Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta katedra geoinformatiky

Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta katedra geoinformatiky

Petr USTOHAL

STUDIUM GLOBÁLNÍHO KOLÍSÁNÍ KLIMATU METODAMI DPZ (možnosti a výsledky)

diplomová práce

Vedoucí práce: Doc. RNDr. Miroslav VYSOUDIL, Csc. Olomouc 2006

Zadání 1

Zadání 2

Prohlašuji, že jsem zadanou diplomovou práci řešil sám a že jsem uvedl veškerou použitou literaturu. Olomouc 5. dubna 2006

…........................... podpis

4

Obsah Úvod........................................................................................................................6 1.Cíl diplomové práce........................................................................................8 2.Metody zpracování .........................................................................................9 3.Zhodnocení použité literatury a dalších informačních zdrojů.......................10 4.Kolísání klimatu............................................................................................12 4.1.Předmět studia........................................................................................12 4.2.Příčiny kolísání klimatu.........................................................................12 4.2.1.Přírodní klimatotvorné faktory ovlivňující klima..........................13 4.2.2.Lidské aktivity ovlivňující klima...................................................14 4.3.Důsledky kolísání klimatu.....................................................................16 5.Dálkový průzkum a studium klimatu............................................................20 5.1.Programy zaměřené na studium klimatu...............................................20 5.2.Programy zaměřené na studium jednotlivých složek ÚKS...................23 5.3.Projekty a experimenty .........................................................................25 5.4.Satelitní operátoři a jejich mise.............................................................29 6.Globální klimatické změny............................................................................34 6.1.Atmosféra...............................................................................................34 6.1.1.Složení atmosféry...........................................................................34 6.1.2.Atmosférická cirkulace..................................................................42 6.1.3.Radiační bilance.............................................................................44 6.1.4.Oblačnost a srážky.........................................................................52 6.2.Teplota atmosféry, povrchu pevnin a oceánů ........................................54 6.3.Oceánské procesy..................................................................................59 6.3.1.Oceánské proudy............................................................................60 6.3.2.Hladina oceánů...............................................................................62 6.4.Ledový příkrov, sněhová pokrývka a permafrost..................................64 6.5.Biosféra..................................................................................................68 6.6.Pokrytí země..........................................................................................75 6.7.Ostatní změny .......................................................................................80 7.Využití výsledků diplomové práce ve výuce zeměpisu ................................85 Závěr......................................................................................................................87 Summary...............................................................................................................90 Seznam použité literatury......................................................................................93 Seznam odkazů na www.......................................................................................98 Ostatní zdroje......................................................................................................102 Seznam použitých zkratek...................................................................................103 Key words – klíčová slova..................................................................................105 Přílohy.................................................................................................................106

5

Úvod Klima se mění od doby co existuje Země. Poměr a množství plynů, vody, částic a nejrůznějších prvků obsažených v atmosféře, teplota vzduchu i oceánů, a další ukazatele nebyly nikdy stejné. Globální klima kolísá a mění se. Střídaly se doby ledové a meziledové. V posledních desetiletích slyšíme stále častěji o úbytku ozonu a oteplování planety. V médiích běží reportáže o přírodních katastrofách. Díky záplavám, zemětřesením, a hurikánům umírají lidé a přichází o své domovy. Častým komentářem potom je: „Ta příroda si s námi dělá co chce!“. Když se nad tímto výrokem zamyslíme, znamená to, že přírodní procesy jsou na člověku nezávislé? Od poloviny 19. stol. prudce vzrůstá lidská populace a rozšiřují se její aktivity. Klima je tedy ovlivněno nejen přírodními pochody, jak tomu bylo dříve, ale i lidskými zásahy. Je třeba zkoumat přírodní závislosti a zjistit jaký vliv má na klimatické změny právě člověk a jeho působení. Hovoříme o antropogenním ovlivnění klimatu. Vědecké bádání bylo dříve zaměřeno na jednotlivé složky krajinné sféry izolovaně. Vědci se zabývali rozborem detailů, které pak bedlivě zkoumali. Později se ukázalo, že není možné nahlížet na přírodní zákonitosti z takto omezeného pohledu, protože klimatický systém je vyvážený systém, spojený mnoha komplikovaně provázanými složkami. Nestačí tedy znát strukturu a funkci těchto složek, je třeba poznat vzájemné vazby a vztahy. Pro takový způsob studia se ukázal být ideální dálkový průzkum země (dále jen DPZ). Podle definice přijaté na XVI. kongresu ISPRS (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing) v roce 1988 je dálkový průzkum Země „…umění, věda a technologie na získávání spolehlivých informací o fyzikálních objektech a jejich okolí pomocí záznamu, měření a interpretace snímků a digitálních záznamů, které se získávají pomocí nekontaktních snímacích systémů“[1]. Dálkový průzkum Země se skládá ze tří subsystémů. Za prvé, pořizování a sběr dat, které získáváme pomocí radarů, satelitních přístrojů nebo 6

jako fotografie pořizované z letadel (fotogrametrie). Druhý subsystém je zpracovatelský, který sestává z přenosu a prvotního předzpracování dat na přijímacích stanicích a nakonec subsystém uživatelský, který obsahuje analýzu a využití dat v praxi. Vzhledem k tomu, že klima je jev komplexní a při studiu jeho změn je třeba sledovat vztahy a souvislosti ve větším měřítku než regionálním, je práce zaměřena zejména na využití družicového DP.

7

1. Cíl diplomové práce Cílem diplomové práce je shromáždit ucelené poznatky o současném stavu a možnostech studia globálního kolísání (změn) klimatu metodami DPZ. Jejím úkolem je získat přehled o stavu poznání dosaženém v oblasti studia globálního kolísání (změn) klimatu metodami DPZ. Utřídit nejdůležitější aktuální poznatky o faktorech, které způsobují změny klimatu o samotných změnách a o důsledcích těchto změn z pohledu dálkového průzkumu Země a tímto doložit význam odvětví ve spojitosti s výzkumem klimatických změn. Dále je cílem prakticky využít poznatků získaných při zpracování diplomové práce, a to formou návrhu učební pomůcky pro výuku zeměpisu na SŠ a ZŠ.

8

2. Metody zpracování Téma diplomové práce neumožňuje vlastní výzkumnou činnost. Hlavní metodou zpracování práce proto byl sběr informací, jejich logické uspořádání, analytický rozbor a rešerše. Ze všeho nejdříve bylo nutné přesně vymezit řešenou problematiku, tak aby obsah, nebyl příliš vědecký a jednostranně zaměřený, ale aby byla zachována i povaha samotné diplomové práce jakožto práce odborně způsobilé. Byl tedy stanoven tématický obsah a osnova diplomové práce. Další část informační přípravy spočívalo ve výběru a zhodnocení sekundárních informačních pramenů, které neobsahují původní informace, ale informace o tom, kde je lze nalézt, a to na základě vlastních podkladů a informací obdržených od vedoucího diplomové práce. Po shromáždění informačních zdrojů a jejich studiu, následovalo logické roztřídění informací podle dříve stanovené osnovy, na základě definování klíčových slov, podrobně specifikujících sledovanou problematiku. Následovalo samotné sepsání diplomové práce a průběžné doplňování informací. Důležitou součástí byl výběr a úprava grafických prezentací. Na závěr proběhly korektury a konečná úprava všeobecné kompozice. V diplomové práci jsou použity dva způsoby odkazů na citace. U knižních publikací je uvedeno příjmení autora a rok vydání. Pro internetové zdroje bylo použito číslování. Důvodem je lepší přehlednost.

9

3. Zhodnocení použité literatury a dalších informačních zdrojů Prvotní představa o obsahu DP byla získána ze starších diplomových prací zabývajících se podobnou tématikou. Za zmínku stojí například práce Andrey Kozákové (Kozáková 2002). Obecné informace týkající se problematiky globálních změn klimatu poskytuje kniha Ohrožená planeta na prahu 21. století (Nováček, Huba, Mederly 1998). Tato kniha obsahuje množství statistických dat, ze kterých se dá čerpat, její zaměření je ale spíše ekologického charakteru. Jedná se o publikaci čistě informativní, nesnaží se problematiku rozebírat ani analyzovat, v knize se obtížně hledají vlastní závěry autorů. Témata, která jsou svým zaměřením blízká této diplomové práci, najdeme v některých článcích populárně naučných periodik. Tak například 9. číslo časopisu National Geographic z roku 2004 bylo z větší části věnováno globálním změnám klimatu. Problematika je zde vylíčena poměrně poutavou formou, která však nic neubírá na vědeckosti a důvěryhodnosti. Časopis zmiňuje některé výzkumné programy zkoumající základní otázky – rostoucí teploty, tání ledovců, stoupající hladinu moří, požáry, posun ročních období apod. Hojně byly používány zahraniční časopisy, např. Nature, nebo Science. Zde najdeme příspěvky vědců, kteří se přímo zabývají konkrétním výzkumem, např vlivem železa, jako nezbytného prvku pro růst korálů, na absorpci CO2 a jiné.. Tyto články najdeme i na internetových stránkách časopisů. Pro jednodušší vyhledávání a dostupnost, jsou účelnější internetové časopisy. Příkladem je server e-pocasi.cz[2], který, jak už název napovídá, je zaměřen na meteorologii a klimatologii. Můžeme zde najít například odkazy na teplotní, srážkové, synoptické a jiné mapy, prognostické modely, snímky z družic, nebo také nejnovější zprávy ze světa z oblasti meteorologie a klimatologie. O problémech týkajících se změn klimatu obecně pojednává i vzdělávací CD-ROM vydané National Aeronautics and Space Administration (NASA) v rámci Earth Science Enterprise, ve kterém je tato problematika spojena s 10

využitím metod DPZ. Téma je zde prezentováno jednoduchým, názorným způsobem. Základem pro diplomovou práci se však staly především zahraniční publikace. Nejdůležitější z nich jsou: Remote Sensing and Climate Change: The Role of Earth (Cracknell 2001), Climate Cange, Causes, Effects, and Solutions (Hardy 2003) a zejména publikace ze série IGBP, např. Global Change and the Earth systém, A Planet Under Pressure (Steffen et al. 2004). Z těchto knih byly čerpány základní témata pro nejdůležitější část diplomové práce. Těmi jsou kapitoly týkající se změn chodu jednotlivých meteorologických prvků a klimatotvorných činitelů. Základní informace o DPZ poskytuje učebnice Dálkový průzkum Země : Digitální zpracování obrazu (Dobrovolný 1998) a Dálkový průzkum Země (Halounová, 2005). K publikacím tohoto typu je ale nutné poznamenat, že se věnují rychle se rozvíjejí vědecké disciplíně a z toho důvodu se jejich informační hodnota rychle snižuje. Internetové stránky jsou často aktualizované a proto slouží jako vhodný zdroj informací o DPZ. Nejrozsáhlejší strukturu mají v tomto ohledu stránky NASA[3]. Obsahují obrovské množství dat, údajů, informací, animací, prezentací a hlavně satelitních snímků. Najdeme zde informace a snímky o družicích, přístrojích a projektech nejenom samotné NASA, ale i jiných organizací. Velice přehledné a tématicky dobře uspořádané jsou i stránky japonské společnosti NASDA[4] Informace získané ze zahraničních literárních zdrojů (viz. výše) byly dále doplněny o informace ze sborníků mezinárodních konferencí. Sborníky z XXVIII. a XXX. Sympozia Dálkový průzkum životního prostředí jsou na CDROM, ostatní, například sborníky z konferencí IPCC[5], jejich zprávy a publikace, stejně jako i jiných organizací, je možné najít na internetových stránkách. Sborníky obsahují oddíly např. o stavu ovzduší, o rozsahu tání ledovců, prognózy týkající se globálního oteplování apod. Dále obsahují příspěvky vědců o výsledcích jejich výzkumu v oblasti klimatických změn.

11

4. Kolísání klimatu 4.1. Předmět studia Kolísání klimatu představuje dlouhodobé periodické, nebo rytmické změny meteorologických prvků a klimatotvorných činitelů a to obvykle s výraznou amplitudou. Zasahuje oblasti od místního, přes regionální, po globální měřítko. I když jsou dnes k dispozici poměrně dokonalé informace o kolísání klimatu v dávné historii, za aktuální lze považovat především současné kolísání klimatu, tedy za dobu přístrojových pozorování. Za toto období můžeme považovat časový úsek přibližně posledních 250 roků. Od šedesátých let minulého století, kdy byly vypuštěny první družice a v podstatě započata éra dálkového průzkumu Země v jeho dnešním pojetí, uplynula dlouhá doba. Během ní se tato technika a způsob pozorování Země zdokonalily natolik, že v současnosti tvoří základ pro pozorování globálních změn klimatu. S její pomocí můžeme monitorovat všechny složky úplného klimatického systému (ÚKS) v podmínkách a v měřítku, které jsou jinými metodami nedosažitelné. Existuje řada národních i mezinárodních organizací, které se buď jednotlivě nebo společně zabývají problémem klimatických změn. Zkoumají jednotlivé složky krajinné sféry a vypracovaly pro tyto účely řadu programů. Data získaná pomocí DPZ jsou po analýze a zpracování jednoduše využitelná k prezentaci moderními informačními technologiemi. Jedná se zejména o družicové snímky které jsou přehledné a mají jasnou výpovědní hodnotu a jako takové mohou sloužit jako přesvědčivý zdroj informací o změnách klimatu. Této podstatné výhody bylo využito i v předložené práci.

4.2. Příčiny kolísání klimatu Země od svého vzniku před více než čtyřmi miliardami lety až do dneška procházela řadou klimatických změn, kdy se neustále střídalo oteplování a ochlazování. Většinou se jednalo o plynulý přechod v časovém intervalu řádově 12

minimálně desítek tisíc let. Někdy ale docházelo i k velice rychlým změnám. Studium paleoklimatických změn (pomocí zkamenělin, ledovcových jader, pylu rostlin, letokruhů stromů a na základě historických dokumentů) může pomoci zjistit jejich příčiny, vzájemné působení a vliv na celkový ekosystém. S pomocí získaných informací, o tom jak tyto změny probíhaly, (jak rychle, na základě čeho, jaký měly vliv na rostlinné a zvířecí populace atd.) a ve spojení s moderními poznatky můžeme simulovat prostřednictvím počítačových modelů prognózy budoucího podnebí. Klimatotvorné faktory můžeme obecně rozdělit do dvou skupin. Faktory přírodní a antropogenní. Přírodní se dále dělí na exogenní a endogenní.

4.2.1. Přírodní klimatotvorné faktory ovlivňující klima Klimatické události v historii Země až do začátku průmyslové revoluce můžeme obecně zařadit do pěti základních etap. V každém tomto období sehrály svou úlohu jiné faktory. Před více jak miliardou let, byl v ovzduší velký obsah CO 2, protože fotosyntetizující organizmy ještě nebyly zcela vyvinuté. Klima bylo tehdy teplé díky skleníkovému efektu. Jakmile se objevily fotosyntetizující rostliny, které začaly absorbovat oxid uhličitý z atmosféry a uskladňovat ho jako organický uhlík, klima se ochladilo. Před několika sty milióny lety zažila Země období prudké tektonické aktivity. V důsledku masivního odplyňování zejména CO2 ze zemské kůry došlo opět k oteplení, které umožnilo expanzi nových životních forem. Jakmile tektonická aktivita ustala, přestaly stoupat koncentrace oxidu uhličitého. Bohatá biota vázala CO2 a klima se opět ochladilo. V průběhu posledního milionu let se střídaly doby ledové a meziledové s periodou řádově deseti tisíc let. Tyto cykly souvisí nejvíce s nestejnou dráhou oběhu Země kolem Slunce. Elipsa po které se Země pohybuje, mění svůj tvar. 13

Tím se mění vzdálenost od Slunce, tedy i množství slunečního záření, které celkově dopadá na zemský povrch. Kratší cykly s periodou tisíc let a menší (např. malá doba ledová v 15. – 19. stol.) pravděpodobně souvisí se sluneční aktivitou. Příčiny ale úplně objasněny nebyly. Ačkoli výkyvy nebyly nikterak velké, jejich význam byl nemalý, což dokládá fakt, že se v raném středověku v Anglii úspěšně pěstovala vinná réva. Exogenní faktor, který nejvíce ovlivňuje klima, je množství slunečního záření. Slunce je zdrojem většiny energie, která způsobuje cirkulaci atmosféry. Intenzita radiace na horní hranici atmosféry je závislá na variacích intenzity radiace emitované sluncem, změnách přenosu v prostoru mezi Sluncem a Zemí a především různé vzdálenosti Země od Slunce a oscilaci zemské osy (excentricita s periodou 100 000 let, precese 20 000 let a vychýlení zemské osy s periodou 40 000 let). Mezi další klimatotvorné faktory patří vliv zemského magnetického pole a gravitační efekt díky rozdílné rotaci planet. Dále gravitace Slunce a Měsíce a působení odstředivé síly na zemský povrch, projevující se zejména jako mořské dmutí. Jako vnitřní faktory ovlivňující klima můžeme označit zejména tektonické pochody, vulkanickou erupci a oceánskou cirkulaci. V roce 1816 zažila Evropa „rok bez léta“. Vlivem rozsáhlých sopečných výbuchů v Indonésii se do ovzduší dostalo množství prachu, které způsobilo celosvětové ochlazení z důvodu nižšího množství dopadajícího slunečního záření, odráženého prachovými částicemi zpět do prostoru. Důsledkem toho se Anglie v tomto roce dočkala sněhu i v červnu.

