky). Proudění v mezní vrstvě atmosféry má význam především pro životní prostředí. Zejména v průmyslových oblastech je potřeba mít přehled o tom, jakým směrem a jakou rychlostí se znečišťující látky šíří. Údaje o větru jsou důležité v dopravě (především v letectví), zemědělství a energetice. Metodami zpracování větrných nárazů se ve své práci věnovala Langová (1991). Jejich zaznamenávání má význam mimo jiné při odškodňování ztrát na majetku způsobených přírodními živly. V současnosti se mnoho prací věnuje studiu městského klimatu (Plate et al.; Hošek and Sládek, 2007). Větrné pole se v zastavěné oblasti chová jinak než na volném prostranství. Hlavní rozdíl je v tom, že v městské zástavbě se směr a rychlost větru nemění pozvolna, ale skokově. Místo orografických překážek tu hlavní roli hraje rozmístění budov a jejich vlastnosti. Čím vyšší a hustší je zástavba, tím uzavřenější systém vzniká. Vítr v městské zástavbě má omezené možnosti směru šíření a ulice zde fungují jako výrazné větrné koridory. Díky rozdílné zástavbě se tak ve městě mohou vytvořit oblasti se silným prouděním vzduchu, stejně jako oblasti, kde panuje bezvětří. V takových oblastech mohou vznikat problémy související se znečištěním ovzduší, inverzí. To výrazně ovlivňuje život obyvatelstva ve větších městech. Už při územním plánování je třeba vzít v úvahu, jak velké tlakové síly budou působit na jednotlivé budovy (Konček et al., 1979). V této práci budou charakterizovány větrné poměry Brna a okolí na základě údajů z referenční stanice Brno Tuřany (dále jen Tuřany). Bude zde analyzován vliv města na deformaci pole větru pomocí srovnání výsledků z referenční stanice s dalšími měřícími stanicemi. Tato práce bude probíhat na úrovni mezoklimatu, což je podle Meteorologického slovníku (Bednář, 1993) prostor, ve kterém se projevují vlivy tření o zemský povrch a v němž se uplatňuje vertikální promíchávání vzduchu turbulencí; horizontální rozměr mezoklimatu je obvykle v řádu jednotek až desítek km. Cílem práce je charakterizování větrných poměrů brněnské aglomerace na základě údajů ze standardních a účelových měření. Dále bude sestaven přehled dosavadních poznatků o ovlivnění větrného pole v oblasti městské zástavby. Hlavním bodem bude analýza rychlosti a směru větru s ohledem na přírodní rozdíly mezi městem a okolím. 9

2 DOSAVADNÍ POZNATKY 2.1 Studované charakteristiky Vítr je jeden ze základních meteorologických prvků. Podle Meteorologického slovníku (Bednář, 1993) je to vektor popisující pohyb zvolené částice vzduchu v určitém místě atmosféry v daném časovém okamžiku. Vznik větru je způsobený nerovnoměrným rozložením tlaku vzduchu na Zemi (rozložení tlaku ovlivňuje zemská rotace, sluneční záření a charakter zemského povrchu). Vítr vyrovnává tlakové rozdíly, proudí tedy z oblastí s vyšším tlakem vzduchu do oblastí s nižším tlakem vzduchu. Horizontální složka větru vzniká především působením horizontální složky síly tlakového gradientu a Coriolisovy síly. Důležitým faktorem při vytváření pole větru je orografie. Při proudění vzduchu se uplatňuje také odstředivá síla a síla tření. Vertikální složka vektoru vzniká jako důsledek pohybu vzduchu v cirkulačních a frontálních systémech, konvekce, obtékání překážek apod. Vítr je prostředkem přenosu vody v atmosféře, přenosu energie, hybnosti a dalších fyzikálních vlastností ve vzduchových hmotách. Zvyšuje intenzitu výparu z vodní hladiny a z povrchu vlhkých předmětů, odnímá teplo tělesům, působí na překážky dynamickým tlakem, ovlivňuje ukládání sněhových závějí, vytváření námrazků apod. V meteorologické praxi se sleduje odděleně směr větru a rychlost větru. 2.2 Metody měření charakteristik větru Český hydrometeorologický ústav (dále jen ČHMÚ) provádí měření směru větru ve výšce 10 m nad povrchem. Směr přízemního větru vyjadřuje světovou stranu, odkud vítr vane. Pro klimatologické účely se udává v desítkách stupňů azimutu a měří se větrnými směrovkami různých typů. Rychlost přízemního větru představuje dráhu vzduchové částice, kterou proběhne za jednotku času. Udává se v m/s, popřípadě v km/h. Síla, kterou vítr působí na překážky, tzv. síla větru, se vyjadřuje ve stupních Beaufortovy stupnice. Způsob měření větrných poměrů a použité přístroje nejlépe popisuje Návod pro pozorovatele meteorologických stanic (ČHMÚ, 2003). Nejčastěji používaným přístrojem pro klimatické stanice ČHMÚ je anemoindikátor nebo větrná směrovka, ale mohou být nainstalovány i jiné přístroje, např. anemometr, anemograf, anemorumbometr. Pokud není 10

stanice vybavena přístrojem pro měření rychlosti větru, používá se pro stanovení této hodnoty odhad dle Beaufortovy anemometrické stupnice. Anemoindikátor se skládá z hlavice a indikačního přístroje s osmipólovým přepínačem a tlačítkem. Hlavice se umisťuje na sklopný ocelový stožár opatřený bleskosvodem. Indikační přístroj, který je propojen s hlavicí kabelem, se umisťuje do místnosti nebo meteorologické budky do vzdálenosti až 50 m od stožáru. Přístroj slouží k určování směru i rychlosti větru. 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 poloha totožná se směrem větru. Pokud indikátor ukazuje rychlost větru ve dvou sousedních polohách (ať už současně nebo střídavě), leží hodnota směru mezi těmito polohami. Rychlost větru se odečte z indikátoru po přepnutí přepínače na směr, který právě ukazuje směrovka. Rychlost větru lze přečíst rovněž přímo po stisknutí tlačítka. Tlačítko se využívá také při malých rychlostech větru pro ověření, zda lze odečíst směr. Větrná směrovka se skládá ze dvou částí. Nepohyblivou spodní část tvoří větrná růžice se svislým ocelovým čepem, na kterém je nasazena dobře vyvážená otočná část směrovky. Přístroj slouží pouze k určování směru větru. Při určování směru větru musí pozorovatel stát přímo pod stožárem, aby vyloučil chybu vznikající při šikmém průmětu směrovky na větrnou růžici. Směr se odhaduje z polohy ukazovací tyče směrovky vzhledem k větrné růžici. Pozorovatel určuje převládající směr větru, který Meteorologický slovník (Bednář, 1993) definuje jako směr větru nejčastěji pozorovaný v daném místě za určité období. Při určování směru větru pozorovatel sleduje polohu směrovky nebo indikační část přístroje po dobu 2 minut před a 2 minuty po ostatním pozorování. Z obou pozorování se poté určí průměrný směr v desítkách stupňů azimutu. Při měření pomocí směrovky se údaj převede podle převodní tabulky. Pozorování probíhá v 7, 14 a 21 h SMČ. Pokud se během pozorování směr změní výrazně a trvale o 90 a více, uvádí se průměrný směr po této změně. V klimatologii se používají 8, 16 a zřídka i 32 dílné větrné růžice se zkratkami anglická zkratka N (úhlová míra - 36), NE (04), E (09), SE (13), S (18), SW (22), W (27), NW (31). Nulou (00) se označuje bezvětří. Nevypočítává se denní průměr směru větru, ale až měsíční. Pokud směr výchylky přesahuje 45, je vítr považován za proměnlivý. 11

