CzechGlobe – Centrum výzkumu globální změny Akademie věd České republiky, v.v.i. Mission statement ve vztahu k projektu CERIT Michal V. Marek
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Pojem Globální změna
Motivace CzechGlobe
Pojem Globální změna (GZ) je stále v centru pozornosti jak odborné tak i laické veřejnosti. GZ se stala nejen ekologickým, sociologickým a technickým problémem současnosti , ale má i výraznou politickou dimenzi s globálním dosahem. To je velký problém, neboť právě politická stránka problému GZ významně ztěžuje racionální rozhodování. GZ se tak stává předmětem mnohdy až nedůstojných půtek a iracionálních diskusí. Tento stav, díky obecně známým příčinám, tak typických pro naší společnosti, je v České republice zvláště vyhrocený. To ale na straně druhé objektivně zvyšuje tlak na z ustavení objektivní znalostní základny pro potřeby jak soukromých subjektů tak i pro státní správu, samosprávu a jejich orgány.
„Globální změna “široké spektrum biofyzikálních a socioekonomických změn, které mění fungování Země jako systému v planetárním měřítku, např. proměny klimatu, produktivity krajiny a oceánů, chemie ovzduší, ekosystémů“ Velmi nešťastné je i to, že se pojem GZ velice často zužuje pouze na pojem „Globální změnu klimatu (GZK)“, či ještě úžeji „Globální oteplování“. GZK chápeme jako součást globální změny, rozumíme dlouhodobé odchylky klimatických parametrů Země, např. teplot, srážek či rychlostí větru, od průměrů i trendů, které charakterizovaly naši planetu přibližně do počátku 20. století. GZK se již nyní odráží v přírodě (ústup ledovců, posuny ve výskytu druhů aj.), v politice (opatření k omezení GZK) i v hospodářství (pojišťovací události, dopady politických rozhodnutí). V souvislosti s fenoménem GZ je velmi významné právě to, že je úzce spojována se zvýšeným uvolňováním „skleníkových plynů“ do atmosféry především v důsledku dynamicky rostoucího spalování fosilních paliv v dopravě a průmyslu, rozsáhlým odlesňováním a obecně změnami ve využití krajiny. Tento nárůst je nepochybně antropogenního původu a je zřejmé, že s rostoucí lidskou populací a ekonomickým růstem bude tento vzestup pokračovat.
2
Global change research centre
Globální změna je VÝRAZNĚ PROPOJENA s GLOBÁLNÍM UHLÍKOVÝM CYKLEM
Motivace CzechGlobe
3
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Motivace CzechGlobe
Základním cílem projektu CzechGlobe je základní výzkum směřující k hlubšímu poznání Globální změny (GZ), vývoj postupů směřujících ke zmírnění dopadů či případné adaptaci na GZ.Filozofie a motivace projektu CzechGlobe vychází ze tří základních otázek:
1. V jakém rozsahu je biosféra planety Země absorbovat prokazatelné nárůsty v obsahu CO2 a ostatních skleníkových plynů v atmosféře Země? 2. Jsou terrestrické ekosystémy skutečně nevíce zranitelnou složkou uhlíkového sinku planety Země? 3. Je vůbec vývoj lidské společnosti v kontextu působení a vývoje GZ udržitelný?