4.2.2. Lidské aktivity ovlivňující klima Ačkoli se v současnosti nacházíme v době teplé meziledové má určitý podíl na globálním oteplování i člověk. „Za posledních 150 let se zvýšily celkové průměrné roční teploty v nižších vrstvách atmosféry o 0.6 ± 0,2 °C“ (Hardy, 2003, s. 40), což není nijak velká hodnota, zarážející je však rychlost s jakou se 14

tak děje. Zatímco přirozené kolísání klimatu představuje změnu teploty v průměru o 3 °C za deset tisíc let, některé prognózy počítají se vzrůstem teploty během následujících 100 let o 2 až 6 °C (IPCC 1996). V minulosti sice byly i rychlejší změny teploty, to ale vždy souviselo s nějakou výraznou událostí, např. zvýšené sopečné činnosti. Před 15 000 roky se po poslední době ledové začala planeta opět ohřívat. Táním ledovců, velké množství sladké vody odteklo do Severního ledového oceánu, čímž se snížil zdroj pro pohon termohalinního proudění (systém hlubokomořských proudů), které se následně zastavilo. Výsledkem bylo chladnější podnebí o 6 °C, ke kterému došlo během 1 500 let. Jakmile se vody promíchaly a vyrovnala salinita, proudění se obnovilo a teploty vzrostly během 20 let o 5 – 10 °C. Dnes se žádné takové výrazné události neregistrují, a proto je více než pravděpodobné, že za současnou změnou klimatu stojí ve velké míře sám člověk. Nehledě na to, že výrazný růst v současnosti pozorovaných ukazatelů se až nápadně kryje s počátkem průmyslové revoluce. Koncentrace CO2 stoupala od dob průmyslové revoluce z 280 ppm (parts per million by volume = objemová milióntina látky v jednotkovém objemu jiné látky) na současných 350 ppm (Hardy 2003). Zdvojnásobení koncentrace se předpokládá v lepším případě do roku 2050, v horším do roku 2030. Dnes stoupá koncentrace CO2 rychle, protože rapidní vzrůst spotřeby fosilních paliv a kácení pralesů vedou ke snížení redukce CO2 v atmosféře fotosyntézou. Oxid uhličitý však není jediný důležitý antropogenní produkt, jehož koncentrace se v atmosféře zvýšily zejména spalováním fosilních paliv. Jiné plyny, např. oxid siřičitý (SO2) a oxidy dusíku (označované obecně NOx) se taktéž uvolňují při spalováni fosilních paliv. Největšími producenty těchto látek jsou tepelné elektrárny. Oxidy dusíku, které ničí ozon ve stratosféře, produkují mimo jiné spalovací motory. Člověk začal ovlivňovat Zemi již od dob počátku domestikace zvířat. Jednak to bylo vznikem sídel a jednak potřebou zajistit potravu těmto domestikovaným 15

zvířatům i sám sobě. Uvádí se, že už ve středověku, kdy bylo dřevo hlavním stavebním materiálem, klesl podíl zalesněných ploch v Čechách na třicet procent, což odpovídá dnešnímu stavu. Nejedná se tedy o současné omezení problému na kácení pralesů v tropických krajích. Velká část evropských lesů byla vykácena již Římany, například pro dřevo na stavbu lodí. S růstem počtu obyvatel rostly nároky na zajištění stravy. Přibývaly pastviny a s rostoucí potřebou potravin rostly i osevní plochy, lesy se měnily v pole. V současnosti se pole mění v betonovou zástavbu. V souladu s globalizačním trendem se zkracují vzdálenosti a to vyžaduje nové silnice, přímější a rychlejší železniční koridory. Množství sluneční energie absorbované trávou, plodinami, pouští a zastavěnými plochami je menší, než v případě původních pralesů. Navíc holé plochy zachycují méně vláhy než hustý porost. Povrchová voda tedy spíše stéká po povrchu a způsobuje záplavy a erozi půdy. Půdní eroze napomáhají vzrůstu prachových částic v atmosféře, které se podílejí na zvýšení skleníkového jevu. Také spolupůsobí při tvorbě mraků. Tvorba umělých nádrží pro zavlažování či hydroelektrické účely, ovlivňuje lokální teplotní bilanci a intenzitu výparu. Zavlažování se podílí na změně původního vegetačního krytu. S rozvojem měst se objevuje fenomén tzv. teplotních ostrovů, jejichž teplota je podstatně vyšší než teplota okolí. Tento efekt vzniká komplikovanou strukturou měst, která rozptyluje záření, dále teplem vytvořeným lidskými aktivitami ve městě a nakonec již zmíněnými lokálně zvýšenými koncentracemi skleníkových plynů.

4.3. Důsledky kolísání klimatu Zcela zřetelným důsledkem nadměrného vypouštění látek pocházejících z antropogenní činnosti do atmosféry, je úbytek ozonové díry. Ta byla v 50. letech objevena nad Antarktidou a příčiny se později přisoudily oxidům dusíku a rozkladným procesům CFC (freony). Efekt těchto látek je závislý na výšce jejich 16

výskytu v atmosféře. Je-li koncentrace freonů vysoká v troposféře, pak napomáhají vzniku ozonu, naopak vysoká koncentrace ve stratosféře vede k jeho destrukci. Ozon ve stratosféře absorbuje přicházející UV záření. Působí jako filtr, který toto záření pohlcuje, takže na zemský povrch pak dopadá asi jen jedno procento z původního množství UV záření. Dokonce i malé snížení v koncentraci ozonové vrstvy by mohly přivodit podstatné problémy. Krátkovlnné záření poškozuje buňky živých organizmů. U člověka se nejčastěji vyskytuje poškození očí a kůže. U některých rostlin dochází k potlačení růstu a vysoké hladiny UV záření ničí plankton. Nesporným důsledkem zvýšení emisí skleníkových plynů do atmosféry jsou rostoucí povrchové teploty Země. Skleníkové plyny pomáhají zachycovat dlouhovlnné záření od zemského povrchu, které potom rozptylují a odrážejí zpět, čímž se zahřívá spodní vrstva atmosféry (troposféra). Měření tento trend potvrzuje stejně jako předpokládaný teplotní úbytek ve vyšších vrstvách atmosféry (stratosféře), což může být částečně způsobeno i úbytkem ozonu. Zvýšené množství aerosolových částic v atmosféře narušuje rovnováhu mezi přicházející sluneční radiací a zářením odraženým od Země, čímž dochází ke změnám v insolanci zemského povrchu. Se změnami insolance souvisí výpar. Vypařování je nejvyšší v teplých vodách nízkých zeměpisných šířek, kde je také nejvyšší sluneční svit. Atmosférická cirkulace má sklon tuto vlhkost přenést do vyšších vrstev atmosféry, kde se vodní páry ochladí a kondenzují. Vodní páry jsou také významným „skleníkotvorným“ činitelem. Z celkového tepla, které nad zemí zadrží skleníkové plyny, zachytí vodní páry celé dvě třetiny. Zvýšená teplota a tedy i výpar by měly znamenat vzrůst oblačnosti v mírných zeměpisných šířkách. Obecně oblaka přes zimu a v noci odrážejí tepelné záření ze země a naopak v létě a přes den odráží sluneční záření zpět do vesmíru. V prvním případě tedy pomáhají udržet teplo, v druhém případě brání zahřátí zemského povrchu. Snižují se tak rozdíly teplot mezi dnem a nocí, stejně jako mezi létem a zimou. 17

Jak již bylo řečeno vodní páry se ve vyšších zeměpisných šířkách ochladí a kondenzují, vzniká déšť. Celkové srážky se od roku 1990 zvýšily asi o 2 % (Folland at al. 2001). Předpokládá se, že množství srážek by mělo růst od 30° zeměpisné šířky a klesat mezi 5° – 30° z. š. Sezónní srážky mohou v některých oblastech způsobovat záplavy, jinde jejich nedostatek způsobuje extrémní sucha. Některé skleníkové plyny při reakci s vodou produkují kyseliny, které způsobují kyselý déšť, který má negativní dopad na vegetaci. Kromě produkce kyselých dešťů hrají také důležitou roli v tvorbě sírových částic, které jsou podstatou mikroskopických jader oblačných kapek. Tím podstatně mění charakter oblaků a tím i radiační bilanci. Od roku 1980 se častěji vyskytuje jev ENSO (El Niňo Southern Oscillation, viz. kap. 6.7.) a trvá déle. Vědci předpokládají, že to částečně souvisí s globálním oteplováním. Jestliže se vzduch stává rok od roku teplejším, lze předpokládat, že se bude oteplovat i pevnina a to rychleji než moře. Zvýší se tak tlakové rozdíly mezi tlakovou níží nad pevninou a tlakovou výší nad mořem. Tento přirozený atmosférický gradient pohání pobřežní větry, které automaticky zesílí. Atmosférická cirkulace má vliv i na mořské proudy. Zvýší-li se výstup chladných vod, studená voda se bude méně vypařovat. Sucha a silné pobřežní větry jsou pak ideální podmínky pro šíření požárů. Ve spojitosti se změnou klimatu se často mluví o tání ledovců. Tento trend je dobře pozorovatelný v evropských Alpách. V Africe ztratil za posledních 100 let ledovec hory Kilimandžáro 80 % ze svého objemu. Stejně tak klesá i rozloha mořského ledu. Úbytek na severní polokouli činí za půl století asi 15 %. Ze zápisů velrybářských lodí vyplývá, že okraj Antarktického ledovce se od roku 1950 posunul v průměru mezi říjnem a dubnem o 2,8° jižněji. Mezi další projevy patří dřívější tání sněhu. V Kanadě se jako odezva na nižší teploty posouvá hranice permafrostu více na sever. Proti celkovému trendu stojí přibývání ledovce v některých částech Grónska, v důsledku větších sněhových srážek ve vyšších

18

zeměpisných šířkách. Většina Grónska leží v teplotách pod bodem mrazu a sníh se tak může hromadit a měnit v led. Táním ledovců se uvolňuje do oceánu množství vody, které ledovce dříve držely v pevné formě. Zvyšuje se tak hladina světových oceánů. Uvádí se však, že voda z pevninských ledovců představuje jen jednu třetinu z celkového vzrůstu hladiny. Zbývající dvě třetiny způsobuje rozpínání vody při jejím zahřátí. Zvýšená hladina může znamenat nebezpečí pro některé přímořské státy. Ekonomický a humanitní dopad na hustě zalidněné chudé země jako Bangladéš, by byl katastrofální. Ve spojitosti s teplejší povrchovou teplotou oceánů byla zaznamenána nižší hojnost některých ryb ve světových lovištích. Dochází také k poškození korálů. Řasy korálů obsahují mikroskopickou fotosyntetickou tkáň, která při vyšších teplotách odumírá nebo v lepším případě „pouze“ zbělá čímž se snižuje fotosyntetická schopnost. Studia probíhající od roku 1971 v Anglii odhalila, že 20 z 65 druhů ptáků posunulo v průměru o osm dní dříve kladení vajec. Podobná situace je u obojživelníků. Posuny ledovců mohou znamenat narušení potravinového řetězce. Ryby profitující ze studené vody, které nejsou prostorově omezené ji následují. Živočichové které se těmito rybami živí a mají geneticky zakódované tradiční loviště, najednou vymírají díky nedostatku potravy v těchto lovištích. V teplejších a sušších letech přežívá větší počet škůdců, které následně ničí boreální stromové monokultury. Příkladem jsou čtyři miliony akrů odumřelých smrků na Aljašce.

19

5. Dálkový průzkum a studium klimatu Družice pro výzkum krajinné sféry a životního prostředí představují jeden z nejdůležitějších zdrojů informací pro studium klimatu. Klasické metody, ať už pozemní staniční síť nebo radiosondy, představují bodové měření reprezentativní pouze pro danou lokalitu. Družice poskytují velkoplošné spojité informace, proto jsou v současnosti základním nástrojem k monitorování globálních změn klimatu. Rychle rostoucí úloha meteorologických družic vedla k stále těsnější spolupráci. Nejvýše v hierarchickém uspořádání stojí jednotlivé programové organizace OSN jako World Meteorological Organization (WMO), která představuje základní složku pro současné i budoucí pozorovací systémy, dále United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO), United Nations Environment Programme (UNEP) a International Council for Science (ICSU). Také se angažují: Committee on Peaceful Users of Ounter Space (COPUOS), Committee for Earth Observations Satellites (CEOS), Integrated Global Observing Strategy (IGOS). Spolupráce je dnes v podstatě institucionalizována v podobě World Meteorological Organization Satellite Activities Programme (WMOSA). Ta si klade za cíl užší sepětí družicových pozorování s ostatními pozorovacími programy v rámci Global Observing System Programme (GOS). Činnost provozovatelů

meteorologických

družic

je

částečně

koordinována

prostřednictvím Co-ordination Group for Meteorological Satellites (CGMS).

5.1. Programy zaměřené na studium klimatu World Climate Programme (WCP) byl ustanoven na první světové klimatické konferenci v roce 1979 v Ženevě. Vznikl jako odezva na vědomí rostoucího oteplování planety a na skutečnost, že kolísání klimatu má často nepříznivé hospodářské důsledky. Úkolem je vytvořit účinné mezinárodní vedení v oblasti sledování podnebí a zajistit autoritativní mezinárodní vědecký ohlas. Mimo jiné

20

se také snaží o zřizování „databank“, které by obsahovaly informace o klimatu pro budoucí generace. World Climate Research Programme (WCRP) jako složka světového programu klimatu, koordinuje výzkum a hledá na vědecké úrovni porozumění úplnému klimatickému systému. Program, který vznikl v roce 1980, postavený na vědeckých základech jeho předchůdce - Global Atmospheric Research Programe (GARP), má prozkoumat, nakolik se dá předvídat vývoj klimatu, jak velkou roli v tvorbě podnebí hraje člověk a vyhodnotit citlivost klimatu na přirozené i umělé vlivy. WCRP ručí za řadu analýz souborů dat pro klimatická diagnostická studia. International Geosphere-Biosphere Program (IGBP) byl založen v roce 1986 jako výzva k zachování celosvětového udržitelného rozvoje. Vědeckým cílem programu je popsat a rozumět interakčním fyzikálním, chemickým a biologickým procesům, které řídí úplný klimatický systém. Posláním IGBP je pomáhat lidské společnosti vyvíjet se v souladu s přírodními zákonitostmi. Vizí budoucnosti je změnit průmyslové systémy a kulturní hodnoty tak, aby bylo z hlediska životního prostředí dosaženo předindustriálního stavu. IGBP vydává velké množství publikačních materiálů, kde prezentuje získaná data, představuje výzkumné nástroje a nejnovější výsledky vědeckého výzkumu formou knih nebo účelových publikací. Jako doplněk k programům IGBP a WCRP byl v roce 1990 ustanoven International Human Dimension Programme on Global Environmental Change (IHDP). Již od počátku byl pojat jako vyčerpávající multidisciplinární a mezinárodní vědecký program, který koordinuje a podporuje výzkum. Základní otázky, které jsou kladeny v rámci programu jsou: Do jaké míry přispívá lidská společnost ke změnám klimatu? Jak tyto změny působí na lidi a společnost? Jaké jsou prostředky pro lidi a společnost, které by umožnily zmírnit či přizpůsobit se takovým změnám? Program zaměřuje svou pozornost na procesy, které jsou kumulativní nebo překračují oblastní či národní hranice. Nicméně, výzkum je začleněn do národních struktur. Vyhledává a vybízí ke spolupráci a integraci,

21

podporuje zřízení vědecké sítě užitečné pro jednodušší komunikaci, získává fondy pro výzkum. Program DIVERSITAS je poslední z této skupiny základních programů zaměřených obecně na otázky klimatu. Vznikl v roce 1991. Zkoumá přírodní odlišnosti, biologickou různorodost jako důsledek rytmu evoluční ekologické dynamiky, ale také působení lidské činnosti. Spojuje biologické, ekologické a společenské vědy, které tvoří základ pro porozumění změn biodiverzity a projevu těchto změn jako celku. Vědci se domnívají, že při hlubší znalosti zákonů biodiverzity budeme více schopni zajistit dostatek přirozených zdrojů. Proto se snaží na základě výsledků vědeckých výzkumů oslovit vládní a politické činitele a přimět je změnit politická rozhodnutí ve prospěch přírodních principů biologické různorodosti. DIVERSITAS, IGBP, WCRP a IHDP jsou sdruženy v Earth Systém Science Partnership (ESSP). Global Climate Observing System (GCOS) byl ustanoven v roce 1992 pod patronací WMO, IOC, UNEP a ICSU. GCOS je základní kostra pro integrování národních a mezinárodních meteorologických pozorování za účasti všech členských zemí WMO. Nerealizuje přímo výzkum ani negeneruje data, snaží se spíše rozvinout podmínky pro nezbytná systematická pozorování a uvést je v činnost. Určuje počáteční požadavky pro pozorovací sítě, včetně družic. GCOS přispívá k růstu profesních schopností pracovníků v rozvojových zemí, umožňuje jim účastnit se pozorování a rozboru činností, a zlepšit vystupování v národních záležitostech. Dále pomáhá identifikovat priority pro modernizaci pozorovacích systémů a možnosti jejich financování. Kromě výše zmíněných existují i jiné organizace s podobnou náplní práce, např: US Climate Change Science Program, US Global Change Research Program a další. Na tomto místě je nutné uvést také dva důležité „podprogramy“, a to Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), který byl zřízen v roce 1988, jehož hlavní činností je předkládat v pravidelných intervalech odhad stavu 22

změn podnebí. Připravuje vědeckotechnické a sociohospodářské zprávy důležité pro porozumění klimatických změn a jejich možných dopadů. Zprávy se týkají témat, kde je nezbytné nezávislé vědecké posouzení. Řada z vydávané vědeckotechnické literatury je komerčního charakteru. První zpráva byla dokončena v roce 1990 a měla zásadní vliv na inicializaci Mezivládního vyjednávacího výboru pro Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu (UNFCC), které byly přijaty v roce 1992 a vstoupily v platnost v roce 1994. Na základě jejich vyjednávání řada vlád souhlasila se smlouvu zvanou Kjótský protokol, který si klade za cíl snížení emisí skleníkových plynů. Protokol vstoupil v platnost 16. února 2005. Nová zpráva o ochraně ozonové vrstvy a celosvětového klimatického systému byla přijata v Addis Abeba 8. dubna 2005. Následující, čtvrtá zpráva má být předložena v roce 2007. Úkolem výše zmíněných programů je získat údaje o fyzikálním a chemickém prostředí, procesech v přírodních systémech, o společenských a ekologických silách. Děje se tak na základě slučování informací získaných pomocí běžných postupů a dat ze současných i plánovaných satelitních systémů. Sběr dat je plánován přes moderní informační zdroje jako je internet nebo opět prostřednictvím satelitní techniky. Mnoho rozvojových zemí zatím nemá přístup na Internet, a proto se předpokládá, že do konce století bude navázáno telekomunikační spojení i s takovými lokalitami, a to prostřednictvím družic s nízkou oběžnou drahou (LEO). Svým dílem přispějí i družice Globálního telekomunikačního systému (GTS).

5.2. Programy zaměřené na studium jednotlivých složek ÚKS V této a následující kapitole jsou vyjmenovány a popsány základní programy a experimenty týkající se studia ÚKS. Kapitoly popisují stručně zaměření a cíle jednotlivých programů. Předmětu jejich studia je věnována kapitola 6.