Vítr téměř nikdy nevane rovnoměrně, nýbrž v různě silných nárazech a jeho rychlost kolísá. Stejně jako při určování směru větru pozorovatel sleduje vizuálně indikátor přístroje po dobu 2 minut před a 2 minut po ostatním pozorování. Z obou pozorování pak určí průměrnou rychlost v m/s s přesností na celé m/s. Měření se provádí ve stejných termínech jako měření směru větru. Odhad rychlosti větru se provádí vždy na stejném místě. Pokud během pozorování rychlost větru střídavě vzrůstá a klesá s amplitudou větší než 5 m/s a doba mezi výkyvy nepřesáhne 20 sekund, je tento vítr klasifikován jako nárazový. Nejčastějším zdrojem těchto změn je turbulence vyvolaná blízkými překážkami nebo přechod vírů v závětří větších překážek, popřípadě vírů vznikajících po uvolňování přehřátého stoupajícího vzduchu. V meteorologii se používá několik metod pro měření rychlosti větru. Patří mezi ně odhad, dynamické účinky tlaku větru, zchlazovací účinky větru a změna šíření zvuku (Láska, 2010). Metoda odhadu se používá pouze v případě výpadku nebo selhání ostatních systémů pro měření rychlostí větru. Odhaduje se pomocí Beaufortovy stupnice (příl. 1). Nejvyužívanější metodou jsou dynamické účinky větru. Do této metody spadá několik zařízení. Miskový anemometr využívá Robinsonův trojramenný kříž, na němž se měří počet otáček. Tato metoda má bohužel nízkou prahovou citlivost. Další zařízením je Prandtlova trubice, která určuje výslednou rychlost výpočtem rozdílu mezi vnitřním statickým a vnějším dynamickým tlakem. Vrtulový anemometr indukuje rychlost větru otáčením vrtule. Toto zařízení má větší prahovou citlivost, ale jeho pořizovací náklady značně převyšují ostatní přístroje. Metoda zchlazovacích účinků větru je založena na rychlosti ochlazování zahřívaného drátku, která závisí na rychlosti a hustotě vzduchu. V tomto případě se měří úbytek proudu. Tato metoda je však vhodná pouze pro laboratorní prostředí. Poslední metoda závisí na rychlosti větru a teplotě vzduchu. Využívá změnu šíření zvuku a měří dobu, za kterou urazí akustický signál vzdálenost mezi dvěma pevnými body. Do této kategorie se řadí ultrazvukové anemometry. Všechny meteorologické stanice měřící větrné charakteristiky se zabývají měřením horizontálního pole větru. Řada organizací se však v poslední době zaměřuje na víceúrovňové měření, ve kterém se mapuje vertikální pole větru. Příkladem může být měření probíhající v maďarském Hegyhátsálu, o němž se zmiňují Radics, Bartholy a Pongrácz (Radics et al., 2002) v článku Modelling studies of wind field on urban environment. O víceúrovňovém měření ve slovenských Jaslovských Bohuniciach se ve své 12

práci zmiňují i Polčák a Šťastný (2010). Nejvhodnějším místem pro víceúrovňové měření jsou televizní a rádiové vysílače, které jsou dostatečně vysoké. Jsou také ideálně široké, aby příliš neovlivňovaly měření. Přesto musí být i tato data později upravena. 2.3 Větrné modely Pro modelování pole větru se využívají větrné modely. Nejznámější je pravděpodobně model WAsP, který lze považovat za světový standard pro výpočet větrného potenciálu vybrané lokality. V současnosti je používán ve více než 70 zemích. Tento model se neustále vyvíjí. Je oblíbený zejména kvůli své nenáročnosti, naopak pro detailnější analýzy se v ČR využívá složitější model PIAPBLM. Problematice větrných modelů se podrobně věnují Hošek a Sládek v publikaci Modelling natural environment and society (Hošek and Sládek, 2007). Model PIAPBLM (the Prague Institute of the Atmospheric Physics Boundary Layer Model) byl vyvinut v Ústavu fyziky atmosféry Akademie Věd ČR. Jeho hlavním cílem je popsat proudění vzduchu nad reálným komplexním terénem. Jádro modelu tvoří Reynoldsovy rovnice společně s rovnicí pro odchylku potenciální teploty. Reynoldsova rovnice popisuje vztah mezi tlakem vzduchu v libovolném místě a rychlostí proudění. Všechny rovnice jsou poté transformovány do systému, který dobře simuluje vliv terénu. Významou roli zde hraje drsnost povrchu (roughness of the surface). Tu definuje Meteorologický slovník (Bednář, 1993) jako charakteristiku nerovností aktivního povrchu vystupujících jako činitel brzdící proudění vzduchu v přízemní vrstvě atmosféry. Drsnost povrchu zvětšuje vertikálně členitý terén, velké objekty, v malém měřítku pak nerovnost půdy a rostlinný porost. Vzhledem k počtu provedených měření vertikálního profilu rychlosti větru je v literatuře dostatek informací, které popisují typické hodnoty parametru pro různé typy povrchu. Hlavní nevýhodou tohoto modelu je velké množství času potřebné pro výpočty. Vzhledem k tomu, že model je schopen simulovat pouze jednu samostatnou synoptickou situaci pro jediný daný tlakový gradient a teplotní zvrstvení, je nezbytné počítat několik scénářů, které jsou pak interpolovány v souladu s měřením na referenční stanici. Rovnice nejsou nijak zjednodušené, nedochází tedy ke zkreslení. Tento model je vhodný pro členitý terén. 13