4
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Mezinárodní souvislosti a milníky vývoje oboru výzkumu GZ v kontextu výzkumných programů EU
1992 – EPOCH EU 4. FW – the first full participation on GCC research „OTC“ 1995 – ECOCRAFT EU 5. FW – enhanced CO2 - „Lamella domus spheres“ 1996 – EUROFLUX EU 5. FW – first „eddy covariance“ technique in East Europe 1997 – CARBOMONT EU 5. FW – carbon budget of mountain areas 1998 – MERCI EU 5. FW – European infrastructure: Carbon physiology of forest trees 2003 – IP CARBOEUROPE EU 6. FW – Carbon and GHG budget 2008 –ESFRI EU 7. FW – pan-european infrastructure ICOS a EUFAR
5
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Propojení CzechGlobe na ESFRI projekty CzechGlobe - ZAKLÁDAJÍCÍ INSTITUCÍ ESFRI infrastruktury ICOS ESFRI infrastruktura ICOS: Evropská infrastruktura observace a výzkumu uhlíkového cyklu
Integrated Carbon Observation System
CzechGlobe řešitel - člen ESFRI infrastructury EUFAR ESFRI infrastruktura EUFAR: Evropská infrastruktura leteckých nosičů pro DPZ a zobrazování
European Fleet of Airborne Research
6
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Propojení CzechGlobe na ESFRI projekty
CzechGlobe projekt je konsorciem infrastruktury ESFRI – ICOS považován za zásadní středoevropský prvek této infrastruktury s úkolem plnit úlohu „training centre“ a koordinátora spolupráce infrastruktury ICOS ze zeměmi Vishegradské čtyřky, Karpatskou iniciativou, Balkánskými zeměmi, Ukrajinou,Běloruskem a Ruskem.
7
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Propojení CzechGlobe na národní roadmap velkých infrastruktur
CzechGlobe projekt se stal základem schválené národní infrastruktury CzechCOS – síť „eddykovariačních“ věží v jednotlivých typech ekosystémů České republiky
8
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Obsahová náplň CzechGlobe
CzechGlobe je zaměřen na výzkum základních tématických segmentů působení GZ: Atmosféra Ekosystémy Socio-ekonomické systémy doprovázeno realizací inovační a vzdělávací platformy
9
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
CzechGlobe scheme
CzeCOS
10
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
CzechGlobe – prostorově rozmístěná infrastruktura
11
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Konstrukční fáze CzechGlobe Prvky INFRASTRUKTURY 1. národní bod výškového monitoringu GHG 2. síť ekosystémových stanic – eddy věže 3. centrální fyziologická, isotopová a metabolomická laboratoř 4. letecká laboratoř DPZ a procesového zobrazování 5. zařízení pro dlouhodobé účinkové experimenty 6. Inovační platforma – inkubátor aplikačních výstupů 7. Edukační a PR platforma
12
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Národní bod výškového monitoringu GHG
300 m vysoká monitorovací věž Košetice 13
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Letecká laboratoř DPZ a procesového zobrazování
Nosič hyperspektrálních sensorů a LIDARU (Cesna Caravan) 14
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Pavilón isotopové, metabolomické a fyziologické laboratoře a fytotronový klaster
Pavilon Brno 15
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Dlouhodobé účinkové studie
Kultivační sféry Fytotronový kluster
OpenTop Chamber 16
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Síť ekosystémových stanic – eddy kovariční věže
Eddy-covariation věž Systém respiračních komor
Mikroklimatologické stéžáry 17
Users of CzechGlobe Outputs
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Supported by sigmend agreements Public sector (CZ) Government of the CR (national infrastructure CzeCOS) Ministry of Environment Ministry of Agriculture – Central Land Office Forests of the Czech Republic, state enterprise Central Institute for Supervising and Testing in Agriculture Czech Hydrometeorological Institute Czech Geological Survey Prague Forestry management institute of the CR, v.v.i. Krkonose National Park The Czech Information Agency of the Environment
Universities and research institutions (CZ)
International research community Integrated Carbon Observation System – 7. RP ESFRI ICG, Jülich Research Centre Ltd (D) University of Zurich – Remote Sensing Laboratories (CH) Inst. of Agro-Environment. and Forest Biology CNR (IT) NASA USA METEO France Washington University in St. Louis (USA) University of Nebrasca Lincoln (USA) University of Natural Res. and App. Life Sci., Vienna (A) INRA France Szent-Istvan University Godollo (H) Poznan University of Life Sciences (PL)
Charles University Prague Czech Technical University Prague Mendel University in Brno University of South Bohemia, ty
Meteorological Synthesizing Centre-East, Moscow, (RU) University of Nis, Serbia University of Rijeka, Croatia University of Sarajevo, Bosna Herzegovina
Technical University of Ostrava Institute of Forest Ecosystem Research, Ltd. Institute of Atmospheric Physics AS CR, v.v.i.