23

Global Atmosphere Watch (GAW) Snaží se lépe porozumět chování atmosféry a jejího spolupůsobení s oceány a biosférou. Nejdůležitější je vztah mezi proměnami atmosférického složení, a změnami celosvětového a oblastního podnebí. Konkrétně dopad změn v podnebí na chemické složení ovzduší, utváření povrchové ozonové vrstvy a atmosférický transport. Global Ocean Observing System (GOOS) Společenské prospěchy závisí na moudrém užívání moře a předpokládá se, že hospodářský význam oceánů pude v budoucnu spíše růst než klesat. Proto byl v roce 1991 vytvořen program GOOS jako odezva na přání mnoha národů zlepšit správu moří a oceánů a sloučit potřeby pobřežních států s principy udržitelného rozvoje. K činnostem GOOS patří také získávání informací pro předpovídání dlouhodobých změn podnebí. Jako příklady lze uvést pozorování změn jevu El Niňo nebo masivního přesunu sardinek a ančoviček za poslední desetiletí Hydrology and Water Resource Programme (HWRP) Vznik HWRP sahá až do roku 1946, kdy byla ustanovena Hydrologická komise, která po založení WMO pokračovala jako HWRP. Program se soustředí na měření základních hydrologických elementů, sběr, zpracování, skladování a následnou analýzu dat a prognózu. Global Terrestrial Observing System (GTOS). Jeho cílem je zlepšit a rozšířit získávání informací o suchozemských ekosystémech. Byl ustanoven v lednu 1996 a hledá odpovědi na otázky:

➢

jaký dopad má změna využívání půdy a její degradace na udržitelný rozvoj,

➢

kde, kdy a o kolik bude poptávka po sladké vodě vyšší než jaké jsou její zdroje, 24

➢

zda může půda poskytnout dostatek potravy pro budoucí světovou populaci,

➢

kde a kdy toxické znečišťování ohrozí zdraví lidí i životního prostředí a ekosystémy, které už nebudou schopny znečišťující látky detoxikovat,

➢

kde mizí některé biologické zdroje a jak ovlivňuje změna podnebí suchozemské ekosystémy?

5.3. Projekty a experimenty

ACSYS - Arctic Climate Study Úkolem je zjistit úlohu Arktidy v globálním podnebí. Porozumění vzájemného působení mezi Severním ledovým mořem, ledovou pokrývkou, atmosférou a hydrologickými cykly CliC - Climate and Cryosphere Projekt se zaměřuje na všechny složky kryosféry: sněhovou pokrývku, mořské, jezerní a říční ledy a ledovce, horské ledovce, pevninské ledovcové příkrovy a permafrost. Hlavním cílem je kvantitativně určit vlivy na podnebí, proměnlivost a následky těchto vlivů pro klimatický systém. Dodatečný cíl je určit stabilitu celosvětové kryosféry. Projekt byl ustanoven v březnu 2004. CLIVAR - Climate Variability and Predictability Projekt je zaměřený na proměny atmosféry, zemského povrchu, oceánů, ledových ploch a bioty a na předpověditelnost jejich změn. Má úspěchy v předpovědi intenzity každoročních monzunových cyklů, které vzešly s úspěšné činnosti dřívějšího programu Tropical Ocean and Global Atmosphere (TOGA), který probíhal v letech 1985 - 1994. Soustředí se na dlouhodobé předpovědi v časovém horizontu desítek nebo sta let, ale i na krátkodobé sezónní předpovědi.

25

GCTE – Global Change and Terrestrial Ecosystems Projekt byl dokončený v prosinci 2003. Vědci studovali důsledky změn podnebí na struktuře a fungování pozemních ekosystémů, a jak tyto ekosystémy zpětnovazebně ovlivňují ovzduší a fyzický klimatický systém. Jednalo se konkrétně o studium: ➢

uhlíkového cyklu Země,

➢

floristické dynamiky a procesů které je řídí v regionální a celosvětové míře, s důrazem na terénní procesy a vzorce,

➢

účinků celosvětové změny potravinových produkčních systémů s přidruženými škodlivými vlivy, jakými jsou hmyz nebo nemoci a jejich biogeochemické následky.

GEWEX - Global Energy and Water Cycle Experiment Tento experiment si klade za cíl pozorovat, rozumět a modelovat hydrologické cykly a energetické toky v ovzduší, nad zemským povrchem a v horních vrstvách oceánů. Předpovědět pomocí vhodných modelů, změny celkového vodního režimu, jejich vliv na dynamiku atmosféry, změny regionálních hydrologických procesů, na vodní zdroje a jejich odezvu na přírodní prostředí. Modelovat celosvětové srážky a vypařování, stejně jako působení mraků na atmosférické záření. Studuje dynamiku a termodynamiku ovzduší a vzájemné působení se zemským povrchem. V první fázi experimentu se využívalo stávajících družic jako TERRA, AQUA, TRMM, ENVISAT, ADEOS I a II, ale pro další fázi se již plánuje využití dat z družice nové (4DDA?). GLOBEC – Global Ocean Ecosystem Dynamics Byl vytvořen kvůli porozumění struktury a fungování celosvětového oceánského ekosystému. Soustředí se na zooplankton a hlavní masožravce, kteří se jím živí a na jejich úlohu ve fungování mořského ekosystému. Zooplankton je důležitý jako cesta pro transport uhlíku skrz mořský ekosystém do fotosynteticky vyrobené organické hmoty. 26

IGAC – International Global Atmospheric Chemistry Aktéři projektu chtějí přesně určit celkové rozložení krátko i dlouhodobě existujících chemických prvků v ovzduší a dokumentovat jejich proměnnou skladbu v čase a hlavně předpovědět chemické složení ovzduší na přicházející desetiletí. Zaměřují se na chemickou skladbu v troposféře, tok chemických prvků do a z troposféry a procesy ovládající transport a přeměnu chemických prvků v troposféře a jejich vliv na celkovou kvalitu vzduchu. JGOFS – Joint Global Ocean Flux Study Oceány obsahují 50 x více CO2 než atmosféra. Již malé změny v cyklu oceánského uhlíku mohou ovlivnit celý jeho cyklus. Budoucnost chování oceánu ve vztahu k uhlíku je nejistá a mohla by mít kritický účinek na poměr CO 2 v ovzduší. Cílem JGOFS tedy bylo zlepšit naši znalost procesů které řídí výměnu uhlíku mezi ovzduším a oceány. Projekt byl ukončen v prosinci 2003. LOICZ – Land-Ocean Interactions in The Coastal Zone Projekt zahájil svou činnost v roce 1993 založením mezinárodního projektu v Nizozemí a byl finančně podporovaný nizozemskou vládou. Soustřeďuje se na oblasti, kde přichází do styku pevnina, moře a vzduch. Tedy na to, jak jednotlivé složky ovlivňují pobřežní oblasti, a tím lidskou činnost. Pozornost věnuje také vlivům, které působí na povodí řek a mají vliv na tok materiálu z řek do moře, jeho zachycení na pobřežních šelfech a způsobu přetvoření, či využití tohoto materiálu. Nezapomíná ani na zranitelnost pobřežních ekosystémů. LUCC – The Land Use and Cover Change Známe sice rozlohu pastvin, lesů atd. v některých zemích, ale celosvětová mapa zemědělství neexistuje a proto nemůžeme přesně modelovat správné využití země. Úkolem LUCC je sledovat využití země a zemského pokryvu, změny jejich dynamiky a hnacích sil ve vztahu k celkovým klimatickým změnám, prozkoumat a zdokumentovat jejich časové a zeměpisné aspekty. 27

SOLAS – Surface Ocean-Lower Atmosphere Study Jde o relativně novou mezinárodní iniciativu. Zkoumá vzájemné biogeochemické a fyzikální působení a zpětné vazby mezi oceánem a ovzduším a způsob, jak párový systém působí na přírodní změny. Sledují se: ➢

emise stopových plynů důležitých pro chemické procesy v atmosféře,

➢

ukládání živin, které řídí mořskou biologickou činnost,

➢

výměnné procesy v rámci atmosféry a moře,

➢

vzájemný vztah a úloha horizontálního a vertikálního transportu,

➢

přeměny v atmosférických a oceánských hraničních vrstvách,

➢

závislost mechanismu tohoto meziplošného přenosu na fyzikálních, biologických, a chemických činitelích.

Výměna CO2 mezi atmosférou a oceány, je klíčová v globálním cyklu uhlíku. Pozoruje se biologická absorpce, respirace, mořské vápenatění a promíchávání CO2 v horních vrstvách oceánů, z důvodu lepší předpověditelnosti množství absorpce uhlíku v 21. století. SPARC – Stratospheric Processes and their Role in Climate Stratosférické procesy hrají významnou úlohu v podnebí Země. Koncentrace některých stratosférických plynů, hlavně ozonu, kysličníku uhličitého a vodní páry, určuje významně podmínky záření, stejně jako vzájemné dynamické působení mezi stratosférou a troposférou. Hlavní iniciativy projektu jsou: ➢

odhalení stratosférických teplotních trendů, trendů ve vertikálním rozložení ozonu,

➢

množství a rozložení aerosolů a složení vodní páry,

➢

popis dynamiky, transportu, chemických a mikrofyzických procesů v dolní stratosféře a vrchní troposférě

➢

zkoumání vlivu oscilačních procesů, 28

➢

na základě získaných parametrů modelovat stratosférické procesy a jejich vliv na podnebí.

5.4. Satelitní operátoři a jejich mise Provoz družic zajišťují operátoři, resp. kosmické agentury. Nejvýznamnější jsou americká NASA, NOAA/NESDIS, evropská ESA a EUMETSAT, francouzská CNES, kanadská CSA, japonská JAXA/NASDA a další. Jejich prvotním cílem je výzkum leteckých a vesmírných technologií, které potom slouží jako prostředky k dosažení cílů jednotlivých mezinárodních programů, projektů a experimentů. Kosmické agentury mají i své vlastní výzkumné programy, jako např. NASA`s Earth Science Enterprise (ESE) a jeho klíčový prvek Earth Observing System (EOS) nebo Earth System Science Pathfinder. Evropská vesmírná agentura (ESA) má podobný program Living Planet Programme s částmi Earth Watch a Earth Explorer. Činnost těchto programů je obdobná. Současný systém meteorologických a výzkumných družic tvoří tři základní kategorie: ➢

operativní na nízkých polárních drahách (např. NOAA a plánované METOP – Eumetsat),

➢

operativní na geostacionární dráze (NOAA – GOES nebo satelity druhé generace od Meteosat – MSG),

➢

výzkumné a vývojové označované jako Research and Development R&D (Aqua, Terra, Aura, apod.).

Přitom právě družice R&D hrají stále významnější roli a přístroje na nich jsou klíčové v monitorování ÚKS.

29

NASA - National Aeronautics and Space Administration Tab. 1

NASA – základní mise pro studium klimatu

Družice

Start

Hlavní zaměření

ERBS

1984

Ozonová vrstva

EarthProbe

1996

Záření, albedo

OrbView - 2

1997

Radiace moří, aerosoly nad oceány, chlorofyl

TRMM

1997

Monitoring tropických pralesů

AcrimScat

1999

Měření sluneční energie

LANDSAT 7

1999

Digitální snímky zemského povrchu

QuickScat

1999

Rychlost větru, varování před bouří

Terra

1999

Data o atmosféře, záření a pokrytí země

GRACE

2001

Gravitační pole Země

IceSat

2001

Stav ledovců, oblačnost v polárních oblastech

Aura

2002

Chemie a dynamika atmosféry

CloudSat

2003

Vertikální struktura oblaků

Aqua

2004

Vliv oceánů na klima

Calipso

2005

Aerosolové částice

Tab. 2

NASA – budoucí mise pro studium klimatu

Družice

Start

Hlavní zaměření

Aquarius

2008

Měření mořské povrchové salinity

OCO

2008

Atmosférický CO2

OSTM

2008

Měření výšky hladiny moří

GPM

2010

Srážkové charakteristiky

Hydros

2010

Změny salinity, zamrzání a tání ledovců

NOAA – National Oceanic & Atmospheric Administration NOAA/NESDIS používá satelity s geostacionární dráhou GOES a polární dráhou POES, dále v rámci Defence Meteorological Satellite Program (DMSP) satelity s označením F a pořadovým číslem. Nejnovější je F 16, startoval v roce 2003. Na říjen roku 2006 je plánován zkušební let nového typu satelitu NPOESS. 30

Satelity s polární dráhou poskytují data pro analýzy a předpovědi klimatu, měření povrchových teplot oceánů a průzkum jejich dynamiky, měření teplot a vlhkosti atmosféry, pro analýzu globální vegetace a monitoring vulkanických erupcí i detekci lesních požárů. Tyto satelity nesou označení NOAA. První odstartoval v roce 1979 pod názvem TIROS, Poslední s označením NOAA 18 v květnu 2005. Jsou určeny primárně pro meteorologické účely, ale jejich data se používají i pro studium ÚKS. Monitorují např. stav vegetace, sněhovou pokrývku, vlhkost vzduchu a jevy jako záplavy, požáry a písečné bouře. Geostacionární družice monitorují oblačnost během bouří a vichřic, stejně jako množství a celkovou rozlohu sněhové pokrývky. Informace se používají pro výstrahu před záplavami během bouří a při jarním tání sněhu. Zaznamenávají i sněhovou pokrývku a pohyby mořského ledu. Zatím poslední družice s označením GOES 12 (M) odstartovala v roce 2001. Start další s označením GOES N je plánován na rok 2006. DMSP jsou vojenské satelity, ale data jsou běžně využívána i pro vědecké účely, např. monitoring oblačnosti, ledu, sněhu, vodních proudů, snímají povrchovou teplotu oceánů a jiné charakteristiky. Nejnovější družice National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System Obr. 1: NPOESS – přístroje (US Department of Commerce, NOAA)[5]

bude určena především pro studium klimatu. Na její palubě budou tyto přístroje (obr. 1). Přístroj OMPS bude denně informovat o

celkovém stavu ozonové vrstvy a jeho vertikální struktuře. CRIS a ATMS mají za úkol shromáždit data o atmosféře pro lepší výpočet teplotních a vlhkostních profilů. ERBS bude sledovat záření ze Země. Mikrovlnný obrazový a zvukový snímač CMIS bude poskytovat data o teplotě atmosféry a vlhkosti, oblačnosti, atmosférické cirkulaci atd. VIIRS má za úkol shromáždit snímky a radiometrická

31

data o atmosféře, záření, oblačnosti, čistotě vzduchu a moří, povrchové teplotě oceánů a jejich zbarvení. Pozn. Seznam ostatních přístrojů na palubě nejdůležitějších družic pro studium klimatu je v příloze č. 1 a 2. ESA - European Space Agency Tab. 3: Plánované mise ESA v rámci Earth Explorer

Družice

Start

Hlavní zaměření

GOCE

2006

Gravitační pole Země a jeho vlivu na oceány

SMOS

2007

Tvorba map salinity oceánů

ADM-AEOLUS

2008

Atmosférická dynamika – profily větrů

Swarm

2009

Dynamika magnetického pole a jeho vliv na klima

EarthCARE

2012

Saldo záření a jeho vliv na klima

Tab. 4: ESA – mise v rámci Earth Watch a jiné

Družice ERS 1,2

Start

Hlavní zaměření

1991,95 Povrchová teplota oceánů, povětrností podmínky nad oceány, topografie, přírodní katastrofy

Proba

2001

Snímky zemského povrchu z více úhlů

Envisat

2002

Souvislé pozorování země, atmosféry, oceánů a ledové pokrývky

FuegoSat

2006

Monitoring lesních požárů

EGPM

2008

Sněhové a dešťové srážky, monitoring bouří

EUMETSAT Společnost EUMETSAT provozuje satelity Meteosat a jejich osmá série má současně označení Meteosat druhé generace (MSG). Tato družice nese důležitý přístroj pro studium klimatu – radiometr GERB (Geostationary Earth Radiation Budget), který měří celkové záření na horní hranici atmosféry, které představuje energetický zdroj pro celý klimatický systém.

32

Ostatní agentury Ruská družice Meteor 3M (N1) nese některé přístroje z produkce NASA. Měří teplotu, poskytují vlhkostní profily, vertikální strukturu aerosolů a ozonu, sleduje oblačnost a jiné. Další ruská družice OKEAN je více zaměřena na pozorování oceánů a jejich vliv na klima. Tento problém sleduje také společný projekt americké NASA a francouzské CNES, v rámci jejich mise TOPEX/Poseidon, kterou později nahradila mise JASON 1 a v budoucnu JASON 2. Tato francouzská společnost se angažuje spolu s NASA i v budoucím projektu Calipso a provozuje satelity SPOT, z nichž poslední s číslem pět odstartoval v roce 2002. Družice snímkuje zemský povrch. Kanadská CSA v roce 1995 vypustila družici RADARSAT 1 a na rok 2006 plánuje start RADARSAT 2. Členy WMO vesmírného programu jsou dále japonská JAXA s družicí GCOM a zejména Adeos 1,2, indická IMD s družicí INSAT, Korejská republika a jejich Comsat, dále čínská CMA.

33

6. Globální klimatické změny V této kapitole jsou popsány globální změny vybraných meteorologických prvků a nejdůležitějších klimatotvorných činitelů.

6.1. Atmosféra Atmosféra je směs plynů, kapalných a tuhých částic. Některé atmosférické plyny a částice způsobují skleníkový efekt, tedy zvýšení teploty, nebo působí jako kondenzační jádra, která mají vliv na formování oblačnosti. Oblačnost ovlivňuje radiační bilanci Země. S tím úzce souvisí cirkulace atmosféry, která přenáší obrovské množství energie a částic. Umožňuje přesouvat částice z místa jejich vzniku do jiných míst, kde jsou ukládány nebo využity. Bez této produkce by látky vznikaly i zanikaly na stejném místě. Další významnou funkcí atmosféry je vyrovnávání teplotních rozdílů.

6.1.1. Složení atmosféry Země představuje složitý provázaný geosystém. Změní-li se hodnota některého prvku v tomto systému, např. množství CO2 v atmosféře, pak je tím ovlivněna rovnováha celého systému. Díky zpětnovazebním mechanizmům je ale obtížné tuto rovnováhu narušit. Současná věda se snaží odkrýt tyto mechanizmy a pochopit vazby v cyklech jednotlivých prvků. Uhlíkový cyklus Na studium uhlíkového cyklu je zaměřená budoucí mise NASA Orbiting Carbon Observatory (OCO). Produktem budou přesné globální mapy množství CO2 v atmosféře. Vědci si od tohoto projektu slibují lepší porozumění přírodních procesů a vlivu lidských aktivit na distribuci oxidu uhličitého v atmosféře. Satelit ponese spektrometr měřící v pásmu blízkého infračerveného záření. Data budou

34

porovnávána s daty naměřenými jinými přístroji, zejména Atmospheric Infrared Sounder (AIRS). Uhlík je prvek nejvíce spojován se skleníkovým jevem. Mezi skleníkové plyny patří různé sloučeniny uhlíku, ale i dusíku, zejména CO2, CH4 a N2O. Na obrázku 2 vidíme historický vývoj koncentrací CO2 za 400 000 let (horní graf). Spodní graf ukazuje odchylky teploty v tomto období od současné průměrné teploty. Z obrázku vyplývá, že teplota úzce souvisí s koncentrací CO2 v atmosféře.

Koncentrace CO2 (ppm)

Odchylka teploty od současnosti

Roky

0 = 1950

Roky

0 = 1950

Obr. 2: Historický vývoj teploty a koncentrace CO2 v atmosféře (United Nations Environment Programme / GRID-Arendal)[6]

Za posledních 420 000 let byl celkový tok uhlíku mezi zemí a atmosférou a oceánem a atmosférou roven nule (Steffen 2004). Tak tomu bylo ještě i v předindustriální době. Mezi roky 1700 a 1960 se ale zvýšily celkové emise CO2 do atmosféry vlivem přeměny původního vegetačního krytu za kulturní plodiny. V nedávné době převýšila fotosyntéza respiraci a navzdory pokračující přeměně pokrytí ploch země v tropech, se země stala absorbujícím mechanismem (obr. 3).