Model WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) byl vyvinut společností Wind Energy and Atmospheric Physics Department v Risø National Laboratory v Roskilde v Dánsku. V porovnání s předchozím je tento model značně zjednodušený. Skládá se z několika modulů, které popisují různé vlivy na proudění vzduchu v přízemní vrstvě atmosféry. Původním účelem tohoto modelu je zjišťování potenciálu větrných poměrů pro využití větrné energie, proto model lépe funguje při vyšších rychlostech větru. Principem modelu je vyloučení vlivu povrchu v místě měření, takže měřené charakteristiky mohou být upraveny tak, aby byly blízké podmínkám, ve kterých je terén rovný, homogenní a bez překážek. Model WAsP vyjadřuje vliv drsnosti terénu, orografie a překážek. Pro tento model se předpokládá neutrální zvrstvení atmosféry. Data z meteorologických měření jsou modelována Weibullovým pravděpodobnostním rozdělením. Pokud má krajina ve směru nárazu větru různou drsnost povrchu, modelovaný profil větru není odpovídající a musí být upraven. Model WAsP má největší přesnost v okolí hodnoceného bodu, s rostoucí vzdáleností se zvětšuje zkreslení. Výhodou je rychlost výpočtu, které je dosaženo zjednodušením základní rovnice. Nevýhodou je však právě toto zjednodušení, zejména předpoklad neutrálního zvrstvení, které většinou není reálné. Největší odchylky mezi modelem a realitou byly zjištěny v horských oblastech (chyba zmiňovaná autory je kolem 10% na svazích o sklonu pod 30, pro ty prudší může být mnohem vyšší). Důvodem je skutečnost, že model není schopen simulovat odděleně tok na návětrné straně hor. Proto je tento model vhodný pro rovinaté krajiny, kde mohou být očekávány změny drsnosti povrchu. Ačkoliv model WAsP přeceňuje vliv místní výškové členitosti, je schopen vzít v úvahu orografii ve velkém měřítku. Model WAsP pracuje dobře v plochých oblastech heterogenní krajiny, lze ho však aplikovat pouze na oblast s mírnými svahy. Modelu PAIPBLM se daří ve složitém terénu, ale simulace procesu je časově náročnější. Model WAsP (verze 7.3) od roku 2001 využívá i ČHMÚ. Výstupy z tohoto modelu jsou veřejnosti k dispozici na internetových stránkách ČHMÚ. Model byl zakoupen pro predikci větrných podmínek a modifikaci proudění vzduchu na libovolném místě terénu včetně technických výpočtů pro větrnou energetiku. Program provádí horizontální i vertikální extrapolaci rychlosti a směru větru z místa měření (např. meteorologická stanice) do jakéhokoliv místa v terénu. Limitní vzdálenost od měřícího bodu se udává 30-40 km podle tvárnosti reliéfu. Vstupními údaji mohou být 15 minutová, hodinová nebo termínová 14

(7, 14, 21 hod) naměřená data nebo již vypočtené statistické hodnoty ve formě četností směrů. ČHMÚ používá WAsP pro řešení následujících úloh: - zpracování případové studie (case study) pro účely větrné energetiky - výpočet standardních směrových větrných růžic pro projektovou dokumentaci větších staveb s ohledem na posouzení změny životního prostředí - modelování proudění v antropogenním terénu - např. při rekultivaci dolů, simulaci proudění na letištích nebo v okolí přehrad - stanovení proudění s výškou; výpočet trajektorií kouřových vleček a znečisťujících látek ve vyšších výškách nad terénem v mikro až mezoměřítku - modelování proudění před a za význačnými překážkami (modifikace proudění v městské zástavbě, potenciální vznik střihu větru atd.) 2.4 Větrné tunely Značný posun ve studiu pole větru v městském prostředí přineslo využívání větrných (aerodynamických) tunelů. Jedná se o zařízení, které je schopné simulovat reálné větrné síly a jejich působení na městskou zástavbu. Mimo stavebnictví je také využíván v leteckém a automobilovém průmyslu. Dříve se i pro stavebnictví používaly tunely primárně určené pro letectví. Teprve v 60. až 80. letech byl vyvinut tunel BLWT (boundary layer wind tunnel). Ten je pro studium městského klimatu mnohem vhodnější, neboť poskytuje úplný statistický popis zátěže zkoušených objektů ve větru s přírodní strukturou. Tento tunel vlastní mimo jiné i Výzkumný a zkušební letecký ústav v Praze. Základní problematiku větrných tunelů popsal M. Jirsák ve svém článku Větrné tunely pro dnešní stavebnictví (Jirsák, 2008). BLWT tunel poskytuje data o dynamických účincích vyvolaných jak náhodnou vírovou skladbou nabíhajícího větru, tak oscilacemi tlaku na závětrné straně objektů. U štíhlých rozměrných konstrukcí (mosty, vysoké budovy, stožáry, věže a komíny) experimenty odhalí kritické režimy jejich chování v silném větru (obr. 1). Způsob modelování přízemní struktury atmosferického větru byl vyvinut a optimalizován spojeným úsilím kanadského, 15

amerického, britského a francouzského výzkumu. Hlavní části větrného tunelu BLWT se více než 25 let nemění. Výsledky větrného tunelu však zlepšují nejnovější měřící techniky. Obytný prostor CCP Žižkov Hangár G letiště Ruzyně Obr. 1: Modely městské zástavby pro BLWT. (převzato z: http://www.casopisstavebnictvi.cz/clanek.php?detail=766) S novými možnostmi modelování pomocí větrných tunelů se začala řešit i otázka větrných podmínek pro chodce. Výskyt silných větrů doprovázejí nežádoucí jevy komplikující pohyb osob v jejich blízkosti. Problém nastává zejména u staveb výrazně převyšujících okolní zástavbu. Velké atmosférické víry se značnou kinetickou energií se o vrcholy těchto budov tříští. Jsou doprovázeny vznikem sestupných pohybů vzduchu na fasádách, které vyvolávají nečekaně silné údery u paty objektů. První prevencí jsou přístavby, které chrání těsné okolí hlavních vchodů. Je však třeba předvídat i nebezpečné interakce s obdobnými jevy na okolních budovách. Důsledné posouzení situace, kterou může vyvolat umístění nových budov, vyžaduje proto přímé modelování se zahrnutím širšího okolí, jaké je dnes běžnou součástí studií k projektům větších stavebních objektů, skupin budov či celých městských celků. Správa měst Boston, Toronto, New York a San Francisco vyžadovala například modelování větrné zátěže chodců v BLWT k projektům již na počátku 90. let. Únosnost přízemní větrné expozice je hodnocena s ohledem na druhy lidské aktivity, ale i na biologické a další faktory pobytu osob, nacházejících se v prostoru. 16

3 KLIMA MĚSTA 3.1 Vertikální složení atmosféry nad městem Studium klimatu ve městě je mnohem komplikovanější než ve volné krajině. Vertikální profil pole větru je ve městě rozčleněn do několika vrstev a jednotlivé vrstvy se liší nejen rychlostí proudění, ale i stupněm ovlivnění městskou zástavbou. Když se proud vzduchu dostane do města, větrný profil se přizpůsobí jeho drsnosti. V prostředí městské zástavby dosahuje nejvyšší mocnosti mezní vrstva atmosféry (angl. boundary layer). V této vrstvě se bezprostředně projevuje vliv zemského povrchu na pole meteorologických prvků. Dosahuje od zemského povrchu do výšky od několika stovek metrů do 2 km a její mocnost ovlivňuje drsnost povrchu a zvýšená instabilita tepelného zvrstvení podporovaná tepelným ostrovem města. Podle Meteorologického slovníku (Bednář, 1993) je to oblast zvýšené teploty vzduchu v mezní a přízemní vrstvě atmosféry nad městem nebo průmyslovou aglomerací ve srovnání s venkovským okolím. Ostrov tepelný vzniká především v důsledku: a) umělého aktivního povrchu (asfalt, beton apod.), který podmiňuje větší akumulaci tepla a menší albedo ve městě; b) charakteristické vodní a vláhové bilance (např. rychlý odtok, nízká vlhkost vzduchu, malá spotřeba tepla na výpar); c) tepelného znečištění ovzduší z antropogenních zdrojů (zvláště výrazné v topném období). Podle Platea (Plate et al.) se nad městem tvoří vnitřní mezní vrstva atmosféry (internal boundary layer), která vytlačuje vnější mezní vrstvu (outer boundary layer) okolního větrného profilu (obr. 2). Mezi vnitřní a vnější mezní vrstvou je vytvořená přechodná oblast. Když vliv drsnosti městského povrchu dosahuje dostatečně vysoko (100 m mocnosti mezní vrstvy dosáhne zhruba 1000 m), vnější a vnitřní vrstva se sloučí do nové vrstvy. Tato lokálně upravená rovnovážná mezní vrstva odpovídá aerodynamickým vlastnostem města. Plně vyvinutá rovnovážná mezní vrstva nad městem se skládá ze 4 vrstev. Nejnižší je přízemní vrstva atmosféry (canopy layer), která zahrnuje domy, ulice a další městské prvky. Proudění vzduchu v této oblasti je ovlivněno především tlakem na jednotlivé budovy, tj. tlakovými rozdíly mezi přední a zadní stranou objektů. Výška této vrstvy se přibližně rovná průměru výšky zástavby. Pro tuto vrstvu nelze použít žádné modely rychlosti větrného pole. Důvodem je místní vliv ulic a stromů, topografické rysy, silnice a řeky, které vytváří složité trojrozměrné proudění vzdušného pole. Mezi přízemní a logaritmickou vrstvou (logarithmic layer) existuje směšovací vrstva (blending region). Ta 17

