Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrické rekultivace hnědouhelných lomů

Motivace

Hydrická rekultivace hnědouhelného lomu Ležáky, která dala vzniknout nové vodní ploše, jezeru Most, vedla ke změně charakteristik povrchu v této lokalitě. Nastalé změny spočívají především v odlišných teplotních vlastnostech (tepelná kapacita, tepelná vodivost), odlišné drsnosti povrchu a odlišném albedu vody oproti pevnému povrchu. To má nepochybně vliv na okolní atmosféru a ovlivňuje tak především teplotu a vlhkost, ale i další meteorologické veličiny v okolí jezera. Cílem meteorologické části studie je kvantifikovat tento vliv. Kromě statistických analýz historických i nově naměřených dat je pro tuto práci využit komplexní numerický model popisující chování atmosféry a její interakci s půdou a vodní plochou.

Data

Pro řešení našeho projektu jsou používána data z pěti meteorologických stanic:

• Observatoř Milešovka (měření od roku 1905, automatizovaná od roku 1998), leží přibližně 20 km vzdušnou čarou od jezera v nadmořské výšce 837 m. Je používána jako referenční.
• Observatoř Kopisty (měření od r. 1970, automatizovaná od roku 2004), která je od břehů jezera vzdálena asi 1 km. Součástí je 80 m vysoký meteorologický stožár.
• CELIO, nově vybudovaná stanice, ležící na břehu jezera.
• AK Most, nově vybudovaná stanice, ležící na břehu jezera.
• Stanice na jezeře, umístěná přímo na vodní hladinu, je nově vybudovaná stanice, která kromě běžných meteorologických veličin měří také teplotu vody v šestnácti hloubkách do 20 metrů.

Pro modelové výpočty jsou použita také data z objektivních analýz Evropského centra pro střednědobou předpověď (ECMWF).

Zpracování, předběžné výsledky

Během zpracování projektu bylo provedeno statistické srovnání dvou období: 1998-2000, tedy doby, kdy v budoucím jezeře nebyla ještě žádná voda, a 2009-2011, tedy období napouštění jezera vodou, kdy předpokládáme, že rozsah vodní plochy byl takový, že mohl ovlivňovat mikroklima. Z výsledků vyplývá zvýšení relativní vlhkosti vzduchu v posledním období a pokles průměrných teplot vzduchu ve 2 m v 7, 14 a 21 hodin. Pro analýzu srážkových úhrnů byly použity statistické metody analýza hlavních komponent a Mann-Whitney-Wicoxonův dvouvýběrový test. Podle výsledků těchto metod lze konstatovat, že jezero nemá na srážkovou činnost významný vliv.

V modelové části proběhlo testování modelu COSMO s cílem určit parametry modelu vhodné pro horizontální rozlišení 333 m. Bylo tak vybráno vhodné nastavení okrajových podmínek, turbulence a velikosti simulovaného pole. Byla provedena řada modelových výpočtů a jejich analýz pro letní a zimní období, pro různé velikosti jezera a různé drsnosti povrchu. Byl testován vliv sněhové pokrývky na ovlivnění teploty vzduchu a byly provedeny výpočty na reálných datech s orografií.

Jeden z výsledků ukazuje obr. č. 1, na kterém jsou zobrazeny průměrné hodnoty vlivu jezera na teplotu vzduchu v hladině 0,2 m nad zemským povrchem pro čtyři odlišné délky jezera. Delta přitom znamená rozdíl mezi teplotou vody a teplotou vzduchu ve 2 m. Z obrázku je vidět, že vliv jezera významně závisí na jeho velikosti.

Jako významné parametry, na kterých závisí, do jaké míry je teplota vzduchu ovlivněna působením jezera, se ukázaly být: teplota a vlhkost vzduchu ve 2 m, teplota vody ve směšovací vrstvě, rychlost větru v 10 m a velikost jezera. Jako doplňkový parametr byla určena teplota při zemském povrchu. Tyto parametry byly použity jako vstupní hodnoty do jednoduchého fyzikálního modelu ALAKE a následně vyvinutého softwaru ALAKE.

Obr. 1.: Průměrné hodnoty vlivu jezera na teplotu vzduchu v hladině 0,2 m nad zemským povrchem pro čtyři odlišné délky jezera – L8, L4, L3 a L2 (8, 4, 3 a 2 uzlové body). Levý břeh jezera je umístěn v x = 69. Průměrné hodnoty jsou vypočítány pro teplý (vlevo) a chladný (vpravo) půlrok a v závislosti na Δ.

Fotogalerie meteorologických měření:

Software ALAKE (ÚFA AVČR v.v.i.)

Software ALAKE byl vyvinut jako nástroj určený k výpočtu vlivu vodní plochy (jezera) na teplotu vzduchu. Impulsem pro jeho sestavení byly hydrické rekultivace hnědouhelných lomů, které jsou prováděny v severních Čechách. Hydrická rekultivace spočívá v zatopení zbytkové jámy po ukončení těžby a je to jedna z forem, které se v severních Čechách využívají pro obnovu krajiny po těžbě v současné době a jsou v plánu i do budoucna. Protože vznik vodní plochy znamená změny v charakteru povrchu, jako jsou teplotní vlastnosti, albedo a drsnost, dochází zároveň i k ovlivnění atmosféry.

Při sestavování modelu ALAKE byl jako modelové jezero využit zatopený lom Most. Přibližně kilometr od jeho břehu se měří meteorologické veličiny v observatoři Kopisty již od roku 1969, což znamená, že měření jsou k dispozici z doby před vznikem jezera. Pro účely výzkumu pak byla zbudována meteorologická stanice přímo na jezeře, která mimo měření meteorologických veličin poskytla měření teploty vody do hloubky 20 m.

Pro nasimulování vlivu jezerní plochy na teplotu vzduchu byl použit nehydrostatický numerický model předpovědi počasí COSMO. Model byl použit s horizontálním rozlišením 333 m a se 70ti nerovnoměrně rozdělenými vertikálními úrovněmi. Aby výsledky nebyly přímo závislé na konkrétním místě, byly do modelu zadány konstantní hodnoty některých parametrů, jako je drsnost povrchu, typ půdy, vegetace a plochý terén. Byl nastaven obdélníkový tvar jezera, přičemž se při výpočtech měnila jeho délka. Vstupní meteorologická a hydrologická data byla připravena z měření na stanici Kopisty, měření na jezeře a z analýz Evropského centra pro střednědobou předpověď. Na základě výsledků z modelových výpočtů v COSMO modelu pak byly určeny parametry zjednodušeného fyzikálního modelu ALAKE.

Software ALAKE počítá změny v teplotě vzduchu ve 2 m nad zemským povrchem, způsobené přítomností jezera. Jako vstupní hodnoty se zadávají šířka jezera, teplota vody v jezeře, teplota zemského povrchu, teplota vzduchu ve 2 m, rychlost větru a relativní vlhkost vzduchu.

Software ALAKE existuje ve dvou verzích – verzi ALAKE 1D a ALAKE 2D. Druhá varianta odhaduje vliv jezera na teplotu vzduchu v plošném měřítku a vstupní parametry jsou doplněny o směr větru.

Software ALAKE

• softwarový balík
• návod na instalaci

Návod k instalaci softwaru