35

6

Atmosféra 123

Fosilní paliva

Země

92

122 0,4

90

Oceán

Obrázek 3: Koloběh uhlíku v Pg za rok (Steffen et al. 2003, s. 193, podle Prentice et al. 2001)

Rostliny absorbují CO2 z atmosféry a přeměňují jej během fotosyntézy. Část je použita pro vlastní metabolismus v procesu autotropní respirace, kdy se CO2 uvolňuje zpět do atmosféry. Zbytek zvaný primární produkce je použitý na tvorbu listů, stonků a kořenů. Celkové množství uhlíku uloženého v biomase (500 Pg) je zanedbatelné vzhledem k množství, které je uloženo v oceánech. Přesto jde o důležitou složku protože umožňuje rychlé změny v závislosti na klimatu. Události jako bouře, napadení škůdci, sklizeň, či kácení lesů urychluje respiraci a tak obecně i oteplování. Uhlík se ukládá v půdě prostřednictvím mrtvých rostlin a živočichů a jako vedlejší produkt bakteriálního metabolismu nebo po požáru. Půdní hmotu není tak jednoduché vrátit do atmosféry jak je tomu u rostlinné biomasy proto působí jako střednědobý pufr. Intenzivní orba spolu s přesunutím velkého množství plodin uvolňuje CO2 z půdy. V půdě jsou 2/3 uhlíku z celkového terestriálního množství. Ve třech metrech je ho 2 340 Pg, v jednom metru 1 500 Pg (Steffen 2004 podle Batjese). Emise CO2 uvolněné díky změnám využívání půdy jsou odhadované na 1,7 Pg/rok za deset tel od roku 1990 (IPCC 2001a). Nejvíce CO2 v atmosféře je v prosinci až únoru nejméně v polovině roku. Platí to pro severní polokouli, na jižní je to obráceně, ale méně výrazné. Fotosyntetická aktivita na severní polokouli dosahuje maxima v květnu až září, kdežto respirace dosahuje maxima o tři měsíce později což se silně projevuje na 36

záznamu koncentrací CO2. Zvýší-li se teplota, zvýší se heterotropní respirace. Terestriální pohlcování uhlíku slábne během teplých suchých let (např. při El Niňo) a naopak roste během chladnějších, vlhkých let (při La Niňa, nebo v letech po erupci sopky Mt. Pinatubo). Vlhké tropické lesy absorbují 1 – 5,9 t C /ha/ rok u lesů mírných zeměpisných šířek je to 2,5 – 7 t a u boreálních 0 – 2,5 t (Bolin et al. 2000).

Obr 4: Trojrozměrný graf distribuce CO2 v povrchové vrstvě oceánů (NOAA/ESRL Global Monitoring Division)[7]

Velkým zdrojem uhlíku je oblast kolem rovníku. Je zde vysoká teplota a tak i velký výpar, stejně jako špatné podmínky pro rozpouštění uhlíku. Není zde mnoho fytoplanktonu, který by uhlík pohlcoval, ačkoli výstupné proudy přináší dostatek živin. Fytoplankton tyto živiny není schopen využít, protože má nedostatek železa. Naopak oblast velké absorpce uhlíku oceánem je severní Atlantik (viz. obr. 4), kam Golfský proud přivádí teplou povrchovou vodu, která se zde ochlazuje, což je ideální stav pro rozpouštění uhlíku. Navíc jsou sem atmosférou transportovány živiny včetně železa. Rostliny uvolňují přes 60 nestálých sloučenin obsahujících organický uhlík, jako uhlovodíky, alkoholy, mastné kyseliny a esterové sloučeniny. Až 30 %

37

každoročně uvolněného uhlíku do atmosféry se do ní může dostat touto cestou. Nestálý organický uhlík je často velice reaktivní v atmosféře s časem rozpadu hodin až týdnů a často hraje důležitou roli v regulaci troposférického ozonu, aerosolových částic a kysličníku uhelnatého. Základním pravidlem je, že produkce nestálých organických uhlíkových částic uvnitř chloroplastu rostlin a jejich emise do atmosféry je silně závislá na okolní teplotě (Scholes et al. 2003). Jedním z nejdůležitějších mořských organizmů redukujících obsah CO2 je mořská řasa Emiliania Huxleyi. Ta oxid uhličitý pohlcuje při fotosyntéze a zapracovává do tzv. kokolitů, což jsou okrouhlé destičky z uhličitanu vápenatého (CaCO3). Ty sedimentují po odumření na dno oceánů. Ničení mořské bioty, tedy může mít za následek poměrně silné narušení uhlíkového cyklu.

Obr. 5: Růst koncentrace CO2, N2O, CH4 a sulfátových částic v atmosféře a jejich radiační vliv (IPCC/TEAP)[8]

Na obrázku 5 vidíme, že se koncentrace CO2 výrazně zvýšily od začátku průmyslové revoluce, což dává tušit, že by za tímto trendem mohl stát člověk. Zároveň ale z grafů na obrázku vyplývá, že tento vzrůst zapadá do kontinuálního 38

průběhu klimatických změn, které se objevují s periodou 100 000 let. Jaký podíl na těchto změnách člověk tedy má? Částečnou odpovědí na tuto otázku je poměr izotopů v uhlíku. Při pálení fosilních paliv se uvolňuje málo izotopů C13, a 14, naopak z vulkanické erupce je hodně C13. Izotop C14 je neustále vytvářen v horních vrstvách atmosféry a je inkorporován do CO2 skrze chemické reakce v atmosféře. Potom se opět radioaktivně rozpadá. Na začátku prům revoluce byl tento stav v rovnováze. Dnes je uhlík v atmosféře ochuzen o izotop C14. Změny v cyklu uhlíku nejsou způsobeny jen pálením fosilních paliv, ale i pálením biomasy a změnou původního pokryvu země. Každoroční pálení biomasy, zejména pro získání zemědělské půdy, se za poslední století zvýšilo o 30 – 50 % (Scholes et al. 2003). Přičemž odlesňování a zvýšené spalování biomasy přispívá do celkového toku CO2 do atmosféry asi 1/5 (IPCC 2001a). Požáry ovlivňují složení atmosféry díky emisím plynů a aerosolových částic. Spalování živé a uhynulé organické hmoty uvolňuje řadu stabilních a reaktivních plynů do atmosféry. Jaké a v jakém množství záleží na složení hořící biomasy, teplotě ohně a jeho fázi. Okysličené složky jako CO2, NO, NO2, SO2 a N2O jsou uvolňovány během samotného hoření. Více redukované sloučeniny jako CO, CH4, bezmetanové uhlovodíky a redukované sírové sloučeniny se uvolňují během fáze, kdy už oheň pouze doutná. Hlavní uvolňovanou složkou však zůstává CO2 s 80% podílem. Ohně jsou považovány za krátkodobou událost, avšak hoření rašelinišť může trvat měsíce i roky. Dříve se myslelo, že emise z požárů v tropických savanách se vztahují pouze na tyto oblasti, vlivem značné subsidence a nedostatku výstupných proudů v suchém období, kdy se tyto ohně vyskytují. Současné studie (např. Andreae et al. 2001) ukazují, že transport působením pasátů může přesunout velké množství kouře do tropické zóny konvergence a odtud do atmosférického systému širšího rozsahu.

39

Dusíkový cyklus Množství N2O měří infračervený skenovací radiometr HIRDLS na družici Aura (viz. obr. 6), který zkoumá horní vrstvy troposféry, stratosféru a mezosféru za účelem zjištění teploty a koncentrací i dalších prvků (O3, H2O, CH4, NO2, HNO3, N2O5, CFC11, CFC12,) a aerosolů. Na základě měření jsou vytvářeny trojrozměrné modely rozložení sloučenin v atmosféře. Lidská činnost, která nejvíce ovlivňuje tok dusíku, je fixace atmosférického N2 a přeměna na NH3 (Haber-Bosch proces), který se používá pro umělá hnojiva. Toto představuje množství 80 Tg/rok. Další změny nastávají kultivací soji, vojtěšky a jiných luštěnin, které biologicky fixují přibližně 40 Tg/rok. Třetí odchylka nastává Obr. 6: NASA, Leslie Lait (SSAI)[9]

nepřímo při hoření fosilních paliv, kdy se oxiduje atmosférický N2 na NO a NO2.

Takto se přeměňuje asi 20 Tg/rok. Při pálení biomasy se uvolňují do atmosféry dusíkaté plyny jako NOx a N2O v množství 10 Tg N/rok. Celkové množství vázaného dusíku do terestriálních systému díky lidské činnosti (140 Tg N/rok) převyšuje přírodní tok, který je 90 – 130 Tg N/rok (Galloway 2004). Půdní emise (přírodní i vzniklé antropogenními zásahy) přispívají ze 70 % k celkovému obsahu N2O a z 20 % NO v atmosféře. Vlhké tropy jsou největším zdrojem N2O (Verchot et al. 1999) a tropické savany NO (Scholes et al. 2003). Důležité zdroje N2O jsou také pobřežní oblasti např. ve střední Americe a také rovníkový Tichý oceán. Oceány uvolňují do atmosféry celkově 5 Tg/rok. Koncentrace N2O se zvýšily z 285 ppbv z před průmyslového období na současných 310 ppbv. Hlavním zdrojem je zvyšování zemědělské produkce, zavádění luštěnin a využívání živočišných hnojiv. Přenos a přeměna dusičnanů může mít rozsáhlé následky, způsobené mnoha biochemickými reakcemi, nazývanými nitrogenová kaskáda. Například molekula 40

NO2 emitovaná do atmosféry může způsobovat zvýšení koncentrací ozonu v troposféře, snižování atmosférické viditelnosti, zvyšování kyselosti dešťů, zvyšování kyselosti půdy a povrchových vod, zvyšování nebo snižování biologické produktivity lesů, snižování okysličení vody v pobřežních regionech, zvyšování skleníkového efektu a snižování stratosférického ozonu. Metan V neokysličených podmínkách vzniká metan (CH4). Metan je stopový uhlíkový plyn, patří mezi skleníkové plyny a ovlivňuje koncentrace vodíkových radikálů (OH), tedy okysličování atmosféry.

Obr. 7: Hodnoty směšovacího poměru metanu v atmosféře měřené od srpna do listopadu roku 1993 (ESA, University of Heidelberg/KNMI)[10]

Koncentrace metanu v atmosféře měří družice Terra prostřednictvím přístroje MOPIT a družice Aura přístrojem HIRDLS. Na obrázku 7 vidíme průměrné hodnoty metanu sestavené z kontinuálního měření od srpna do listopadu roku 1993 přístrojem SCIAMACHY na družici Envisat společnosti ESA. Zcela 41

nápadné jsou zvýšené koncentrace nad průmyslovými oblastmi a rovníkovými oblastmi vlhkých tropů. Atmosférické koncentrace CH4 se zvýšily ještě výrazněji než CO2, z 670 ppb z před industriální doby na dnešních 1700 ppb. Ke zvýšení emisí CH 4 ve velké míře přispěl také člověk díky domestikaci přežvýkavců, zakládáním rýžových polí, smetišť, zúrodňováním mokřadů a spalováním biomasy, zejména fosilních paliv (Prather et al. 1995). Zaplavení rýžových polí mění chemické složení půdy. Za anaerobních podmínek vznikajících zaplavením se uvolňuje metan. Celkové množství tohoto plynu uvolněného z rýžových polí se odhaduje na 30 – 70 Tg /rok (Neue 1997). Navíc oteplení za poslední desetiletí, zejména ve vyšších zeměpisných šířkách severní polokoule, vedlo pravděpodobně ke zvýšení obsahu metanu v atmosféře. Metan uvolňují boreální a subarktické rašeliniště díky urychlení chemických reakcí, změnám v hydrologickém systému a tání ledovců. Přírodní mokřady uvolňují 110 Tg/rok, z toho jen tropické mokřady 66 Tg, řízené srážkami a záplavami. Mokřady v severnějších oblastech produkují 38 Tg a jsou kontrolovány teplotou a množstvím srážek (Schoeles et al. 2003).

6.1.2. Atmosférická cirkulace Systémy atmosférické cirkulace můžeme analyzovat ze snímků rozložení a pohybu oblačnosti, pořízenými např. přístroji na družicích GOES a NOAA. Satelit s geostacionární dráhou snímá oblačnost v infračerveném a viditelném spektru a také měří množství vodních par. Snímky ve viditelném spektru se překrývají přes snímky zemského povrchu. Na obr. 8 vidíme hurikán Katrina pořízený družicí GOES 12 ve viditelném spektru, který překrývá snímek zemského povrchu, pořízeného družicí Terra. Snímky v infračerveném spektru se zvýrazňují barvami podle teploty oblaků (viz. obr. 9). K těmto údajům se přidávají data o rychlosti a směru větru a teplotě povrchových vod.

42

Obr. 8: GOES 12 a MODIS, hurikán Katrina, viditelné spektrum (NASA-GSFC, NOAA GOES)[11]

Obr. 9: GOES 12, Katrina, zvýrazněné IR spektrum (NOAA, UW Madison, Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)[12]

Pro měření rychlosti a směru větru nad oceány se používá zpětně skenující radar např. SeaWinds scatterometer na družicích QuickScat (obr. 10) a ADEOS 2, nebo scatterometer na evropské družice ERS II. Tandem družic QuickScat a ADEOS 2 umožňuje 60% pokrytí ploch oceánů každých šest hodin a 90% každých dvanáct hodin s prostorovým rozlišením 25 km. Měří ve dne, v noci i přes oblačnost. Těchto zejména

přístrojů pro

se

používá

pozorování

a

předpovídání drah hurikánů. Jejich význam dokládá případ, kdy 7. září 1999 ohlásilo

National vznik

Hurricane tropické

Center deprese,

zatímco QuickScat detekoval již dva dny dříve povrchový vír s rychlostmi větru odpovídajícími tropické depresi. Obr. 10: SeaWinds, větrné trajektorie nad hladinou oceánů (NASA JPL)[13]

Tento vír bylo ale možné sledovat již mnohem dříve, a to od druhého srpna.

43

Tropické cyklóny potřebují pro svůj vznik teplotu moře vyšší než 26,5 °C. Zvyšování teploty moří vlivem globálního oteplování, pravděpodobně rozšíří prostor pro vznik tropických cyklón. Lze tedy očekávat kratší periody jejich výskytu a vyšší intenzitu, protože zdrojem jejich energie je právě tepelná energie mořské vody. Jejich vznik navíc podporují předešlé disturbance počasí, které se vyskytují stále častěji. Ochlazení nad Evropou a Severní Amerikou v 60., 70. a 80. letech mělo zvýšit teplotní rozdíly atmosféry a povrchových vod oceánů mezi severoatlantickou oblastí a oblastí tropů a subtropů. Důvodem byla vyšší oblačnost v mírných zeměpisných šířkách vlivem vypouštění aerosolových částic do atmosféry. Následkem toho se údajně posunul severněji monzunový systém nad Afrikou. Výsledkem byly katastrofální sucha v oblasti Sahelu. (Lohmann 2004). Atmosférickou cirkulaci ovlivňuje i charakter vegetačního pokryvu. Objevují se domněnky, že změny původní vegetace ve východní Asii významným způsobem ovlivnily východoasijský monzun. Výsledkem má být oslabení regionálního vodního cyklu, tj. snížení atmosférické vlhkosti, srážek, povrchového odtoku a obsah půdní vláhy (Fu, 2004). Navíc půdní pokryv způsobuje třecí efekt a turbulenci vzdušných proudů. Změní-li se vegetace, mění se i proudění vzduchu v přízemní atmosféře.

6.1.3. Radiační bilance Radiační bilanci sledují např. družice ERBS a Aqua přístroji Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) a Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES). Pomocí přístroje CERES se zkoumá role oblačnosti v radiační bilanci systému. Také poskytuje data pro programy Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) a Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). Kompozice vytvořená skenerem CERES během května roku 2001 (obr. 11) zobrazuje krátkovlnnou (snímek vlevo) a dlouhovlnnou (snímek vpravo) radiaci. 44

Na levém snímku představuje světlá barva oblasti intenzivně odrážející krátkovlnné záření, naopak, zelená barva značí oblasti s nízkou reflexí krátkovlnného záření. Na pravém snímku oranžová a červená barva ukazuje místa intenzivního dlouhovlnného vyzařování, modrá barva místa, kde je dlouhovlnné vyzařování málo intenzivní. Nízké hodnoty dlouhovlnného vyzařování v oblasti Brazílie, Centrální Afriky a Indonésie jsou způsobeny mocnou vrstvou oblačnosti, která naopak zintenzivňuje proces krátkovlnné radiace.

Obr. 11: Krátkovlná a dlouhovlná radiace pořízená přístrojem CERES (NASA Earth Observatory)[14]

Působení aerosolů Záření je pohlcováno a odráženo zemským povrchem nebo atmosférickými aerosoly. Aerosoly jsou atmosférické směsi obsahující kapalné a pevné částice různého složení a velikosti. Významné jsou zejména ty, které mohou působit jako kondenzační, nebo krystalizační jádra pro tvorbu oblačnosti. Můžeme je rozdělit na primární, příkladem je pyl, mořská sůl a saze ze spalovacích procesů a sekundární

částice,

které

vznikají

v

atmosféře

krystalizací

z mnoha

prekurzorových plynů. Při kondenzaci těchto plynů se spojují sekundární aerosolové částice s primárními. Velikost aerosolových částic má vztah ke způsobu jejich vzniku. Jemné částice menší než 1μ jsou převážně sekundární a vznikají například při spalovacích procesech. Hrubé částice s průměrem větším než 1μ, převážně primární, pocházejí z moře, půdy a vegetace.

45

Obr. 12: Aerosol index (Jay Herman, Nasa GSFC)[15]

Pomocí satelitních dat můžeme sledovat místa, kde se aerosolové částice koncentrují. Z obrázku 12, který byl pořízen na základě měření přístrojem TOMS na družici Aura, je zřejmé, že je to zejména nad pouštěmi severní a jižní Afriky, Arábie a Eurasie a dále od nich po směru větru. Příkladem je saharský oblak prachu transportovaný přes Atlantik. Krystaly mořských solí se dostávají do středních a vyšších zeměpisných šířek a pak jsou unášeny západním prouděním. Antropogenní částice se nacházejí nad a ve směru větru od hlavních populačních zón v centrální Asii, Indickém subkontinentu, Severní Americe a Evropě. Jedny z nejdůležitějších aerosolových částic jsou částice obsahující síru. Rozbory polárních ledovců nám ukazují, že síranové, stejně jako dusičnanové aerosolové částice ze spalování fosilních paliv začaly přibývat na severní polokouli od dvacátého století (Legrand et. al. 1997). Ve srovnání s preindustriální úrovní (26 ng/g) dosahovaly síranové koncentrace vrcholu koncem 60. let 20. století a to 110 ng/g. Poté bylo možné zřetelně rozeznat nižší obsah těchto látek zejména od 80 let. Současné záznamy však ukazují stále narůstající trend síranových i dusičnanových aerosolových částic v jihovýchodní, jižní a střední Asii.