odděluje trojrozměrné pole proudění vzduchu v přízemní vrstvě od dvourozměrného pole proudění v logaritmické vrstvě. Členitost povrchu má vliv i na směšovací vrstvu. Obr. 2: Vícevrstevnaté proudění ve městě. (zdroj: Plate et al.; upraveno) 3.2 Vliv města na pole větru Proudění vzduchu v zástavbě výrazně ovlivňuje tepelný ostrov města (Urban Heat Island - UHI). Ve městě může být vyšší teplota vzduchu než v okolní krajině, což má pozitivní vliv na konvekci (obr. 3). Za slabého všeobecného proudění vzduchu vzniká v důsledku ostrova tepelného vlastní cirkulační buňka mezi městem a okolím s vertikální cirkulací podobnou přirozené termice a připomínající brízovou cirkulaci. Má sekundární účinky, jako vyklenutí směšovací vrstvy se zákalem nad tepelným ostrovem, zvýšené množství konvekční oblačnosti, popř. atmosférických srážek v závětří aj. (Bednář, 1993). Konvekce mění směry proudění a vítr ve spodních vrstvách profilu vane zpět do města, což je způsobeno právě konvekcí. Například v Brně vstupní profil větru ze směru NW projde městem, za městem směr větru změní proudy ovlivněné konvekcí a vítr se vrací ve směru SE. Podle práce Kuchaříkové (1985) je rychlost tohoto proudění 2 3 m/s, což zhruba odpovídá rychlostem horských údolních větrů a brízy, není pro ni však charakteristická změna směru během dne. Jak se rychlost větru zvětšuje, rozsah tepelného ostrova se zmenšuje. 18

Obecně, při slabém proudění má vítr tendenci ve městě zrychlovat ve srovnání s venkovní krajinou. Důvodem je zvýšená turbulence nad teplejším, drsnějším povrchem města a velká stabilita teplotního zvrstvení ve venkovské krajině. Tento jev podporuje také rozložení zástavby (vytvářejí se zde větrné koridory a vítr akceleruje). Při silném proudění vítr ve městě zpravidla zpomaluje v důsledku větších třecích účinků města na proudění vzduchu. Rozmezí rychlosti větru, při které proudění vzduchu ve městě zrychluje nebo zpomaluje, je značně proměnlivé a pohybuje se v intervalu 0,8 5,6 m/s. Podle Landsberga (1981) je v urbanizované oblasti průměrná roční rychlost větru o 20 30 % nižší, maximální rychlost větru o 10 20 % nižší a četnost bezvětří je o 5 20 % vyšší než v neurbanizovaném okolí. Obr. 3: Ovlivnění proudění vzduchu konvekcí nad tepelným ostrovem města. (zdroj: Shepherd et al., 2002; upraveno) 3.3 Vliv reliéfu na pole větru Výrazný jihovýchodní směr větru v Brně nemusí být podmíněn pouze tepelným ostrovem města. Značný vliv zde může mít i reliéf, zejména pak kopce. Během dne při ohřívání svahů vzniká výstupné proudění na svazích zvané anabatické proudění. Opakem je katabatické proudění, které lze pozorovat v noci a během kterého vzduch stéká po svahu dolu. Dalším tvarem reliéfu ovlivňujícím proudění vzuchu jsou horská sedla nebo brány. V jejich okolí vzniká tzv. dýzové proudění (Polčák, Šťastný, 2010). O tomto jevu už v roce 19

1957 psal Gregor. Podle něj jihovýchodní proudění ve střední Evropě ovlivňují největší horská pásma této oblasti, Alpy a Karpaty. Tato pohoří se k sobě u Vídně značně přibližují a tvoří od jihu nálevkovitý tvar. Z toho důvodu je efekt zesílení větru z jihovýchodního větru mnohem účinnější než ze směru severozápadu. Jihovýchodní směr proudění zde oproti severozápadnímu zvýhodňuje také Panonská nížina na jihu. Ta umožňuje proudění většího množství vzduchu. Deformaci přízemního větru vlivem reliéfu se ve své diplomové práci věnoval například Sochor (1983). Uvádí, že před překážkou se vzduch nashromáždí, stlačuje se a jeho rychlost klesá. Takto nashromážděný vzduch vytváří polštář, po kterém se další vzduch přelévá přes překážku. Nad překážkou se proudnice vzájemně přibližují, takže svisle nad překážkou i v nejbližším okolí se budou vyskytovat větší rychlosti proudění. Na návětrném svahu se vzduch postupně zvedá, proudnice se tedy přibližují a rychlost proudění se zvětšuje. Na závětrné straně rychlost větru opět postupně klesá. To však platí pouze za stabilního zvrstvení. Při labilním zvrstvení se vzduch zpět k povrchu nedostává a na závětrném svahu často vzniká vítr, který vane proti celkovému proudění. Městská zástavba ovlivňuje rychlost a směr větru v mikro i mezoměřítku. Drsnost městské zástavby je o cca 0,5 až 4,0 m větší než ve venkovské krajině (Brazel, 1987). Směr a rychlost větru také závisí na celkovém gradientu síly větru v celé městské oblasti. Když je proudění vzduchu silné, drsnost města je dominantní a způsobuje zvýšení mechanické turbulence o řádově 30 50 %. Při slabším větru jsou kromě drsnosti rozhodující rozdíly v tlaku vzduchu a účinky atmosférické stability. Rozdíly ve směru větru v městské a venkovské krajině se týkají tření. Zpomalující větry s nižším tlakem se stáčejí podle cyklonálního proudění; zrychlující větry se stáčejí anticyklonálně. Během dne se účinky otáčení zmenší, zatímco v noci dosahují maxima. Větrné podmínky na úrovni ulic a městské přízemní vrstvy (urban canopy layer) jsou velmi komplexní a souvisejí s bariérami, velikostí a orientací budov, hustotou zástavby a s využitím půdy. Obecně platí, že větry jsou v městské přízemní vrstvě pomalejší. 20