Private sector Pure genesis Ltd. (USA)
Research Institute of Crop Production, v.v.i.
Quibit System Ltd. (USA)
Research Institute for Melioration and Soil Protection
PSI – Photon Systems Instruments Ltd. (CZ)
The Forestry and Game Management Research Institute, v.v.i.
MJM Agricultural products and logistic Ltd. (CZ) Agricultural Control Station Domaninek Ltd. (CZ)
18
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR Dozorčí rada Centra Dozorčí rada projektu CzechGlobe
Ředitel Centra
Sekretariát ředitele
Vědecký tajemník
Kolegium ředitele
Knihovna a vědecké informace
Vědecká rada
PR a vědecký marketing EU RP informační a konferenční centrum
Výkonný ředitel
Divise klimatických analýz a modelování
Oddělení projektového managementu
Divise ekosystémových analýz
Administrativa
Divise impaktových studií a fyziologických analýz Divise inovačních a adaptačních technik
PSI– spin-off firma
Odděeění technické podpory IT Páavní oddělení a interni audit 19
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Výzkumná divise 1: Analýzy klimatu a modelování
Oddělení analýzy variability klimatu a jeho změn
Oddělení klimatického modelování
Oddělení dopadů klimatických změn na agrosystémy
20
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Výzkumná divize 2 Analysa ekosystémů Oddělení toků energie a látek
Letecká laboratoř DPZ a procesového zobrazování
Oddělení výzkumu biodiversity
Oddělení biogeochemických a hydrologických cyklů
Oddělení krajinné depozice uhlíku 21
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Výzkumná divise 3 Účinkové studie a fyziologické analýzy
Laboratoř rostlinné fyziologie Oddělení účinkových experimentů
Laboratoř metabolomiky a isotopových analýs
22
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Výzkumá divise 4 Innovačních a adaptačních technik
Oddělení humánní dimenze GZ
Laboratoř fyziologie a biotechnologie řas
Laboratoř rychle-rostoucích energetických dřevin
23
Analýza klimatu a modelování
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení analýzy variability klimatu a jeho změn STATIONARY EXTREME VALUE MODELS
Projected changes in 20-yr return values of TMAX estimated for 30-yr time slices using stationary POT model in 2071-2100 relative to the control period 1961-1990. +/- denotes gridboxes in which the change is significant → large warming, mainly in continental EU around 50°N
24
Analýza klimatu a modelování
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení klimatického modelování
25
Analýza klimatu a modelování
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělní modelování dopadů klimatické změny na agrosystémy
Managed ecosystems - agriculture 26
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení toků energie a látek ekosystémy Eddy covariance technique CO2
H2O
NEP [kg C ha-1]
50
0
-50
-100
Carbon fluxes into a forest 27
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Analýza ekosystémů Oddělení toků energie a látek ekosystémy
Location of atmospheric station and ecosystem stations
Načetín
Košetice Rájec
Bílý Kříž
Třeboň Žabčice
Štítná Lanžhot 28
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení toků energie a látek ekosystémy
Wetland Agrosystem
Mountain Grassland
Mountain Spruce Forest
Operated sites
Mountain Beech Forest 29
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Letecká laboratoř DPZ a procesového zobrazování
• Hyperspectral (VNIR, SWIR) • Thermal • LiDAR
30
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Letecká laboratoř DPZ a procesového zobrazování
Digital Numbers
Radiance
Reflectance 31
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení výzkumu biodiverzity
effect of GCC on pests and their predators
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Expected No. individuals (m -2)
Fluxes
biocorridors – way to buffer negative effects of GCC
y = 22.376e-5.5756x R
0
0.2
0.4
2
0.6
= 0.32
0.8
1
Aphids Ladybirds
6000
4000
2000
0 2000
2010
2020
2030
2040
2050
Year
Distance (km)
32