46

Antropogenní zdroje oxidovaných sloučenin síry jsou více jak dvojnásobné v porovnáním se zdroji přírodními. Největším zdrojem oxidovaných sulfátových plynů je pálení fosilních paliv. Většinou jsou v podobě SO2. Antropogenní emise jsou odhadovány na 80 Tg S /rok, zatímco přírodní tok podobných sulfátových sloučenin činí 25 Tg/rok. Přírodním zdrojem obrovského množství prachových částic a plynů jsou vulkanické erupce, které mohou výrazným způsobem ovlivnit klima v krátkém časovém období. Samotné erupce i jejich následky pro klima se proto bedlivě sledují. Prach z vulkanických erupcí obsahuje velké množství sírových částic. Ty monitorují např. přístroje na družicích Aura a Terra. Na obrázku 13 vidíme koncentrace SO2 v Dobsonových jednotkách měřené v UV spektru pořízené přístrojem OMI (vlevo). Jedná se o sopečné souostroví Galapágy. Na snímku vpravo kouř obsahující SO2 (purpurově) ze sopky Etna pořízený přístrojem Aster v termální části spektra.

Obr. 13: Sopečnáoblaka obsahující SO2 (NASA, NASA/GSFC/METI/ERSDAC/ JAROS, and U.S./Japan ASTER Science Team)[16],[17]

Důležitý typ aerosolových částic je půdní prach, který vzniká v suchých oblastech kontinentů a je přenášen na velké vzdálenosti. Lidské aktivity mohou ovlivnit množství těchto částic díky změnám a využívání půdy, které mají za následek degradaci a erozi této půdy. Příkladem mohou být prachové bouře v 47

degradovaných oblastech západní Číny a následný transport prachu přes Tichý oceán. Současné odhady naznačují, že 30 až 50 % celkových prachových částic v atmosféře, má antropogenní původ. Příkladem prudkého zvýšení emisí částic do atmosféry během posledního století oblaka nad Indickým subkontinentem, jihovýchodní Asií a západní částí Tichého oceánu v období ledna až dubna. Asijský hnědý mrak, jak jsou tyto oblaka někdy nazívána, Obr. 14: Hnědá oblaka nad Asií, pořízen senzorem SeaWiFS v lednu 2002 (NASA)[18]

lze

pozorovat

satelitní

technikou, jak ve viditelném spektru např. přístrojem SeaWiFS na družici

OrbView (obr. 14), tak i v UV spektru např. přístrojem TOMS na družici Earth Probe (obr. 15), díky schopnosti troposférických aerosolů absorbovat UV záření. Má vertikální rozsah 3 km a skládá se ze směsi sulfátů, amoniaku, organických molekul, dusičnanů, sazí, popela, prachu a draslíku. Podobné „mraky“ můžeme pozorovat nad jižní Afrikou a Indickým oceánem. Každý rok od listopadu do dubna transportují severovýchodní větry z Jihovýchodní Asie velké množství antropogenních částic, ze spalování fosilních paliv a biomasy do tropického Indického Oceánu. Vysoké koncentrace sazí (14 % Lelieveld et al. 2001) přispívají k absorpci slunečního záření, což způsobuje hnědé zbarvení „mraku“. Rozptýlení částic je limitováno tropickou

zónou

konvergence (ITCZ), kde se střetávají větrné proudy z obou polokoulí. Tato zóna jeví každoroční oscilace od 10 ° s. z. š. v lednu, po 20° j. z. š. v červenci. Roční variace ITZC v síle a jejím vývoji silně ovlivňují prostorové a časové rozložení aerosolových částic v atmosféře nad Indickým oceánem. Je odhadováno, vzhledem k chemickému složení, že 80 % částic v tomto „mraku“ v zimním období je antropogenního původu (Ramanathan et al. 2001a).

48

Chemické složení částic ovlivňuje rozptyl slunečního záření a absorpční schopnost aerosolů. Sulfátové částice odráží záření a pomáhají ochlazovat Zemi, zatímco saze záření absorbují a ohřívají tak atmosféru. Ochlazující efekt je malý, ale pohlcováním se snižuje celková energie, která by dosáhla povrchu (23 W/m2) o 16 W/m2. Další dobře známý efekt aerosolových částic je prodloužení životnosti mraků, která je spojena s redukcí srážkové činnosti. Jak může být tento „mrak“ spojen s globálním klimatickým systémem a jaký může mít vliv např. na zdejší letní jihozápadní monzunové proudění, není zatím zcela objasněno. Výzvou zůstává i přesné určení jeho radiačního účinku. Výzkumy Indian Ocean Experiment (INDOEX), který zkoumá vliv aerosolů na klima, a to zejména jeho ochlazující efekt, ukazují, že během působení Asijského hnědého mraku předčí ochlazující efekt aerosolových částic opačný efekt skleníkových plynů. Během tohoto období může být ovlivněna radiace o 14 W/m2 v kontrastu k hodnotě, kterou způsobují skleníkové plyny a to 2 – 3 W/m 2 (Ramanathan et al. 2001b).

Obr. 15: Zvýšené množství aerosolových částic nad východní a jihovýchodní Asií pořízené přístrojem TOMS v dubnu 2001 (NASA/ GSFC)[19]

49

Albedo - kontrast tajgy a tundry Poměr mezi množstvím odraženého záření a celkově dopadajícím záření se označuje jako albedo. Některé satelitní přístroje nám umožňují měřit albedo zemského povrchu téměř každý den. Množství odraženého záření měří přístroje ERBE na družici ERBS, Global Imager (GLI) na družici Adeos, nebo přístroj MODIS na družicích Terra a Aqua (obr. 16). Intenzita odraženého záření závisí na charakteru odrážejícího povrchu, proto se se změnou pokrytí země mění i radiační bilance. Zalesněná krajina absorbuje více slunečního záření, než otevřená, a to díky tmavší barvě a mnohačetným plochám, které záření rozptylují. Toto je markantní zejména v době sněhových srážek. Sníh se v lese neudrží na listech stromů a opadává z nich, proto zůstane povrch klenby stromů tmavší a hrubší. Na ploše bez vegetace zůstává naopak souvislá sněhová pokrývka, která účinně odráží sluneční záření. Rozdíly jsou zřejmé v oblasti zalesněné tajgy a sněhem pokryté tundry.

Obr. 16: Albedo zemského povrchu měřené přístrojem MODIS (NASA, Crystal Schaaf, Boston University)[20]

Některé pokusné výpočty ukazují (Steffen 2004 s odvoláním na Bettse 2000), že zvýšení teploty absorpcí díky tmavšímu povrchu vytvářenému stromy, by bylo větší než ochlazení způsobené zvýšenou absorpcí CO2 při růstu stromů.

50

Albedo a mořské organismy Albedo ovlivňují i mořské organismy. Planktonické organismy produkují miliony kokolitů, které působí jako malá zrcadla v povrchových vodách. Ve vyšších koncentracích odráží sluneční záření a tak ovlivňují albedo mořské hladiny. Díky tomuto je možné pozorovat satelity výskyt korálů a tak oblasti zvýšené absorpce CO2. Při zvýšené teplotě oceánů a vyššímu obsahu CO2 rozpuštěného v mořské vodě blednou korály, dochází k snížené absorpci CO2, k vyšší absorpci slunečního záření a tím k dalšímu zvýšení teploty vody v této oblasti. Ozonová vrstva Základní přístroje na měření ozonu jsou The Total Ozone Mapping Spectrometer na družici Earth Probe (Obr. 17), Ozone Monitoring Instrument na družici Aura a Global Ozone Monitoring Experiment od Evropské vesmírné agentury na družici ERS II. Ozonová vrstva se tvoří v troposféře a stratosféře. Škodlivý troposférický ozon je z velké části výsledkem chemických reakcí, které vyvolávají prekurzory vytvářené lidmi. Troposférický ozon se zvýšil o 4 % i více za poslední století (WMO 1999). Toto zvýšení je pravděpodobně následkem lidské produkce oxidů dusíku NOX, uhlovodíků a CO, které reagují se slunečním zářením za vzniku O3. Chlorofluorcarbonáty (freony) se začaly používat v 50. letech 20. století jako chladící látky, rozpouštědla apod. Jejich troposférické koncentrace vzrostly dramaticky během druhé poloviny minulého století. Následky se ukázaly v 80. letech, když měření potvrdila úbytek ozonu ve vyšších zeměpisných šířkách na jižní polokouli během jarního období. Nejvyšší ztráty ozonu se blížili 60 % nad Antarktidou. Celkově byla ozonová vrstva na severní polokouli během období 1997 – 2001 o 3 % nižší než před rokem 1980, a o 6 % nižší na jižní polokouli. Zatímco na jižní polokouli nejsou patrné roční výkyvy, na severní polokouli činí ztráta v zimě 4 % a v létě pouze 2 %. Koncentrace CFC v atmosféře nyní klesají,

51

zřejmě díky snížení emisí na základě Montrealského a Kyótského protokolu (UNEP/WMO 2002)[22].

Obr. 17: Vývoj ozonové díry, měřeno přístrojem TOMS (NASA/GSFC)[21]

Modely ukazují, že troposférické koncentrace ozonu ovlivňují radiační záření o 0,4 W /m2 vzhledem k předindustriálnímu stavu. Regionální maxima mohou být až 1W/m2 (Brasseur 2004).

6.1.4. Oblačnost a srážky Na studium oblačnosti je zaměřena zejména mise TRMM a CloudSat. Na družici TRMM je důležitý přístroj mikrovlnný skanující radiometr TMI (TRMM Microwave Imager), který dokáže mapovat intenzitu deště přes oblačnost a meteorologický radar PR (Precipitation Radar). Na základě dat z TRMM je možné sestavovat modely vertikální struktury mraků (viz obr. 18). Cloudsat je experimentální satelit, který využívá meteorologický radar ke studiu oblaků a srážek. Satelitní snímky oblačnosti nad naším územím pro meteorologické předpovědi poskytuje družice METEOSAT. Aerosolové

částice

mohou

působit

jako

kondenzační

jádra.

Jsou

hygroskopické, to znamená, že mají afinitu vůči vodě a urychlují kondenzační proces. Zvýšení aerosolových částic může zvýšit počet oblačných kapek, což znamená větší odrazivost slunečního záření, tedy ochlazující efekt. Dopadá-li méně záření na zemský povrch, snižuje se výpar, což může dále ovlivnit množství srážek.

52

S využitím jednoduchých modelů

založených

na

hydrologické

rovnováze v oblasti jezera Tanganika a jeho povodí byly prováděny pokusy, které měly zjistit citlivost modelových srážek na změny v atmosférické

propustnosti

pro

solární záření (Tyson et al. 1997). Podle těchto modelů se při 10% Obr. 18: Hurikán Katrina, vertikální struktura oblaků (Remote Sensing Tutorial)[23]

úbytku solární radiace v tomto regionu sníží úhrn srážek o 15 %.

Další efekt vztahující se k srážkovému režimu závisí na hygroskopické podstatě a velikosti aerosolů. Emise velkých hygroskopických jader urychluje slučovací procesy, prodlužuje trvání bouřek a tak zvyšuje množství srážek (Mather et al. 1997). Malé aerosolové částice naopak v oblačných systémech posunují spektrum kapek do menších rozměrů, což se projevuje nižšími srážkami. Lesy zachycují vláhu, která se pak vypaří z povrchu rostlin (evaporace), nebo prosákne do půdy, je absorbována rostlinami a z nich se dostává opět do atmosféry transpirací. Evapotranspirace představuje v některých oblastech (přibližně polovina, snad i více srážek, které spadnou v Amazonské pánvi jsou recyklovány evapotranspirací) důležitý podíl zásoby vláhy. Navíc ovlivňuje teplotu přeměnou senzitivního tepla na latentní, čímž způsobuje ochlazení okolního prostředí. Tento efekt svou silou převládá nad ohříváním, které je způsobeno resorpcí a absorpcí záření rostlinným krytem. Dále ovlivňuje radiační bilanci, přímo – díky vodní páře a nepřímo – ovlivněním formování oblačnosti. V závislosti na druhu vegetačního pokryvu a klimatických podmínkách může být transpirace ovlivněna koncentracemi atmosférického CO2. Stomata, mikroskopické póry na povrchu rostlin, které dovolují difúzi CO2, důležitou pro fotosyntézu se méně otvírají v závislosti na zvýšeném obsahu CO2. To znamená, že se touto cestou, tedy při transpiraci, ztrácí méně vláhy. 53

Kácení lesů a jejich přeměna na pastviny nebo obdělávané plochy, má za následek snížení evapotranspirace, protože hustější porost zadržuje více vláhy. Některé modely ukazují, že v závislosti na kácení lesů, může být potlačena tvorba kupovité oblačnosti (Pielke et al. 1997). Opačný účinek má zvyšování hustoty vegetace a zavlažování. Za pomoci regionálního klimatického modelu byl simulován efekt změny evapotranspirace, konvektivní kupovité oblačnosti a srážek v závislosti na změně původního přírodního pokryvu v oblasti Velkých prérií. Bylo vybráno několik dnů s určenými meteorologickými charakteristikami, změněn byl pouze půdní pokryv. V případě původní prérie vznikla pouze tenká linie kupovité oblačnosti beze srážek. Při změně krajiny do podoby, jak vypadá dnes, zvýšená evapotranspirace stačila na vytvoření bouřkového systému (Pielke et al. 1997). Obecně se dá říci, že se množství srážek zvýšilo nad většinou území, ležících ve středních a vyšších zeměpisných šířkách severní polokoule (o 0,5 - 1 % za desetiletí) během dvacátého století (Folland et al. 2001). Dále bylo zaznamenáno menší snížení srážek v severních subtropech a mírné zvýšení v tropech. V regionech, kde jsou vyšší celkové srážky, vzrostly během druhé poloviny dvacátého století i extrémní hodnoty srážek, a to o 2 - 4 %. Stejně tak regiony s nižšími srážkami zaznamenávají výrazněji sušší extrémy.

6.2. Teplota atmosféry, povrchu pevnin a oceánů Teplota je satelity sledována od roku 1979 a to přístrojem Microwave Sounding Units (MSU) na družici NOAA pod názvem TIROS-N. Data z devíti samostatných satelitů sloužila k sestavování globálních map teplotních změn v nižších vrstvách troposféry a stratosféry.

54

Změny v stratosféře Zatímco teploty v přízemní vrstvě atmosféry stoupají, teplota v nižší stratosféře vykazuje naopak zřetelné ochlazení. Tento trend je spojován s úbytkem ozonové vrstvy, proto je také nejvyšší v polárních oblastech. Na obrázku 19 vidíme stratosférické teplotní anomálie na jižní polokouli pro rok 1999, vztažené k dlouhodobému průměru let 1979 – 98. Data byla pořízena přístrojem Microwave Sounding

Unit

(MSU)

na

družici NOAA 18. V roce 1999 byla celková Obr 19: Teplotní anomálie ve stratosféře v °C (NOAA / MSU, University of Alabama in Huntsville) [24]

teplota v nižší stratosféře o 0,45 °C pod dlouhodobým průměrem let 1979 – 98. Tato hodnota

je

čtvrtá

jednadvacetiletých

nejnižší záznamuů

v

období

Navzdory

trendu klesající stratosférické teploty, byl v několika posledních letech zaznamenán nepatrný růst[25]. Teploty v přízemní vrstvě atmosféry zaznamenává přístroj AIRS na družici Aqua (obr. 20). Na obrázku jsou zřetelně vidět chladné horské oblasti And a Himálají, stejně jako teplé oblasti Sahary a Austrálie.

Obr. 20: Teplota v přízemní vrstvě atmosféry v červenci (vlevo) a v lednu (vpravo) 2003 v stupních Kelvina, pořízeno přístrojem AIRS (NASA/AIRS)[26]

55

Změny v troposféře Zatímco teplota stratosféry klesá, troposférické teploty rostou. Průměrná teplota roku 1998 byla o 0,46 °C vyšší než dlouhodobý průměr let 1979 – 98. V kontrastu s tímto údajem je hodnota v roce 1999, která byla pouze o 0,06 °C vyšší než průměr. Rozdíl je přičítán ochlazujícímu vlivu jevu La Niňa v roce 1999[27]. To že troposférické teploty vzrůstají dokládají mapy teplotních anomálií. Na obrázku 21 jsou globální teplotní anomálie v přízemní vrstvě atmosféry pro rok 2004 vztažené k dlouhodobému průměru let 1951 – 80 (vlevo) a 1999 – 2003 (vpravo). Data byla pořízena měřením na pozemních stanicích a ze satelitních pozorování.

Obr. 21: Teplotní anomálie v přízemní vrstvě atmosféry v °C (NASA/GISS)[28]

Obr. 22: Odchylky globálního ročního průměru teploty vzduchu v °C při zemském povrchu od průměru za období 1961-1990 (IPCC, Climate change 2001 - Synthesis report)[29]

Současné odhady předpovídají zvýšení globální teploty o 2 až 5 °C při dvojnásobném množství atmosférického CO2. V posledních sto letech se množství oxidu uhličitého v atmosféře zvýšilo o 30 % (Hardy 2003). Roční

56

průměr globální teploty od konce 19. století vzrostl v rozpětí 0,4 až 0,6 oC (viz. obr. 22), tedy méně, než se předpovídá do budoucna. Klimatický systém ale v současné době vykazuje něco jako teplotní deficit. V atmosféře je množství skleníkových plynů, které by odpovídalo o něco vyšší teplotě, než jaká je dnes. Devět z deseti nejteplejších roků od roku 1860 bylo zaznamenáno po roce 1990, devadesátá léta 20. století byla pravděpodobně nejteplejší dekádou a roky 1998 a 2001 nejteplejšími roky od roku 1861. Změny teploty zemského povrchu „Ukazuje se, že spodní troposféra se otepluje pomaleji než zemský povrch. Globální průměrná teplota v nejspodnějších 8 km atmosféry se měnila o 0,05 ± 0,10 °C za 10 let, zatímco globální průměrná teplota při zemském povrchu rostla o 0,15 ± 0,05°C za 10 let“ (Český hydrometeorologický ústav)[30]. Teplotu zemského povrchu měří přístroje MODIS na družici Aqua, dále AVHRR na družici NOAA 18 a přístroje na družicích METEOSAT 7 a MSG. Poslední tři zmiňované poskytují, mimo jiné, data pro tvorbu map denních a nočních teplot povrchu evropského kontinentu.