4 GEOGRAFICKÁ CHARAKTERISTIKA BRNA A OKOLÍ V České republice převažuje západní proudění, které k nám přináší vliv vlhkého oceánického počasí (Macek, 1968). Proudění od východu přináší kontinetální suché počasí s malou oblačností. Poměr oceánických a kontinentálních vzduchových hmot způsobuje tzv. dynamickou oceanitu podnebí. Západních větrů k nám přichází víc než polovina, východních asi čtvrtina. V západní části republiky převažují západní větry, na Moravě se výrazně uplatňuje složka severozápadní a jihovýchodní. Rychlost větru je zpravidla větší v zimě, popřípadě na počátku jara, nejnižší pak v létě. S nadmořskou výškou rychlost proudění roste. Na směr proudění větru má značný vliv ročního období. Podle publikace Vymezení oblastí s převládajícími směry větru a rychlostí větru v západní polovině ČSSR (Stuchlík, Křivánková, 1966) v zimním období převažuje tzv. zonální složka, na jaře pak získává na významu meridionální složka. Podle Quittovy klimatické klasifikace (1971) spadá Brno do teplé oblasti T2 a mírně teplé oblasti MT11. Všechny studované stanice leží v teplejší oblasti T2. Tuto klimatickou oblast charakterizuje dlouhé léto, které je teplé a suché. Je zde velmi krátké přechodné období s teplým až mírně teplým jarem i podzimem a krátkou, mírně teplou, suchou až velmi suchou zimou, s velmi krátkým trváním sněhové pokrývky. Klimatické podmínky a jejich časovou variabilitu lze porovnat pro období 1901 1950 (Podnebí ČSSR Tabulky, 1961) a pro současné období 1961 2000 zpracované v Atlase podnebí Česka (Tolasz et al., 2007). Publikace Mikroklima a mezoklima měst, mikroklima porostů (Středová a kol., 2011) pracuje s údaji za období 1961 2010. Průměrná roční teplota vzduchu za starší období byla v Brně 8,4 C, průměrný roční úhrn srážek byl za stejné období 547 mm. Naproti tomu v novějším období (1961 2010) dosahovaly tyto charakteristiky 9,0 C a 500 mm. Pro zpracovávanou oblast je tedy charakteristický nárůst průměrné teploty vzduchu a pokles srážkových úhrnů. Co se týče teploty vzduchu, Brno patří stejně jako celá jižní Morava k nejteplejším místům v republice, srážkový úhrn je zde naopak velmi nízký. V České republice patří oblast Brna k těm středně větrným, průměrná roční rychlost větru se zde pohybuje v intervalu 3 4 m/s (obr. 4). Důležitou charakteristikou ovlivňující proudění větru je tlak vzduchu. Jeho průměrné hodnoty v Brně jsou 1017,0 1017,5 hpa. V ČR převažuje západní proudění a vítr všeobecně proudí z oblastí vyššího tlaku vzduchu do oblastí s nižím tlakem. To však v této oblasti neodpovídá a proudění větru je zde ovlivněno jinými faktory. Směr a rychlost proudění 21

ovlivňují také synoptické situace. Z hlediska doby trvání slunečního svitu je brněnská oblast nadprůměrná. Obr. 4: Průměrná rychlost větru a průměrný roční tlak vzduchu v ČR v období 1961 2000. (zdroj: Tolasz et al., 2007; upraveno) Jedním z hlavních faktorů ovlivňujících klima je reliéf a orografie. Ze všech světových stran kolem Brna se rozkládají vrchoviny, výjimkou je pouze jihovýchod, kde lež Vněkarpatské sníženiny (obr. 5). Právě v těchto rovinách je dosaženo maximálních teplot. Krajina se zde otvírá a ve směru proudění pole větru zde nejsou žádné orografické překážky. Na hranici Tuřanské plošiny a Šlapanické pahorkatiny leží stanice Tuřany. V této oblasti převažují pole a venkovská krajina, která má mnohem menší třecí účinky než městská zástavba a les (viz kapitola Mezoklima města). Lesní porost převažuje na severu, severozápadě a západě od města, kde jsou četné vrchoviny ohraničující město. Na sever od města se rozkládá Drahanská vrchovina. Ta je od Bobravské vrchoviny ležící na severozápadě oddělena Řečkovicko-kuřimským prolomem. V Bobravské vrchovině se střídají vrchoviny a kotliny. Ve vrchovinách obecně panují nižší teploty vzduchu než v oblastech s nižší nadmořskou výškou. Kotliny zde často fungují jako větrné koridory a vítr v nich akceleruje. Stanice Hroznová leží v Pisárecké kotlině v blízkosti řeky Svratky, v oblasti s převažující zástavbou. Stanice Troubsko se nachází ve Střelické 22

kotlině, což je prolom s plochým dnem, kde převládají pole a zástavba. Stanice Žabovřesky je umístěna v Žabovřeské kotlině. Tato stanice je umístěna přímo ve městě, převažuje zde tedy zástavba a zahrady. Obr. 5: Geomorfologické celky v okolí Brna. (zdroj: Demek et al., 2006; www.geoportal.gov.cz; upraveno) Klima ovlivňují i vodní toky a plochy, význam má především výpar a latentní teplo. Brnem protékají řeky Svratka a Svitava, jejichž soutok je na jihu od města. Významná je Brněnská přehrada ležící na severozápadě od města. Menší vodní toky jsou převážně zatrubněné a protékají pod městem, příkladem může být potok Ponávka. Procentuální zastoupení jednotlivých kategorií druhů povrchu je na území Brna podle Českého statistického úřadu následující: zemědělská půda 34%, lesy 28%, vodní plochy 2%, zastavěné plochy 9%, ostatní plochy 27%. Významný vliv na klima má právě městská zástavba. Mezi její nejdůležitější efekty patří tepelný ostrov města. Vlivu tepelného ostrova města na klima v Brně už se věnoval Šitka (2008). Právě díky zvýšené teplotě vzduchu se nad městem vytváří výrazná konvekce a cirkulace, která ovlivňuje rychlost a směr proudění vzduchu (obr. 3). Intenzitu tepelného ostrova města snižuje vegetační kryt a vodní plochy, zmenšuje ho také silnější proudění větru. Se stoupající hustotou zástavby 23

obvykle roste i efekt UHI. Hustota zástavby v Brně je znázorněna na mapě využití půdy (obr. 6). Obr. 6: Základní kategorie druhů povrchů a výškové poměry v Brně a okolí. Zástavba je nejhustší v centru Brna a směrem k periférii řídne, taktéž výška zástavby se směrem k okrajovým částem snižuje. V centru města převažují starší vysoké domy. Dále od centra města a na periferii jsou nejčastější nižší rodinné domy. Ty převažují i ve venkovské zástavbě. U rodiných domů a celkově na okraji města jsou časté zahrady, které narušují kompaktní zástavbu. V okrajových částech města jsou časté vysoké panelové domy. Na jih od města leží nákupní centra s převážně nízkou zástavbou. V jihovýchodní části města je průmyslová oblast. Ta je zdrojem množství odpadních a znečišťujících látek, které mohou podporovat růst tepelného ostrova města. 24