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení biogeochemických a hydrologických cyklů
Analýza chemického složení odtokových vod v systému povodí GEOMON
33
Analýza ekosystémů
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Oddělení krajinné depozice uhlíku
Toky uhlíku mezi komponenty krajinného celku
Změny zásob uhlíku v krajině způsobené změnami ve využití krajiny
Zásoby uhlíku v krajině v modelovém území Novohradska 34
Impaktové studie Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR a fyziologické analýzy Oddělení rostlinné fyziologie
Environmental metabolomics 35
Impaktové studie Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR a fyziologické analýzy Oddělení impaktových studiíí Environmental drivers of GCC and their interactions drought stress
elevated , CO2 ,ozone, temperature
N, P deposition
UV radiation, light intensity and quality
Impact experiments
experimental roofs
modulated UV- source units glass domes
open –top chambers
pot or field experiments
growth chambers
36
Impaktové studie a fyziologické analýzy
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Laboratoř metabolomiky a isotopových analýz
Plant response to GCC •physiology •morphology •phenology Phenotype
Genomics DNAs’
Transcriptomics RNAs’
Proteomics proteins
Metabolomics metabolites
signalling pathways
Environment water, nutrients, light intensity and quality, temperature, CO2 ….
37
Impaktové studie Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR a fyziologické analýzy Laboratoř metabolomiky a isotopových analýz Non-target metabolic profiling Design experiment, physiological measurements, harvest, metabolite extraction
Acquire mass spectral data
Structure data according hypotheses, statistical analysis – interpretation of data – identification of key metabolites
Formulation of new hypotheses - design new experimentsnon target metaboliic screening Experiments focused on one or more target metabolites - target analyses of key metabolites – isotope discrimination IR/MS Development of methods for metabolite fingerprinting hyperspectral imaging, FT-IR, Raman spectroscopy etc.
38
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Inovační a adaptační techniky
Oddělení humánní dimenze působení Globání změny
39
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Inovační a adaptační techniky Laboratoř fyziologie a biotechnologie řas
Algal photobioreactors installed in the Advanced Coal & Energy Research Facility in St.Louis USA
40
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Inovační a adaptační techniky Laboratoř rychle rostoucích dřevin - bioenertika
Short rotation copies 41
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Kategorie výstupů projektu CzechGlobe Translační výstupy Transfery metodik: Carbon Forestry, Carbon Landscaping Aplikace nevých technologií: alage application in the precious components production, Managed Carbon Sequestration, Process Imaging
Aplikace Climate Changes Scenarios, Socio-economic Consequences of GC, Carbon Emission Strategy and Policy, Landscape Carbon Deposition Capacity, Carbon forestry
Inovace-nové technologie Carbon sequestration technologies: Clean Energy System, biofuels generation 3
Energy biomass production: Energy Forests, Agroforestry
Vzdělávání a trénink Current and new prepared PhD programmes
42
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Financování CzechGlobe EU strukturální fondy Akademie věd
program VaVPI MŠMT
Institucionální financování vědy v ústavech
Národní roadmapa velkých infrastruktur CzechCOS
Centrum výzkumu Globální změny AV ČR v.v.i. 43
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Vazba CzechGlobe na CERIT
Zájmy CzechGlobe: 1. 2. 3. 4.
počítačové zpracování obrazových dat, realizace modelových simulací, spolupráce na tvorbě oboru „systémová biologie“; Profesionální ošetření a archivace dat velkého rozsahu
značný potenciál a výhoda napojení CzechGlobe na CERIT
44
Centrum výzkumu globální změny, v.v.i. AV ČR
Děkuji za pozornost…
www.czechglobe.cz
45