Obr. 23: Denní (vlevo) a noční (vpravo) teplota zemského povrchu pořízená přístrojem AVHRR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)[31]

57

Teplota oceánů Pro měření povrchových teplot oceánů se používají přístroje AVHRR a MODIS na družicích NOAA 18 a Aqua. Tyto přístroje ale neumí snímat teploty přes oblačnost. V podmínkách velké oblačnosti se uplatňuje přístroj AMSR z japonské produkce, který je instalován na družicích Aqua a japonské ADEOS 2. Z evropských družic se zkoumání teplot oceánů věnují Envisat a ERS II prostřednictvím přístroje ATSR. Satelitní přístroje neumí měřit teplotu v hloubce. Snímají pouze povrchové teploty oceánů a moří, a to tak, že z množství emitovaného dlouhovlnného záření v oblasti termálního spektra zjišťují radiační teplotu vodních ploch. Doplňují tak data o teplotách nad pevninou (Obr. 20). Sloučením těchto údajů vznikají globální mapy teplot spodní vrstvy atmosféry. Povrchové teploty oceánů jsou důležité pro studium oceánské i atmosférické cirkulace. Sestavují se mapy teplotních anomálií, které jasně ukazují změny při jevech jako jsou ENSO, nebo La Niňa. Na obrázku 24 můžeme vidět trend oteplování hladiny oceánů (žlutá a oranžová barva), ale také vliv jevu El Niňo v roce 1998, projevující se zvýšením teploty v rovníkové východní části Tichého oceánu.

Obr. 24: Lednové teplotní anomálie povrchové teploty oceánů v letech 1984 (vlevo) a 1998 (vpravo) (NOAA)[32] Teplota vzduchu nad pevninou roste rychleji než nad oceánem, růst povrchové teploty oceánů v období 1850 - 1993 byl přibližně poloviční. Nad některými oblastmi Antarktidy a oceánů jižní polokoule však nebyl růst teploty 58

zaznamenán. Povrchová teplota oceánů vzrostla od roku 1976 do roku 2000 o 0,14 °C za desetiletí (IPCC 2001). Oteplování v hloubce tisíc metrů se děje rychlostí 1°C za 100 let (Parrilla et al. 1994). Teplota oceánu v hloubce 3 000 metrů se od roku 1948 zvedla o 0,06 °C. V hloubce 300 metrů se pak oceány stačily oteplit dokonce o 0,31°C.

6.3. Oceánské procesy Při výzkumu oceánů se zjišťuje jejich teplota, salinita, výška hladiny, monitorují se oceánské proudy a jiné. Studiu oceánů se věnuje mise Aqua, Jason, OrbView-2 (obr 22.), starší Topex/Poseidon, ale také TRMM nebo ruská OKEAN. Přispívají i družice zaměřené na jinou problematiku jako ICESat, tím že zkoumá vliv tání ledovců na zvýšení hladiny moří nebo družice GRACE (obr. 25) z jejíž měření se vychází při sestavování map topografie oceánů. Voda se v kapalném skupenství vyznačuje nízkou odrazivostí ve všech vlnových délkách. Maximální propustnost připadá na vlnovou délku 0,48 μm, tedy modré světlo. Záření v těchto vlnových délkách proniká až do hloubky 20 m. Toho využívá např. přístroj MODIS na palubě Aqua k monitorování pobřežních šelfů, korálových útesů atd. Odrazové vlastnosti vodních objektů jsou v oblasti mikrovln závislé na drsnosti povrchu. Z topografie hladiny oceánů se dají odvozovat povětrností podmínky nad hladinou a také charakteristiky mořských proudů. Tato metoda se nazývá interferometrie, metoda přesných výškových měření. Je založena na základě rozdílů ve fázi dvou radarových signálů získaných z odlišné pozice. Rozdíl fází je nositelem informace o výšce daného místa. Lze takto získávat řádově centimetrové výškové rozdíly. Příkladem jsou radarové systémy na družicích ERS. Jiná metoda využívající radarů k měření výšky vodní hladiny a charakteristik vlnění se nazývá altimetrie (obr. 28). Signál je vysílán kolmo k zemskému povrchu a jeho odraz je zaznamenán jednak jako časový interval od vyslání k jeho příjmu, a jednak jako signál změněný povrchem od 59

kterého se odrazil. Měření se dá opět využít i k zjišťování charakteristik pole větru. Monitorují se takto i komplexní klimatické jevy související s oceány jako ENSO. Příkladem je družice Topex/Poseidon. Studiem pohybu vzdušných hmot nad oceány se dále zabývá přístroj SeaWinds na družice QuickScat. Podobný přístroj nese i evropská družice ERS a tím doplňuje funkce radaru SAR používaného, jak bylo výše zmíněno, k měření výšky a frekvence vln.

6.3.1. Oceánské proudy Oceánské proudy, i když je jejich rychlost nižší v porovnání s atmosférickými, se podílejí na distribuci skoro stejným dílem jako atmosféra. Oceány kontrolují cyklus mnoha prvků. Transport vody poskytuje živiny pro mořské ekosystémy, přesouvá částice a rozpuštěné plyny. Oceány hrají důležitou roli v tvorbě základních modelů klimatické variability. Procesy, které řídí tento tok jsou různé. Jsou jimi: vnější působení větrů, efekt zemské rotace, topografické

omezení,

hustota

vody

(závisí na salinitě, teplotě a tlaku). Povrchové uzavřených ovlivněných Obr. 25: Mořské a vzdušné víry v oblasti Britské Kolumbie, pořízeno přístrojem SeaWiFS (NASA/ GSFC a ORBIMAGE)[33]

proudy

mají

podobu

anticyklonálních zemskou

rotací

vírů a

atmosférickou cirkulací. Rozhodující je

sjednocující

efekt

mořských

proudů a výměna mezi povrchovou a hlubokomořskou vodou. Hlubokomořské proudy jsou v podstatě řízeny zamrzáním v polárních oblastech a tak zvyšováním salinity zbývající nezamrznuté vody. Ta je dostatečně těžká, aby mohla klesat ke dnu a ve spojení s povrchovými proudy je unášena směrem k jihu.

60

Všechny tyto proudy slouží k přenosu tepla z nízkých zeměpisných šířek směrem k pólům kde způsobuje oteplování studené atmosféry. Množství takto přenesené energie je enormní. V severním Atlantiku 1,2 Pwatt (Steffen 2004). Změny v síle těchto proudů tedy mohou způsobit obrovské klimatické výkyvy. Harry Bryden z britského Národního oceánografického střediska vede skupinu vědců zkoumající objem pohybující se teplé vody v Atlantiku. Brydenův tým měřil severní i zpětné, jižní posuny vodních mas tvořících Golfský proud a výsledky porovnal s předchozími podobnými měřeními z let 1957, 1981 a 1992. Vyšlo jim, že od posledního měření se intenzita nejsevernější větve teplého Golfského proudu snížila o třicet procent (Schiermeier 2006). Síla golfského proudu sice přirozeně kolísá, a to zhruba v sedmdesátiletých cyklech, ale podle tohoto scénáře by měl golfský proud od 70. let sílit. Současný stav je tedy v rozporu s dlouhodobým trendem, jak poznamenal Michael E. Schlesinger, který se zabývá modelovou simulací změn Atlantické termohalinní cirkulace. První menší změny byly zaznamenány v roce 1988, údaje z roku 2004 již vědce šokovaly. Intenzita Golfského proudu se snížila z 20 sverdrup (jednotka pro měření objemu mořských proudů, 1 sverdrup = 106 m3 s-1) na 14. Peter Wadhams z Cambridgské univerzity zkoumá vertikální proudy v Grónském moři. Tyto „komíny“ kterými klesá těžká studená voda do hloubky až 3 tisíc metrů, které zde bylo možné až donedávna najít, nyní zmizely. Příčinou Obr. 26: Golfský proud, západní část Atlantského oceánu, pořízeno přístrojem ATSR na družici ERS (ESA)[34]

jsou zřejmě tající ledovce a vyšší srážky, které zřeďují slanou vodu, která je potom lehčí a již tolik neklesá do hloubky.

V současnosti Golfský proud otepluje západní Evropu o 8 °C. Snížení jeho síly můžeme pozorovat jako ochlazování evropského regionu a naopak

61

zvýšení teplot v rovníkových oblastech, odkud se teplo nemůže tolik odčerpávat. Změny jsou citelné zejména v zimním období. Je těžké předpovědět, jak se bude tento trend nadále vyvíjet, nicméně poslední sezóny naznačily, že systém ztrácí stabilitu a má sklon k extrémním výkyvům. Teprve příštích několik let ukáže, zda-li jsou obavy opodstatněné.

6.3.2. Hladina oceánů Podle IPCC vzroste střední hodnota hladiny moří od 1990 do 2100 o 0,48 m (IPCC 2001a). Hladina moří v minulosti rostla a snižovala se s periodicitou 100 000 let v souladu s klimatickými změnami. Největší změny za posledních 50 000 let se udály před 8 500 až 12 500 lety. Tehdejší tempo růstu hladiny oceánů předčilo jakékoli projekce IPCC pro 21. století. Podle studie australských vědců, která vychází z měření provedených od roku 1870 do roku 2004 na různých místech zeměkoule v období těchto 134 let hladina stoupla o 19,5 cm, se zvyšující se tendencí posledních 50 let. Průměr za celé období od roku 1870 činil 1,44 mm, za celé dvacáté století to bylo 1,7 mm za rok, posledních padesát let však hladina stoupala již o 1,75 mm ročně. V posledních dvanácti letech stoupá hladina o 3 mm ročně. Pokud by tento trend vydržel i nadále, zvýšila by se hladina moří do konce 21. století o 28 až 34 cm. Růst hladiny oceánů je nebezpečný zejména pro pobřežní oblasti. Může se projevit

v

podobě

pobřežní

eroze,

inhibice primární produkce, rozsáhlého zaplavení

pobřeží,

většího

vlnobití,

intruze ústí řek směrem do vnitrozemí, Obr. 27: Pohled na souostroví Tulun z roku 2000 z družice Landsat (oceandots .com)[35]

změn v kvalitě povrchových vod, změn v distribuci patogenních organismů, vyšší teploty povrchových vod moří a tání

mořských ledovců (IPCC 2001b). 62

Mezi prvními na seznamu míst nejvíce ohrožených důsledky zvyšování hladiny jsou Carteretovy (zvané také Tulun, obr. 26) ostrovy, v současné době téměř neobyvatelné. Tyto ostrovy jsou součástí Papui Nové Guinei a leží 86 km severozápadně od většího ostrovu Bougainville. Jedná se o atoly o průměru 16 km zaujímající plochu 0,6 km2. Už 20 let svádějí zdejší obyvatelé předem prohranou bitvu s oceánem. Stavějí pobřežní hráze a pěstují mangrovníky, které tvoří přirozenou ochranu proti bouřím. Místní úřady rozhodly o tom, že v průběhu následujících dvou let budou všichni obyvatelé převezeni na ostrov Bougainville. Stejný problém řeší i obyvatelé souostroví Kiribati nebo turistická destinace Maledivy, kde většina ostrovů leží v nadmořské výšce do dvou metrů. Již v roce 1999 se pod vodou ztratily dva Kiribatské neobydlené ostrovy - Tebua Tarawa a Abanuea. Mořská hladina se zdá být plochá,

ale

ve

skutečnosti

ji

pokrývají vyvýšeniny a poklesy vyvolané proudy, větry, přílivem a také

gravitačním

polem.

Díky

znalosti tvaru geoidu lze zvyšovat přesnost výškoměrů na družicích. NASA ve spolupráci s německou German Aerospace Center zahájili projekt GRACE Obr. 28: GRACE – topografie oceánů, sestaveno na základě rozdílu altimetrických měření a geoidu (NASA)[36]

ICESat, který

má zjistit vliv tání ledovců na změny

celkové

gravitace.

Předpokládá se totiž, že jak tají ledovce přesouvají se vodní masy k rovníku a Země, lépe řečeno její vodní obal, zde začíná nabývat na objemu.

63

6.4. Ledový příkrov, sněhová pokrývka a permafrost Výzkumu polárních oblastí se věnuje mise IceSat. Je zaměřena především na atmosférická měření. Jejím úkolem je zjistit vztah mezi velikostí ledovců (resp. jejich úbytku) a oblačností. Vychází se z předpokladu, že roztaje-li ledovec, musí se toto množství vody projevit v oblačnosti díky zvýšenému výparu. Následkem toho lze očekávat i vyšší sněhové srážky. Tloušťka ledu v Antarktidě i v Grónsku se měří pomocí laserového výškoměru. Laserový paprsek je vysílán v krátkých pulsech čtyřicet krát za sekundu a měří se doba potřebná k jeho návratu po odrazu od ledové pokrývky. K velmi přesnému určení vlastní polohy družice využívá navigačního systému GPS. Spolu s družicí GRACE, která monitoruje pohyby vodních mas může objasnit vazby mezi táním ledovců a zvyšováním hladiny světového oceánu. Evropská vesmírná agentura ESA sestavila satelit CryoSat, který se měl specializovat na zkoumání ledové a sněhové

pokrývky

přístroje

SIRAL

pomocí

hlavního

(Synthetic

Aperture

Interferometric Radar Altimeter). Tento altimetr je prvním senzorem svého druhu, který dokáže měřit i plovoucí led v oceánech. Jiné altimetry na družicích Envisat či ERS II, které také přispívají Obr. 29: Kombinace teploty a emisivity mořského ledu v mikrovlnném spektru 89 GHz, na základě měření z AMSR-E (NASA/GSFC, Alvaro Ivanoff)[37]

měřením v polárních oblastech, nejsou dostatečně spolehlivé v určování okrajů ledovců, kde je jejich změna největší.

Navíc je jejich rozlišení nedostatečné při rozeznávání plovoucích ker a ledovců. Tato mise bohužel skončila neúspěchem a v současné době probíhá diskuze, zda bude CryoSat znovu sestaven.

64

Ledovou pokrývku obecně monitorují pasivní mikrovlnné radiometry. Ten nese například družice DMSP nebo Adeos II a Aqua (přístroj AMSR/-E). Mapování je založeno na měření záření v oblasti mikrovln a na rozdílné emisivity mořské hladiny a ledu (obr. 29). Vychází se z poznatku, že led je chladnější než voda, a jeho jasová teplota by tedy měla být nižší. Tyto měření doplňují snímky topografie povrchu z družic Landsat, Terra (přístroj MODIS), kanadské Radarsat a jiné. Kryosférické pochody jsou velice citlivé na změny klimatu. Obsahují tři důležité zpětnovazební mechanismy, působící prostřednictvím povrchového albeda, termohalinní cirkulace a uvolňování skleníkových plynů z tajícího permafrostu. Z téměř 70 % všech zásob sladké vody na Zemi, která je vázána ve sněhové pokrývce a ledu pouze jedno procento každoročně rozmrzá a opět zamrzá. Nejvíce proměnlivá součást kryosféry je sníh. Zhodnocení celkové sněhové pokrývky bylo možné zavedením satelitních snímků od roku 1966. Satelitní data ukazují, že na severní polokouli se rozsah sněhové pokrývky mění z 42 - 50 milionů km2 v lednu na 1 - 4 milionů km 2 v srpnu (Lawrimore et al. 2001). Za posledních 30 let se plocha sněhové pokrývky snížila o 10 % zejména během jara a léta. V zimě nejsou pozorované významné změny (Folland et al. 2001).

Obr. 30: Změna sněhové pokrývky na hoře Kilimandžáro v roce 1993 (vlevo) a 2000 (vpravo) (NASA/GSFC, Scientific Visualization Studio a USGS)[38]

65

Ukázkový příklad úbytku sněhu v závislosti na oteplování planety je nejvyšší hora Afriky Kilimandžáro. Sněhová „čepice“ se na této hoře formovala jedenáct tisíc let. K 80% úbytku stačilo jedno století. Předpokládá se, že zde sníh zmizí úplně do dvaceti let. Sněhová pokrývka na Kilimandžáru je pečlivě sledována satelitními přístroji již řadu let. Na obrázku 30 vidíme snímky ze stereoskopické kamery, umístěné na družicí Landsat. Byly pořízeny v únoru 1993 a 2000. Úbytek sněhové pokrývky je na těchto snímcích zcela zřetelný.

Obr. 31: Změna ledové pokrývky na severním pólu od roku 1979 do 2005 (NASA)[39]

Obr. 32: Rozsah tání Grónského ledovce od dubna do srpna v letech 1992 a 2005 (Russel Huff a Konrad Steffen, CIRES, University of Colorado)[40]

Rozsah ledové pokrývky v Severním ledovém oceánu každoročně kolísá v rozmezí od 15 miliónů km2 v březnu do 8,5 miliónů km2 v září. Mořský led začal být satelity monitorován od roku 1973. Množství ledu v Severním ledovém 66

oceánu se od roku 1978 do 1999 snižovalo průměrně o 2,8 % za desetiletí (Parkenseon et al., 1999), přičemž snížení bylo výraznější v létě (4,5 % za desetiletí) než v zimě (2,2 % za desetiletí, Johannessen et al., 1999). Rychlost ústupu zalednění byla nejvyšší v letech 1993, 1995 a 1998. V roce 1998 byl rozsah ledů v Beaufortově moři o 25 % nižší než minimum za roky 1953 - 1997 (Maslanik et al. 1999). Celková ztráta objemu ledu v Severním ledovém oceánu za posledních 30 let činí 12 %, přičemž 9 % je způsobeno zvýšeným pohybem ledovců. Pouze zbylá tři procenta připadají na změnu poměru růstu a tání (Holloway and Sou 2002). Změna ledové pokrývky od roku 1979 do současnosti je na obrázku 31. Na dalším obrázku (32) vidíme změny rozsahu tání ledovce od dubna do srpna v roce 1992 (růžově) a v roce 2005 (červeně). Pro oba obrázky byla využita data ze satelitu DMSP.

Obr. 33: Tříštění šelfového ledovce Larsen-B (vlevo NASA[41], vpravo NASA, Ted Scambos, National Snow and Ice Data Center[42])

Podle IPCC ubylo od roku 1960 10 % veškeré ledové pokrývky Země. Panuje však všeobecná shoda, že oteplování se projevuje nejvíce v Arktidě. V Antarktidě lze pozorovat změny pouze na Antarktickém poloostrově, který za posledních 50 let zaznamenal čtyřikrát výraznější oteplení než je průměr pro celou planetu. Na zbytku kontinentu se ale výrazné oteplování neočekává. Problémem zůstává tání šelfového ledovce na Antarktickém poloostrově, který dosud zabraňoval posunu pevninských ledovců směrem do moře. V lednu 1995 a v únoru 2002 nastaly u 67

šelfového ledovce Larsen-B, který je situován podél tohoto poloostrova, dva velké průlomy. Severní část ledovce se rozpadla na menší kusy z nichž jeden má plochu 3 250 km2. Ledovec Larsen-B tak plošně ztratil v posledních letech 12 500 kilometrů čtverečních (obr. 30). Za poslední století se zvýšila teplota permafrostu a v některých oblastech ustoupil severněji. Měření na severu Aljašky ukazují oteplení permafrostu o 2 – 4 °C od začátku minulého století do roku 1980 (Lachenbruch and Marschall, 1986) a oteplení o další 3 °C od r. 1980. Oteplení o 2 °C za poslední desetiletí bylo zjištěno v Kanadě a o 1 °C na severozápadní Sibiři (Nelson, 2003). Jeden z nejdůležitějších biogeochemických účinků tání permafrostu je uvolňování skleníkových plynů. V mnoha oblastech se za posledních několik desetiletí změnil poměr mezi akumulací a uvolňováním půdního uhlíku z oblastí s převažující akumulací na oblasti zdrojové (Oechel et al. 1993).