5 POUŽITÁ DATA Analýza větrného pole v Brně je založena na údajích o směru a rychlosti větru ze čtyř meteorologických stanic rozmístěných na území Brna (obr. 7). Jako reprezentativní byla zvolena stanice Tuřany, která je ze všech nejméně ovlivněna zástavbou. Data pro tuto stanici jsou k dispozici za období od roku 1961 do současnosti a jsou využita k sestavení průměrných ročních a mesíčních chodů vybraných charakteristik. Měření probíhala v klimatologických termínech 7, 14 a 21 h SMČ. Pro podrobnější analýzu byla použita krátkodobá účelová měření stanic umístěných v městské zástavbě: stanice Hroznová, Troubsko a Žabovřesky (tab. 1). Tato měření byla porovnána s měřeními ze stanice Tuřany za kratší období. Na těchto stanicích probíhá měření s frekvencí každých 15 minut a od roku 2010 s frekvencí 10 minut. Obr. 7: Poloha meteorologických stanic v Brně a okolí. (zdroj: http://www.mapy.cz; upraveno) 25

Na stanici Tuřany jsou od počátku měření do 2. 3. 1998 k dispozici data samozápisného přístroje anemografu. Po tomto datu přešly stanice na digitální čidlo Vaisala, od 11. 11. 2011 na čidlo ultrasonické (obr. 8). Podle sdělení pracovníků ČHMÚ (Hradil osobní sdělení) byly v letech 1970 1972 a kolem roku 1993 byly zaznamenány poruchy anemografu. V období 1970 1972 jsou uváděné údaje podstatně nižší než skutečné (získané např. z jiných zdrojů v prostoru letiště). V roce 1993 je naopak evidován nepřiměřeně velký počet vysokých nárazů větru nad 20 m/s. Data z těchto období nemusí být věrohodná. Větrná směrovka - digitální Anemometr - digitální Ultrasonické čidlo Obr. 8. Digitální a ultrasonická čidla Vaisala používaná ČHMÚ. (zdroj: ČHMÚ) Tab. 1. Základní údaje o použitých meteorologických stanicích a o období měření. Název stanice Nadm. výška [m] Zeměpisná šířka [ ' ''] Zeměpisná délka [ ' ''] Začátek měření Konec měření Tuřany 241 49 09 11,2 16 41 20,0 leden 1961 leden 2008 prosinec 2010 srpen 2011 Hroznová 218 49 11 36,7 16 34 20,1 červenec 2009 listopad 2011 Troubsko 277 49 10 27,8 16 30 25,9 srpen 2010 srpen 2011 Žabovřesky 236 49 12 59,0 16 34 04,1 leden 2008 srpen 2011 26

6 REFERENČNÍ STANICE TUŘANY Stanice Tuřany neleží v městské zástavbě, ale v areálu letiště (obr. 7). Díky minimálnímu vlivu města a rovinatému terénu byla zvolena jako referenční stanice. Stanici Tuřany mimo jiné zpracovával i Šimek v roce 2000. Ten se zabýval zejména vlivem větrných poměrů na provoz letiště. 6.1 Směr větru V následující kapitole bude zanalyzován směr větru na stanici Tuřany. Všechny tabulky a grafy byly sestaveny z dat za období 1961 2010. Největší četnost na stanici Tuřany mají větry o rychlosti 3 5 m/s (tab. 2). Nejčastější směr větru je NW (obr. 9). Tento směr větru je dominantní pro všechny rychlosti větru, s výjimkou proudění o rychlosti 16 a více m/s. Pro rychlost větru 16 20 m/s převládá proudění ze směru S a SE. Pro všechny rychlosti proudění jsou velmi časté směry proudění z východu a přilehlé směry NE a SE. Pro proudění o nižších rychlostech platí, že směry jejich proudění jsou přibližně vyrovnané. S rostoucí rychlostí proudění převládají určité směry (S, SE, W a NW), zatímco jiné směry se vyskytují velmi zřídka (N, NE, E a SW). Rychlosti větru o velikosti větší než 21 m/s se vyskytují na stanici Tuřany jen ojediněle, a proto nejsou zaneseny v grafu ani tabulce. V těchto několika málo případech mělo proudění směr W a SW. Tab. 2: Relativní četnosti (%) a absolutní četnost (n) směrů větru na stanici Tuřany v období 1961 2010. Rychlost Směr větru větru (m/s) N NE E SE S SW W NW n 1 2 10,7 15,1 14,7 9,5 12,8 10,2 11,3 15,6 16 865 3 5 11,5 14,0 15,6 12,0 9,8 9,7 9,8 17,7 20 718 6 10 10,7 14,9 9,7 16,5 8,7 4,9 12,9 21,7 10 855 11 15 5,0 9,2 2,6 17,9 14,5 2,6 20,0 28,2 548 16 20 3,8 7,7 0,0 23,1 23,1 7,7 17,3 17,3 26 27

30,0 N NW 25,0 20,0 NE 15,0 10,0 1-2 m/s 5,0 3-5 m/s W 0,0 E 6-10 m/s 11-15 m/s 16-20 m/s SW SE S Obr 9: Větrné růžice různých rychlostí větru na stanici Tuřany v období 1961 2010. Během období 1961 2000 byl směr proudění NW oproti ostatním směrům výrazně dominantní. V letech 2001 2010 byly dominantní směry proudění NW, NE a E, četnosti těchto směrů byly v daném období téměř vyrovnané. Roční rozdělení relativní četnosti bezvětří v tab. 3 ukazuje, že v průběhu celého zpracovávaného období se četnost bezvětří postupně snižovala. Maximální četnost bezvětří 18,7 % z období 1961 1965 klesla až k minimu 3 % v letech 1996 2000. Od té doby měla četnost bezvětří stoupající tendenci, v období 2006 2010 se jeho četnost zvýšila na hodnotu 5,4 %. Průměrná četnost bezvětří na této stanici má hodnotu 10,5 %. Četnost bezvětří během let je znázorněna v obr. 10. Četnost bezvětří během let má do roku 1993 klesající tendenci. Je zde vidět zhruba 11 ti letá perioda, kdy bezvětří dosahuje vysokých hodnot (1961, 1970, 1982, 1993, 2006). Mezi roky 1993 a 1994 je velký skok, což může být ovlivněno změnou v pořizování dat (viz kapitola Použitá data). Od roku 1994 má četnost bezvětří stoupající tendenci. 28