6.5. Biosféra Změnám nepodléhají jen oceány jako takové, ale i život v nich. Jedny z nejvíce takto postižených oblastí jsou pobřežní ekosystémy. Jak již bylo řečeno, voda se vyznačuje nízkou odrazivostí ve všech vlnových délkách a nejlépe propouští vlnové délky kolem 0,48 μm, tedy modré světlo. K pozorování sedimentů při pobřeží a korálů se používá senzorů, které operují ve viditelném spektru. Jsou to jednak přístroje, které snímají zemský povrch a data vyhodnocují na základě zbarvení oceánů (např. MERIS na družici Envisat, přístroj MODIS, který zkoumá fytoplankton v polárních oblastech nebo družice Landsat viz obr. 36) a také přístroj SeaWiFS (viz obr. 38), který vyhodnocuje data na základě chlorofylového pigmentu. Chlorofyl absorbuje 70 až 90 % světla v modré a červené části spektra a ostatní (zelené) odráží. Právě toto odražené světlo registrují citlivé přístroje. Podle snímků koncentrace chlorofylu se posuzuje biologická aktivita.

68

Pobřežní „mrtvé zóny“ Více než 50 % lidské populace sídlí v oblasti do 100 km od pobřeží. K tomu musíme ještě přičíst plochy povodí řek, které transportují sedimenty do moří. V současnosti se každoročně dostane do moře 16 – 20 x 109 tun sedimentů (Steffen 2004 podle Milliam and Syvitski 1992). Množství sedimentů přepravených do pobřežních oblastí bylo změněno dvěma protichůdnými způsoby. V některých regionech je zvýšená sedimentace rozpuštěných látek díky zemědělství, hornictví a lesnictví a z odpadních vod z domácností a průmyslu. Jinde je sedimentace nižší, protože se látky zadržují v přehradách.

Obr. 34 Delta řeky Mississippi. Vlevo pořízeno v lednu 1973 družicí Landsat 1 (vlevo), obrázek vpravo z ledna 2003 pořízen družicí Landsat 7 (USGS Landsat Project)[43]

Řeka Mississippi za posledních 10 000 let změnila několikrát svůj tok. Ten současný je starý teprve 600 let. Strach, že řeka opět změní svůj tok, čímž bude ovlivněn rybářský průmysl v oblasti New Orleans, vedl k rozhodnutí regulovat tok hrázemi, systémem kanálů apod. Rozsáhlé mokřady kolem řeky byly zničeny regulací břehů. Řeka z těchto mokřadních systémů přiváděla velké množství sedimentů do moře, což se po úpravách toku změnilo. Sedimenty transportované řekami do moří lze satelitní technikou jednoduše sledovat. Změny sedimentace v řece Mississippi dokládají satelitní snímky pořízené přístroji z družic Landsat 1 a

69

Landsat 7 (obrázek 34). Na obrázku vpravo z roku 2003 je zřetelně vidět menší množství sedimentů než na obrázku vlevo z roku 1973, kdy ještě na řece nebyly žádné úpravy. Přesto, že se celkové množství sedimentů tekoucích z této řeky do Mexického zálivu snížilo, roste obsah dusičnanů které se dostávají do říčního systému. Dusík je limitující živinou pro růst řas. Následkem zvýšeného ukládání dusičnanů v říčním systému řeky Mississippi ze zvýšil růst řas v Mexickém zálivu. Řasy spotřebují při respiraci a rozkladu velké množství kyslíku a způsobují tak hypoxii. Hypoxie nastává, když rozpuštěné

koncentrace

kyslíku

klesnou

pod

obvykle

udávaných

0 - 2 ml/l. Potom nezbývá dost kyslíku pro mořské živočichy a nastává masivní vymírání. Oblast ústí Mississippi je tak známa jako Mrtvá zóna. Mezi léty 1993 a 1999 se tato oblast rozrostla z 4 000 na 8 000 čtverečních mil (Sanderson 2004).

Obr. 35 Mrtvé zóny světa (UNEP, Geo Year Book 2003)[44]

Podobných „mrtvých zón“ je na světě 146, s každoročně, občasně, periodicky nebo soustavně se vyskytující hypoxií (Obr. 35).

70

Odumírání korálů V pobřežních oblastech se nacházejí korálové útesy. Přibližně 30 % pobřežních korálových útesů, kde je největší koncentrace biodiverzity je dnes díky lidským zásahům v kritickém stavu. Na vině nemusí být vždy člověk, alespoň ne přímo. Rozsah blednutí a umírání korálů je spojován se zvýšenou povrchovou teplotou moří. Vysoká teplota poškozuje řasy, kterých se pak korál zbavuje, což způsobuje jeho blednutí. Nejhorší byl rok 1998, kdy vybledlo nebo odumřelo 16 % světových korálů (National Geographic 9/2004). Tak velký rozsah vymírání je částečně spojován s účinky působení jevu EL Niňo v letech 1997-1998. Korály

neovlivňuje

jen

teplota.

Ukazuje se, že nejsou schopné růst ve vodě s vyšším obsahem rozpuštěného CO2, které snižuje pH vody. Je-li v atmosféře vyšší obsah CO2, více se ho rozpouští v povrchových vodách oceánů, což mění chemické složení a chemickou Obr. 36 Mořské řasy Emiliania Huxleyi u jihovýchodního pobřeží Anglie (Steve Groom, Plymouth Marine Laboratories) [45]

rovnováhu, která kontroluje pH. Zvyšuje se kyselost povrchových vod a tím se snižuje

stav

nasycení

uhličitanu

vápenatého, který snižuje rychlost kalcifikace organismů, které formují korálové útesy. Tento efekt může snížit rychlost kalcifikace o 30 % v případě dvojnásobných koncentrací CO2 v atmosféře (Kleypas et al. 1999). Korály potřebují pro svůj růst živiny. Ukazuje se, že nezbytným prvkem je železo, jehož hlavním zdrojem je prach. Železo je důležitým limitujícím prvkem pro primární produkci vůbec. Mimoto, železo je nezbytnou živinou pro rozkvět fytoplanktonu dokonce i v oblastech, kde jsou jiné živiny těžce dostupné. Existují experimenty, které zkoumají v jakém rozsahu se zvýší růst fytoplanktonu v malých oblastech obohacených železem, které je zde jinak limitujícím prvkem (Boyd et al. 2000). Podle některých modelů (Lefévre a Watson 1999, Watson, 71

2000) prachové nánosy obsahující železo zvýší mořskou produkci a tak absorpci CO2, takovým způsobem, že mohly být z třetiny až poloviny zodpovědné za snižování CO2 během dob ledových. Z ledových jader je zřejmé, že se během těchto dob výrazně zvýšilo množství prachových usazenin, tedy i množství železa jako potřebné živiny. Atmosférický

transport

železa

může mít i negativní dopad. Každý rok v Karibiku deponuje zhruba miliarda tun afrického prachu (což je 5x více než v 70. letech), který pochází zřejmě ze Sahary (Obr. 37). Tento o železo obohacený prach se zde usazuje na korálových útesech a pomáhá růstu řas a chaluh, které mohou následně tyto Obr. 37 Prach ze Sahary směřující ke Karibiku (NASA)[46]

korály zadusit. Saharský prach také obsahuje patogeny,

které

napadají

mořské ježky, které spásají řasy a chaluhy a umožňují tak růst korálových útesů. Biologická produkce tedy závisí na vzdušných i mořských proudech. Například prach ze Sahelu deponuje nad Amazonskou pánví kam přináší řadu důležitých prvků. Chadwick et al. 1999 poukazuje na fakt, že lesy na Havaji získávají většinu důležitého fosforu z 6 000 km vzdálené pouště Gobi, což jim umožňuje se udržet na značně erodovaných vulkanických horninách. V průměru 13 % prachových částic opouštějících Afriku sesedá mezi 50 a 70 stupni východní délky a železo zde tvoří 0,7 %. Podobné obohacení o železo se děje v rovníkovém Pacifiku. Zde se jedná o koncentrace 0,11 µg/m3 (Behrenfeld 1996, Cooper 1996). Zajímavé jsou regiony, kde jsou výrazné výstupné proudy a proto dostatek živin, přesto je zde nízká biologická aktivita. Kromě rovníkové oblasti jsou takové oblasti subarktický Pacifik a část jižního Pacifiku. Oblasti s vysokou biologickou produktivitou mají naopak zřejmě dostatek železa. 72

Území, o kterých je známo, že se zde pravidelně fytoplankton vyskytuje, se chovají jako oblasti s efektivní absorpcí CO2. Toto je zjevný příklad jak změny atmosférických proudů mohou ovlivnit biologickou produkci, tím množství uhlíku v atmosféře a tedy globální klima.

Obr. 38 Koncentrace chlorofylu měřené přístrojem SeaWIFS (NASA)[47]

Vliv CO2 na fotosyntézu Oxid uhličitý je nezbytnou složkou pro fotosyntézu. Výzkumy ukazují (Mooney et al. 1999), že rostliny zvýší svoji hmotu o 16 % s dvojnásobkem koncentrací CO2. Tímto problémem se zabývali vědci v rámci Free-Air CO2 Enrichment Experiment (FACE). Výsledky ukazují, že při obohacení vzduchu o CO2 na hodnotu 545 ppm se zvýší fotosyntéza listů o 46 % (Gunderson et al. 2002) a primární produkce o 21 % (Norby et al. 2002). Přičemž ekosystémy v chladných oblastech méně reflektují zvýšení obsahu CO2 než např. tropické ekosystémy. V zemědělství se očekává zvýšení výnosů o 10 až 15 % v případě dvojnásobných koncentrací CO2 (Gregory et al. 1999). Navíc CO2 působí pozitivně na vstřebávání dusíku a fosforu rostlinami z půdy a tím se opět zvyšuje celková bioprodukce. Ne všechny plyny ve větším množství ale působí stejně pozitivně jako oxid uhličitý. Příkladem vlivu člověka prostřednictvím zvýšených emisí různých plynů a částic byly kyselé deště ve 73

střední Evropě a na východě Severní Ameriky (emise oxidu siřičitého vrcholily v 70. a 80. letech). Toxický může být i O3 a snižovat výnosy, např. pšenice o 30 % za sezónu při sedmihodinových denních koncentracích O3 80 ppm, které byly naměřeny v některých částech Evropy a USA (Steffen 2004 podle Fuehrer 1996). Oteplování a fenologické fáze S oteplováním souvisí i posuny ve fenologických fázích, zahrnující dřívější rozmnožování, dřívější návrat stěhovavých ptáků, dřívější rašení a kvetení rostlin, změny tradičních lovišť a s tím spojené narušení potravinového řetězce, a jiné.

Obr. 39 Leaf Area Index – březen (vlevo), květen (uprostřed), červenec (vpravo), (NASA)[48]

Satelitní snímky vegetace ukazují, že se prodlužuje vegetační období u boreálních lesů. K sledování vegetace lze použít např. srovnání Indexu listové pokryvnosti (Leaf Area Index) pro určité období v několika po sobě následujících letech. Je to bezrozměrná veličina, která udává hustotu vegetačního krytu, přesněji řečeno, kolikrát je plocha všech listů větší než jednotková plocha sloupce, ve kterém se listy nacházejí. Tuto hodnotu měří přístroje MODIS na družici Terra, přístroj AVHRR na družici NOAA a SAR na evropské družici ERS II. Na obrázku 39 vidíme Leaf Area Index pořízený v březnu, květnu a červnu 2002 na základě dat z přístroje MODIS. Hustota vegetačního krytu je znázorněna zeleně. Čím hustší pokryv tím tmavší odstín. Studie kvetoucích rostlin na Britských ostrovech ukázaly, že 16 % z nich kvetlo dříve ve srovnání se čtyřmi předchozími desetiletími a pouze 3% později (Folland et al. 2001).

74

Zvýšená teplota se projevuje různě. Antarktický terestriální ekosystém ukazuje zvýšení diverzity, zejména půdní fauny, zatímco korálové druhy v tropických vodách blízko jejich teplotního limitu ztrácí na množství i diverzitě. Fragmentace krajiny Kácení lesů způsobuje fragmentaci přirozeného prostředí a tak rozptýlení zvířecích, rostlinných a mikrobiálních druhů. Příklad můžeme najít ve východní Africe. Zde stáda býložravců sledují sezonální klimatické kolísání a přesouvají se ze suchých pastvišť do vlhkých a obráceně. V minulých desetiletích byly některé oblasti v Keňi přeměněny na pšeničné farmy. Serengeti-Mara ekosystém leží na tradiční migrační stezce pakoně hřivnatého. Využití vlhkých oblastí pro zemědělství nutí pakoně, přesouvat se dříve do suchých oblastí nebo do jiných vlhkých oblastí, kde musí soutěžit o potravu s jiným skotem. Populace pakoňů se nyní odhaduje na 31 300 kusů, což je pouze 25 % z původního počtu před rokem 1970, od kdy se zde datují první změny ve využití půdy (Serneels et al. 2001).

6.6. Pokrytí země Zastavěné plochy Počet velkých měst významně roste. V 1950 bylo na Zemi 81 měst s populací větší než milion obyvatel. V roce 1990 bylo měst nad milion obyvatel již 270. V roce 1950 existovaly pouze dvě města nad 10 miliónů (Londýn a New York), v roce 1990 bylo takových měst 21. Očekává se, že v roce 2015 jich bude již 33. Na obrázku 40 vidíme kontinuální vývoj městské čtvrti Dallas-Fort Worth. Snímek vlevo je pořízen družicí Landsat 1 v březnu 1974, obrázek uprostřed družicí Landsat 5 v březnu 1989 a obrázek vpravo družicí Landsat 7 v únoru 2003. Město se rozrůstalo zejména v posledních třiceti letech. V roce 1970 zde žilo 2 378 000 obyvatel, v roce 1988 už to bylo 3 776 000 a v roce 2002 počet obyvatel přesáhl 5,5 miliónů obyvatel. 75

Obr. 40: Dallas-Fort Worth, pořízeno družící Landsat (USGS)[49]

Zajímavý pohled na využití země ve spojitosti s růstem lidské populace, poskytuje Defense Meteorological Satellite Program (DMSP). V rámci tohoto programu operují čtyři satelity nesoucí kamerový Operational Linescan System (OLS). Tři z těchto satelitů mají jedinečnou schopnost detekovat viditelné blízké infračervené záření v noci. Z těchto dat je možné získat obraz oblaků odrážejících měsíční světlo, ale hlavně světlo z měst a požárů (obr. 41).

Obr. 41: Země v noci (Craig Mayhew and Robert Simmon, data Christopher Elvidge a NOAA National Geophysical Data Center)[50]

Zastavěné či vydlážděné plochy zaujímají 2 % z celkové plochy Země. Nezdá se to být mnoho, ale města potřebují zázemí – pole, pastviny, sady, louky, lesy z nichž je velké procento zavlažováno. Staví se tedy přehrady a kanály, regulují se 76

toky řek. Města potřebují energii. Dhakal et al. (2002) odhaduje, že mezi roky 1970 a 2002 se emise CO2 v Tokiu více než zdvojnásobily díky využívání většího množství energie. Využití půdy Podle odhadů bylo přeměněno člověkem za období 10 000 let přibližně 50 % nezamrzajících ploch na Zemi. Odhady také říkají, že 40 % celkové suchozemské produkce je využito člověkem (Vitousek et al. 1986). Zemědělské plochy se od roku 1960 zvýšily o 10 % (FAOSTAT 2003)[51]. Během 20. století bylo přeměněno na úrodné půdy přibližně 3 200 000 km2 země (Williams 1990), Richards (1990) odhaduje, že to bylo 10 miliónu km2 .

Obr. 42 Pokrytí Země vegetací na základě dat z přístroje MODIS na družici Terra (USGCRP, R. DeFries, M. Hansen, and J. Townshend, University of Maryland-College Park)[52]

Na základě dat pořízených satelitní technikou, lze sestavovat mapy pokrytí Země vegetací (obr. 42). Reflektance vegetačního krytu má různé spektrální projevy. V oblasti pigmentační absorpce jsou pořizovány snímky na základě vlastností chlorofylu. Odrazivost pro oblast vlnových délek nad 0,7 mikrometrů ovlivňuje buněčná struktura. Proto na obrazových materiálech pořízených v

77

tomto spektru lze zřetelně odlišit plochy pokryté vegetací od jiných ploch a také i jednotlivé druhy rostlin. Odlesňování Je třeba poznamenat, že údaje týkající se odlesňování a zalesněných ploch se mohou lišit a to i z toho důvodu, že neexistuje jednotná definice lesa. FAO definuje les jako plochu porostlou stromy větší než 10 % celkové plochy, zatímco u IGBP je to více jak 60%. Tento fakt ale nemění nic na tom, že tempo odlesňování je v současnosti v některých oblastech vyšší než 4 % ze zalesněné plochy. (FAO, 2001)[53]. Na vině je stále rostoucí poptávka po dřevě pro průmysl a pro domácnosti, a samozřejmě také hledání nových zemědělských ploch. Celková produkce řeziva vzrostla od roku 1960 o 50 %, z toho je 50 % použito jako palivo (FAOSTAT, 2003)[51].

Obr. 43 Odlesňování v oblasti Rondonia v Brazílii (NASA)[54]

Přístroje družice Landsat v rozlišení 30 m zkoumají některé oblasti, zejména Amazonskou pánev. Ale problémy, jako velká oblačnost nebo obtíže se

78

zpracováním tak velkého objemu dat, jí znemožňují pokrýt celou plochu tropického pralesa. Senzory s nižším rozlišením (1km jako AVHRR) pokrývají celou zemi a poskytují dostatečné informace o změnách a rychlosti odlesňování. Současné výzkumy pomocí přístrojů SPOT VEGETATION a MODIS toto šetření ještě zdokonalují. Na obrázku 43 vidíme postupné kácení tropického pralesa a jeho přeměnu v sídla. Jde o snímky oblasti Rondonia v Brazílii pořízené satelitem Landsat 2, 4, 5 a 7 během let 1975, 1986, 1992 a 2001. Tato oblast zaznamenala na konci dvacátého století enormní růst obyvatel a tempo odlesňování stále roste. Ostatní změny Redukce toku řek a změny původní vegetace

napomáhají

vzniku

záplav.