Bezvětří (%) Tab. 3: Relativní četnosti (%) výskytů směrů větru a bezvětří (B) na stanici Tuřany ve vybraných obdobích. Období Směr větru N NE E SE S SW W NW B 1961-1965 11,2 9,8 11,2 10,7 8,9 6,8 6,5 16,3 18,7 1966-1970 8,0 14,1 10,0 11,3 7,7 7,4 8,4 18,3 14,7 1971-1975 10,4 11,7 12,5 11,0 8,1 6,5 8,6 16,0 15,1 1976-1980 9,9 10,8 15,2 11,0 9,8 8,7 7,7 16,5 10,3 1981-1985 8,8 11,1 12,1 10,3 9,5 7,9 9,6 15,4 15,3 1986-1990 8,1 13,3 10,6 10,6 12,7 7,2 12,6 14,8 10,2 1991-1995 9,4 14,4 10,6 11,1 11,4 7,4 11,1 16,2 8,3 1996-2000 10,6 14,2 12,9 11,2 10,9 8,8 11,1 17,4 3,0 2001-2005 11,4 14,7 14,7 10,9 7,4 8,5 13,6 14,6 4,3 2006-2010 10,6 15,7 14,2 10,7 8,7 8,7 10,3 15,5 5,4 25 20 15 10 5 0 1961 1971 1981 1991 2001 Obr 10: Chod relativních četností výskytu bezvětří (%) na stanici Tuřany v období 1961 2010. Rychlost proudění 1 2 m/s je nejčastější v termínu 7 h, rychlost 3 5 m/s převažuje ve 21 h (tab. 4). Naopak rychlost větru nad 6 m/s se vyskytuje převážně v termínu 14h. Povrch města je v tu dobu nejteplejší. Pro rychlost proudění 1 2 m/s je dominantním směrem větru NW, pro rychlost větru 3 5 m/s je to NE. Pro intervaly rychlosti proudění 6 10 a 11 15 m/s je nejčastější směr větru NW. Četnosti větrů o rychlosti větší než 16 m/s jsou tak malé, že v tabulce mají hodnotu 0,0. Situace, kdy se daná rychlost větru pro určitý 29

směr větru vůbec nevyskytla, nemají v tabulce číselnou hodnotu. Dominantní směr proudění pro tuto rychlost větru je W. Tab. 4: Relativní četnosti (%) a absolutní četnost (n) směrů větru pro různé intervaly rychlosti větru v klimatologických termínech na stanici Tuřany v období 1961 2010. Rychlost Směr větru větru (m/s) N NE E SE S SW W NW n 7 h 1 2 4,4 6,4 6,4 3,4 4,1 4,1 5,2 9,5 6 627 3 5 4,3 4,5 8,0 4,6 2,3 3,8 3,7 8,9 6 110 6 10 1,8 3,0 2,1 2,6 0,5 0,6 1,8 3,5 2 421 11 15 0,0 0,1 0,0 0,1 0,0 0,0 0,1 0,2 83 16 a více - - - 0,0 - - 0,0 0,0 3 14 h 1 2 1,2 1,4 2,7 2,8 5,6 3,3 2,5 1,7 3 683 3 5 4,0 3,4 4,7 5,9 7,5 5,0 4,6 6,6 7 282 6 10 3,6 3,7 2,7 5,8 4,4 2,1 5,1 7,6 6 077 11 15 0,1 0,1 0,0 0,4 0,4 0,1 0,4 0,6 365 16 a více 0,0 0,0-0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 22 21 h 1 2 5,7 8,1 6,4 3,6 3,5 3,2 4,2 5,5 6 555 3 5 6,2 9,9 7,3 4,7 2,2 3,3 4,1 7,1 7 326 6 10 1,6 3,2 1,6 2,3 0,6 0,5 1,5 3,0 2 357 11 15 0,0 0,1 0,0 0,1 0,1 0,0 0,1 0,2 100 16 a více - - - 0,0 0,0 0,0 - - 3 Pro termíny 7 a 14 h převažuje proudění ve směru NW, pro 21 h pak směr NE. Bezvětří je nejčastěji v 7 h, nejméně časté je pak ve 14 h (tab. 5). Je patrné, že v termínu 14 h, kdy má povrch ve městě podstatně vyšší teplotu než ve zbylých termínech, získává na významu směr větru SE. To může být způsobeno výraznou konvekcí nad městem, která ovlivňuje směr větru (viz kapitola Klima města). Přestože se stanice Tuřany nachází mimo hlavní oblast tepelného ostrova Brno, může sem UHI dosahovat a ovlivňovat tak směr a rychlost proudění. 30

Tab. 5: Denní chod relativních četností (%) směru větru a bězvětří (B) na stanici Tuřany v období 1961 2010. Termín [h] N NE E SE S SW W NW B 7 8,8 11,7 13,8 8,9 5,7 7,1 9,0 18,4 16,5 14 8,5 8,2 9,7 14,2 17,1 10,0 12,0 15,8 4,6 21 12,1 19,1 13,7 9,6 5,8 6,2 8,8 14,1 10,5 průměr 9,8 13,0 12,4 10,9 9,5 7,8 9,9 16,1 10,5 Od února do září je převládajícím směrem větru NW (tab. 6). Pro zbylé měsíce je převládající směr proudění SE. Výjimkou je říjen, kde převažuje směr větru E, který je přibližně stejně četný jako směr proudění SE. Nejnižší četnost má bezvětří v jarních měsících, nejvyšší pak v lednu. Tab. 6: Měsíční a roční relativní četnosti (%) směrů větru a bezvětří (B) určené z hodinových průměrů na stanici Tuřany v období 1961 2010. Směr větru N NE E SE S SW W NW B I 7,0 10,3 11,9 15,2 10,5 9,5 9,7 11,6 14,2 II 9,1 11,4 13,4 13,2 10,0 7,9 8,8 15,2 10,9 III 9,1 15,1 12,7 10,4 9,0 7,9 10,7 15,7 9,5 IV 13,0 15,5 12,5 10,0 8,3 6,4 8,8 18,6 7,0 V 12,6 15,9 14,3 9,9 8,6 6,5 7,9 16,9 7,5 VI 13,7 13,8 11,3 6,3 8,2 6,7 10,9 20,2 8,9 VII 12,5 13,3 9,8 5,6 7,3 7,4 12,1 21,6 10,4 VIII 10,4 14,7 11,4 7,4 8,4 6,9 10,5 18,9 11,4 IX 9,3 13,5 11,8 9,4 8,4 7,3 10,2 17,8 12,3 X 7,9 13,6 14,6 13,9 10,1 7,4 9,0 11,9 11,5 XI 6,2 9,1 13,7 15,3 11,7 10,3 10,4 12,7 10,6 XII 7,2 9,5 11,6 14,2 13,5 9,5 10,2 12,2 12,1 I-XII 9,8 13,0 12,4 10,9 9,5 7,8 9,9 16,1 10,5 Jak bylo uvedeno výše, pro měsíce únor září převládá směr proudění NW. Pro měsíce listopad leden je dominantní směr proudění SE, v říjnu je to E (příl. 2). Pro všechny měsíce platí, že největší četnost bezvětří je v 7 h a nejnižší 14 h. To může být zapříčiněno konvekcí nad tepelným ostrovem města, která způsobuje turbulenci a zvyšování rychlosti proudění (obr. 4). V lednu převládá pro všechny tři denní termíny stejný směr větru, a to 31

SE. Pro měsíce únor září platí jednotný model pro převažující směr proudění. Pro termín 7 h je dominantní směr větru NW, v termínu 14 h se četnost rovnoměrně dělí mezi směry NW a S. Ve 21 h vítr vane nejčastěji ve směru NE. Pro měsíce říjen prosinec je patrný podobný chod. V termínu 7 h proudí vítr shodně pro všechny měsíce ve směru E. Ve 14 h vítr vane ve směru S a SE. Pro termín 21 h se směry pohybují NE SE. 6.2 Rychlost větru Pro většinu tabulek a grafů charakterizujících rychlost větru byla použita časová řada 1961 2010. Ta však nemohla být použita pro analýzu denního chodu rychlosti větru. V období 1961 2010 nejsou k dispozici data za všech 24 hodin, ale pouze pro klimatologické termíny 7, 14 a 21 h. Proto byla pro denní chod rychlosti větru zvolena časová řada leden 2008 srpen 2011. Tabulka 7 ukazuje, že nejvyšší průměrné rychlosti větru je dosahováno v měsících březen květen, nejnižší naopak v měsících červenec září. Hodnota nejvyšší průměrné měsíční rychlosti větru byla 5,6 m/s a je z dubna roku 1997. Nejnižší průměrná měsíční rychlost větru byla naměřena v srpnu v roce 1970 a její hodnota byla 2,0 m/s. Tab. 7: Základní statistické charakteristiky průměrné rychlosti větru počítané z klimatologických termínů pro stanici Tuřany v období 1961 2010. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII prům. 3,4 3,6 4,0 4,1 3,8 3,3 3,2 3,1 3,1 3,3 3,5 3,3 min 2,1 2,5 2,8 3,2 2,7 2,5 2,4 2,0 2,0 2,3 2,1 2,3 rok 1971 1961 1963 1999 1963 1961 1963 1970 1982 1962 1983 2006 max 5,0 5,2 5,1 5,6 4,5 4,7 4,0 4,0 4,5 5,4 4,4 4,5 rok 1976 1964 1995 1997 1995 1994 2007 1994 1996 1987 1984 1993 1995 Z obr. 11 je patrné, že chladná část roku je mnohem větrnější. Nejvyšší hodnoty rychlosti větru byly naměřeny v dubnu. Od dubna až do srpna pak rychlost větru klesá, v listopadu je dosaženo podružného maxima. Prosincová hodnota je opět nižší a poté průměrné hodnoty opět rostou až k dubnovému maximu. 32

Rychlost větru (m/s) 4,2 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Obr. 11: Roční chod průměrné rychlosti větru na stanici Tuřany v období 1961 2010. V klimatologickém zpracování se často uvádí četnost dní, kdy je překročena okamžitá rychlost 11 a 17 m/s, tj. 6 a 8 Beaufortovy stupnice (Brázdil, Štekl et al., 1999). Rychlost nad 11 m/s je považována za silný vítr a rychlost 17 m/s a větší je charakterizována jako bouřlivý vítr, který ulamuje větve a při němž je chůze proti větru nemožná (příl. 1). Rychlost větru 11 m/s se na stanici Tuřany vyskytuje s četností 46,3 %. Četnost výskytu rychlosti proudění 17 m/s je 9,7 % (tab. 8). Výskyt těchto větrů je mimo jiné vázán na bouřkovou činnost (Polčák, Šťastný, 2010), která je častá zejména v teplé části roku (Mikeladzová, 2009). Tab. 8: Relativní četnosti (%) dnů s maximální hodinovou rychlostí větru 11 m/s (a) a 17 m/s (b) pro stanici Tuřany v období 1961 2010. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I-XII a. 29,7 37,3 42,6 52,0 51,1 55,2 58,8 52,6 46,9 43,6 44,9 40,3 46,3 b. 7,0 8,4 11,5 12,8 11,9 9,7 10,3 9,2 7,7 8,3 10,5 8,5 9,7 Pro všechny měsíce platí podobný model denního chodu rychlosti větru (příl. 3, obr. 12). Pro Tuřany platí nížinný typ denního chodu rychlosti větru (Štekl, 2008), který je srovnatelný s denním chodem rychlosti větru pro stanici Praha Ruzyně (nadmořská výška 380 m). V době 1 5 h je rychlost větru přibližně stejná, od 6 h začíná výrazně stoupat. 33

Rychlost větru (m/s) Denní maxima jsou dosažena kolem 13 15 h. Poté rychlost proudění prudce klesá až do cca 19 h. Od této hodiny rychlost proudění dále klesá až do 24 h, ale mnohem pozvolněji. Největší amplitudy v denním chodu rychlosti větru dosahuje březen. Na tento měsíc připadají také nejvyšší rychlosti větru. Nejnižší hodnoty rychlosti větru jsou naměřeny pro srpen. Nejnižší amplitudu denního chodu rychlosti proudění mají prosinec a leden. 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Čas (h) leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec Obr. 12: Denní chod rychlosti větru na stanici Tuřany v období leden 2008 srpen 2011. V příl. 4 jsou zaznamenány průměrné denní rychlosti větru, které jsou znázorněny v obrázku 13. Z obr. 13 je zřejmý roční chod průměrných denních rychlostí větru. Prvního vrcholu v ročním chodu je dosaženo v březnu dubnu, podružného maxima pak v listopadu. Minimální hodnoty jsou naměřeny v srpnu. Z obrázku je patrná velká variabilita naměřených hodnot. V letních měsících je mnohem menší variabilita rychlostí větru, což může souviset s teplotou vzduchu, která má v letních měsících rovněž menší amplitudu. 34

Rychlost větru (m/s) Rychlost větru (m/s) 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 Obr. 13: Roční chod průměrných denních rychlostí větru na stanici Tuřany v období 1961 2010. V příl. 5 jsou uvedeny hodnoty průměrných rychlostí větru v různých obdobích, jejichž chod je znázorněn v obrázku 14. Nejnižší průměrná rychlost větru byla naměřena za období 1981 1985, nejvyšší pak v období 1991 1995. Tyto extrémy však mohou souviset se změnami v zaznamenávání dat (viz kapitola Použitá data). 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 1961 1971 1981 1991 2001 Obr. 14: Chod průměrných ročních rychlostí větru (m/s) na stanici Tuřany v období 1961 2010. 35

Rychlost větru (m/s) Největších hodnot dosahuje rychlost větru pro klimatologický termín 14 h, nejnižších pak pro termín 7 h (tab. 9). V ročním chodu je dosaženo nejvyšších rychlostí proudění v jarních měsících (obr. 15). Ročnímu chodu průměrných rychlostí větru nejvíce odpovídají křivky v termínech 7 a 21 h. Tab. 9: Denní a roční chod rychlostí větru v klimatologických termínech na stanici Tuřany v období 1961 2010. Měsíc Hodina 7 14 21 I 2,99 3,96 3,17 II 3,02 4,50 3,33 III 3,08 5,34 3,53 IV 3,24 5,46 3,64 V 3,15 4,98 3,18 VI 2,69 4,49 2,69 VII 2,42 4,50 2,60 VIII 2,20 4,48 2,61 IX 2,25 4,56 2,62 X 2,56 4,53 2,91 XI 3,02 4,23 3,14 XII 3,03 3,75 3,08 I-XII 2,80 4,57 3,04 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 7 h 14 h 21 h 2,5 2 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Obr. 15: Roční chod rychlosti větru v klimatologických termínech na stanici Tuřany v období 1961 2010. 36