Vegetace, odumřelé části rostlin a půdní organická hmota snižují odtok. Například v Brazílii se ukázalo, že zalesněné plochy mají desetkrát vyšší infiltrační kapacitu než pastviny. Podobná situace byla zjištěna v Tanzanii, kde každoroční odtok Obr. 44 Záplavy na soutoku Labe a Vltavy v roce 2002 (ESA)[55]

z kultivovaných ploch je o 30 - 60 % vyšší než v oblastech s původním zalesněním (Lorup and Hansen 1997).

Mnohem dramatičtější efekt byl zaznamenán při studiích v Malajsii, kde přeměna tropických pralesů na palmové plantáže znamenala zvýšení odtoku o 157 % pro kakaové plantáže a o 470 % pro plantáže s palmou olejnou (Andul Rahim 1998). Zvýší-li se povrchový odtok, voda se nevsakuje a odtéká do řek. Zvyšuje se tím jejich hladina a v případě silných srážek může dojít k záplavám. Na obrázku 44 vidíme rozsah povodní na soutoku řek Vltavy a Labe. Snímek byl pořízen přístrojem SAR na družici ERS 2 v roce 2002. Stejný přístroj nese i kanadská družice Radarsat. Touto družicí byly pořízeny např. snímky povodní na 79

dolním toku řeky Moravy, které proběhly v červenci roku 1997. Povodně na našem území mohou monitorovat také družice Landsat nebo Spot.

6.7. Ostatní změny El Niňo Southern Oscillation (ENSO) a La Niňa El Niño je původní název jevu, který pozorovali rybáři už v 16. stol v Jižní Americe ve vodách rovníkového Tichého oceánu. Tento jev nastával obvykle kolem vánoc a proto byl rybáři nazván El Niño Jesus (česky Ježíšek). Jižní oscilace byla zkoumána již

v

letech

1897

Hildebrandssonem. meziročních

H.H.

Všiml

trendů

v

si

tlaku

vzduchu. To potvrdili i Norman a W.J.S. Lockyer, kteří zjistili, že existuje kolísání tlaku vzduchu mezi

Jižní

Amerikou

a

indonéskou oblastí. První, kdo dal do souvislosti El Nino a jižní oscilaci, byl Schell v roce 1965. Nicméně komplexní vysvětlení Obr. 45 Změny teploty a množství srážek v důsledku ENSO v zimním (nahoře) a letním (dole) období (Halpert a Ropelewsky, doplněno Aceituno, CLIVAR)[56]

podal J. Bjerknes v roce 1966, který

popsal

interakce

mezi

atmosférou a oceánem.

El Niňo Southern Oscillation (ENSO) je souborem interakcí jednotlivých částí celosvětového klimatického systému a jejich kolísání, které se projevuje souslednými událostmi v atmosférické a oceánské cirkulaci s periodou 3 - 8 roků. Za normálního stavu odtlačují pasáty vodní masu Tichého oceánu od pobřeží Jižní Ameriky. Při příchodu El Niña dojde k zeslabení pasátů a prohřáté vody

80

západního Pacifiku se přesouvají k pobřeží Jižní Ameriky. Teplá voda je zdrojem vodní vlhkosti a konvektivních oblaků u pobřeží Jižní Ameriky, zatímco v Austrálii a v západním Pacifiku panuje suché a horké počasí. Průměrně se zvýší teplota na východě o 2 – 4 °C, čemuž se musí přizpůsobit globální atmosférická cirkulace. Prudké deště nastanou na pobřeží Ekvádoru a Peru a západní části Severní Ameriky, které jsou normálně suché, naopak sucha postihnou Severní Brazílii, Austrálii, Indonésii, a Jižní Afriku. Tyto anomálie jsou graficky znázorněny na obrázku 45. Modrá barva znamená zvýšený srážkový úhrn, oranžová sucha a červená zvýšené teploty nad normál.

Obr. 46 Vývoj teploty vody oceánu v lednu, červnu a listopadu roku 1997 a březnu roku 1998. Obrázky byly sestaveny na základě měření topografie povrchu oceánu radarovým výškoměrem TOPEX a měření povrchové teploty oceánu senzorem AVHRR z družice NOAA (Gregory W. Shirah a další, NASA/GSFC)[57]

Jev La Niña je dílčím jevem ENSO. Název La Niňa (znamená holčička), byl dán vědci, jako protiklad k El Niñu. Tento jev je charakterizován zesílením pasátů a následným zesílením studeného Peruánského proudu, který přináší chladné vody až do rovníkových oblastí. Proto také bývá někdy označována jako studená fáze El Niño.

81

Na pozorování jevu El Niňo byl v minulosti zaměřen zejména americkofrancouzský projekt TOPEX/Poseidon (nyní Jason). Projekt monitoroval zejména změny oceánů v souvislosti s El Niňo (obr. 46), např. změny povrchové teploty. Tato měření byla dále doplněna o pozorování rychlosti a směru větrů nad povrchem oceánů z družice QuickScat, jejíž přístroj SeaWinds nyní doplňuje mezery v datech, způsobené ztrátou NSCAT, předchůdce QuickScat. Evropská vesmírná agentura využívá k pozorování těchto jevů zejména přístroje ATSR na družicích ERS. Z měření povrchové teploty oceánů se sestavují například globální mapy rozdílů teplot v určitých časových obdobích. Severoatlantická oscilace (NAO) Severoatlantická oscilace představuje hlavní mechanismus (krátkodobé cyklicity) počasí a podnebí v západní a střední Evropě. Je řízená změnami oceánské cirkulace ve spojeni se změnou atmosférických hmot, které se projevují jako tlakové změny mezi Islandskou tlakovou níží na severu a Azorskou tlakovou výší na jihu. Změny jsou spojeny s kolísáním teploty, se změnami rychlostí a směrů větru a distribuce vlhkosti. Dále se mění intensita, počet a dráhy bouří.

Obr. 47 Dvě fáze Severoatlantické oscilace – vlevo pozitivní a vpravo negativní (Lamont Doherty Earth Lab./NOAA, CLIVAR)[58]

82

Při pozitivní fázi (obr. 47 vlevo) zesiluje Azorská tlaková výše a prohlubuje se Islandská tlaková níže. Oblasti severní Eurasie a jihovýchodní části Spojených států mají vlhké a poměrně teplé klimatické podmínky. Oblasti východní Kanady a Grónska a Středomoří jsou naopak suché. Při negativní fázi (obr. 47 vpravo) tlaková výše ztrácí na intenzitě a tlaková níže se posouvá na jih. Tyto podmínky přináší vlhký vzduch do Středozemí a suchý studený vzduch do Evropy. Přechod v NAO je spojen se změnami v rozložení srážek i v tak vzdálených oblastech, jako jsou severní Brazílie a region západního Sahelu. Změny jsou výrazné zejména v zimě a vyvinuly se za poslední století z dvouleté periody na dnes převážně desetiletou. Tyto oscilace patří mezi základní charakteristiky přirozeného globálního klimatu. Ze statistik však vyplývá, že během posledního století dochází ke změnám v periodicitě i intenzitě. Na otázku zda se jedná o přirozený průběh, nebo má na tyto změny vliv i člověk, se v současnosti nedá odpovědět. Pravdou je, že člověk určitý vliv na klima má, což se v tak provázaném systému musí projevit. O tom, že narušení jedné složky úplného klimatického systému, může vyvolat kaskádu dalších reakcí a změn, svědčí příklad z let 1788 - 1795, kdy došlo k vážným klimatickým anomáliím. Během této periody nastaly dlouhotrvající sucha a neúroda v mnoha částech střední Evropy, v Karibské oblasti, v Egyptě na Sv. Heleně a jiných ostrovech v Jižním Atlantiku a také v Indii. Neobvykle mírná zima na Britských ostrovech a v severní Americe vedla k šíření epidemií. Zdá se, že tyto anomálie začaly počátkem roku 1788 při slabé fázi NAO. Byla velmi chladná zima, studené a vlhké jaro a následně suché léto. Následovalo zablokování monzunové činnosti, což znamenalo sucha v Jižní a Jihovýchodní Asii. Rok nato byly pozorovány počáteční projevy ENSO. Některé s těchto jevů mohou mít ve spojení s lidskou činností katastrofální důsledky. Následkem interakce mezi změnou původních tropických pralesů na palmové plantáže a suchými léty vlivem působení ENSO, došlo v jihovýchodní Asii v 83

letech 1997/98 k rozsáhlým požárům. Požáry tehdy zachvátily 45 600 km 2 lesa na Sumatře a Borneu. Odhaduje se, že se do ovzduší dostalo 7 Mt uhlíku (Steffen 2004 podle Murdiyarso et al. 2002). Některé z požárů se rozšířily na rašeliniště, která hořela ještě několik let. Požáry v Jihovýchodní Asii vytvořily oblak CO2 táhnoucí se přes Pacifik k pobřeží Severní Ameriky. K podobné události došlo v lednu 2003, kdy se spojily tři požáry hořící v horách západně od Canberry v 35 km dlouhou Obr. 48 Požáry v jihovýchodní Asii – TOMS Aerosol index (NASA/GSFC)[59]

ohňovou frontu šířící se na město. Západně od města leží

rozsáhlé lesy v nichž jsou zachovávány přírodní požáry. Požáry v těchto oblastech plných roští a úlomků dřeva v porovnání s otevřenými lesy a travinami, které se zde nacházely před kolonizací umožňují méně časté, ale silnější požáry. Léta před touto událostí byla v jihovýchodní Austrálii velice suchá. Tři až čtyři měsíce před požáry byla relativní vlhkost o 12 % nižší než průměr, teploty se pohybovaly o 3 °C výše než průměr a předešlý rok byl o 1 °C teplejší než průměr za předchozích padesát let. Přičteme-li k tomu minimální srážky v letních měsících, je zřejmé, že lesy musely být velice suché. Oheň ještě zesílil díky borovicovým plantážím blízko předměstí Canberry. Opět se jedná o sled faktorů přírodních anomalit a antropogenních vlivů.

84

7. Využití výsledků diplomové práce ve výuce zeměpisu Diplomová práce byla od samého začátku tvořena s cílem použít získané informace ve výuce zeměpisu na ZŠ a SŠ. Tomu byl podřízen obsah a hloubka do které studium problematiky zasahuje. Úmyslem bylo volit obecně známá témata, která souvisí přímo s kolísáním klimatu a klimatickými změnami, popsat k jakým změnám dochází a co je zapříčiňuje. Kapitoly jsou doplněny řadou obrázků (především satelitních snímků) pro lepší představu o tom, jak se podílí DPZ na studiu klimatických změn. Obrázky dokumentují, co všechno můžeme zkoumat metodami DPZ a co je výsledkem takového výzkumu. Přínos diplomové práce spočívá i v tom, že přináší ucelený přehled v oblasti, ve které je velice málo česky psaných literárních zdrojů. Těch několik málo publikací je navíc zaměřeno buď na samotný dálkový průzkum Země (na metody snímání, zpracování a aplikace) nebo pouze na popis klimatických změn bez využití poznatků DPZ. Součástí diplomové práce je CD (příloha č. 3), na kterém jsou základní informace o globálních změnách klimatu a možnostech jejich studia pomocí metod DPZ ve formě grafické prezentace. Prezentace na CD je atraktivní díky použitým zábavným prvkům, jakými jsou: animace, mapy, ilustrace, obrázky. Problematika klimatických změn je velmi široká a vyžaduje velké množství informací. Ne všechny musí uživatele zaujmout, a proto byla pro tvorbu prezentace zvolena hierarchická struktura. Základem je souvislá prezentace, která se dá využít jako učební pomůcka pro základní i střední školy. Tato prezentace obsahuje pouze základní faktografické údaje doplněné grafickými ukázkami. Příkladem jsou obecné příčiny, které vyvolávají změny klimatu: astronomické, antropogenní atd.

85

V základní prezentaci jsou hypertextové odkazy, které uživatele posunou v hierarchii vždy o úroveň níž. Zde lze najít konkrétní příklady, např. jak klima ovlivňují lidské aktivity. Tato úroveň je určena pro samostudium. Žák si prohlédne podrobnější informace pouze jen o oblasti, která ho zajímá. Ve stejné úrovni najdeme dále odkazy na animace a grafické prvky, kterými jsou další doplňující obrázky, schémata, satelitní snímky apod. Spuštění některých animací vyžaduje dodatečné softwarové vybavení. Přiložené CD může sloužit jako doplňující zdroj informací ve výuce fyzické geografie. Např. v učebnici geografie pro střední školy (Demek, Voženílek, Vysoudil 1997) najdeme na závěr každé kapitoly podkapitolu „vliv člověka na ...“. Místo třech teček jsou názvy jednotlivých složek krajinné sféry, atmosféra, hydrosféra, biosféra, kryosféra, pedosféra a lytosféra.

86

Závěr V současnosti představují metody dálkového průzkumu Země nepostradatelný prostředek pro studium globálního kolísání a změn klimatu. Poskytuje informace, které jsou jinými metodami nedosažitelné. Od 60. let dvacátého století kdy byly vypuštěny první družice, došlo v tomto oboru k velkému pokroku. S rozvojem výpočetní techniky pokročila schopnost zpracovat velké objemy dat získaných z družic, což je i dnes limitujícím prvkem. Informační a telekomunikační technologie umožňují rychlejší přenos dat a užší spolupráci vědců z celého světa. Význam DPZ se zvyšuje zejména díky možnosti monitorovat i oblasti nedostupné nebo zaostalých a rozvojových zemí, odkud chybí informace z jiných zdrojů. Důležitost studia klimatických změn podtrhuje vznik nových výzkumných organizací, vědeckých programů a experimentů a těsnější spolupráce v rámci jednotlivých organizací. Satelitní operátoři zavádějí stále častěji výzkumné a vývojové družice, které vzájemně spolupracují a doplňují se. Výsledkem jsou kompletní a přesnější informace, které lépe postihují vzájemné vazby mezi složkami klimatického systému. Obecně nejznámější problém týkající se změn klimatu je globální oteplování. Devět z deseti nejteplejších roků od r. 1860 bylo po roce 1990. Během 19. století se teplota planetární mezní vrstvy atmosféry zvýšila o 0,46 °C a během následujících 20. století to bylo o dalších 0,4 až 0,6 °C. Zvyšuje se i teplota oceánů, konkrétně 0,31 °C během sta let v hloubce 300 m. Zatím co teplota v troposféře

roste,

stratosféra

se

ochlazuje pravděpodobně

díky

úbytku

stratosférického ozonu Zvyšování teploty je spojováno, kromě astronomických vlivů, s růstem skleníkových plynů v atmosféře, zejména oxidu uhličitého. Jeho množství se zvýšilo od poloviny 19. stol. z 280 ppm na současných 350 ppm. Podobně vysoké jsou koncentrace i jiných skleníkových plynů v atmosféře, např. CH4 a N2O. Cílem vědců je stanovit tok uhlíku, dusíku a jiných prvků mezi jednotlivými složkami krajinné sféry. 87

Emise freonů do atmosféry způsobují vznik ozonové díry. Úbytek ozonu bylo možné pozorovat satelitní technikou od roku 1978. Změny radiační bilance způsobuje, mimo jiné, zvýšený obsah aerosolových částic v atmosféře, buď přímo, nebo nepřímo ovlivněním tvorby oblačnosti. Záleží na nadmořské výšce oblaků. Obecně tenká, řídká oblaka ve vyšších výškách propouští sluneční záření a zároveň odráží část infračerveného záření ze Země. Tím ohřívá atmosféru a zemský povrch. Hustá oblaka nízko nad zemí odráží sluneční záření a způsobují tak ochlazení. Radiační bilanci dále ovlivňuje změna pokrytí země – změna vegetačního krytu znamená změnu albeda. Stejně působí úbytek mořského planktonu. Oblačnost a množství srážek ovlivňuje, jak už bylo řečeno, množství a velikost aerosolových částic v atmosféře, dále množství dopadajícího slunečního záření na povrch, evapotranspirace, množství CO2 v atmosféře a druh vegetačního krytu. Aerosolové částice působí jako kondenzační jádra. Zvýší-li se oblačnost, méně slunečního záření dopadá na povrch. Povrch se tak méně zahřívá a klesá výpar, což zpětně ovlivňuje oblačnost. Oxid uhličitý uzavírá mikroskopické póry, kterými rostliny uvolňují vodu. Snižuje se tak transpirace. Hustší vegetační kryt zadržuje vláhu, ta se výparem dostává do atmosféry a opět zvyšuje oblačnost a srážky. Oblačnost ovlivňuje množství dopadajícího slunečního záření na povrch a tím teplotu. Teplota ovlivňuje rozmístění a velikost tlakových útvarů, které pohání atmosférickou cirkulaci. Zvýšení teploty oceánů může znamenat častější výskyt tropických cyklon i jejich větší intenzitu, protože tropické cyklony získávají svou energii právě přeměnou tepla získaného z oceánů. Intenzita severní části Golfského proudu se snížila o 30 % během posledních desíti let. Příčinou jsou zřejmě tající ledovce a vyšší srážky, které způsobují zpomalení termohalinní cirkulace. Při snížení intenzity Golfského proudu lze očekávat výrazné ochlazení západní části evropského kontinentu. Předmětem zkoumání

oceánů

je

i

možný

budoucí

růst

výšky

hladiny

oceánů.

88

Intergovernmental Panel on Climate Change předpokládá růst do roku 2100 o 0,48 m. Za posledních 30 let se rozsah sněhové pokrývky snížil o 10 %. Celkové ledové pokrývky Země ubylo od roku 1960 10 %. Jen na hoře Kilimandžáro došlo k 80% úbytku za jedno století. Na Zemi existuje 146 pobřežních tzv. mrtvých zón, kde vymírají mořští živočichové díky hypoxii. Odumírají korály a odhaduje se, že 30 % je jich dnes v kritickém stavu. Objevují se posuny biologických fází, zahrnující dřívější rozmnožování, návrat stěhovavých ptáků, rašení a kvetení rostlin, posunutí tradičních lovišť do jiných zeměpisných šířek a tím narušení potravinového řetězce. S počtem obyvatel na Zemi se zvyšuje rozsah přeměněných ploch. Změnou původního vegetačního krytu se mění radiační bilance Země, množství zadržené vláhy a tím evapotranspirace. Dochází k degradaci půdy, zvyšuje se riziko požárů. Je ovlivněn cyklus důležitých prvků, např. uhlíku. Jak vyplývá ze statistik, dochází ke změnám v periodicitě a intenzitě přirozených oscilací, jakými jsou Severoatlantická oscilace a El Niňo Southern Oscillation. Úplný klimatický systém je složitě provázaný a v současnosti nelze přesně stanovit jeho budoucí vývoj celého v případě narušení některé jeho složky. To je úkolem současné a budoucí vědecké činnosti v oblasti studia globálních změn klimatu. Metody DPZ jsou v tomto studiu nezastupitelné.

89

Summary Currently the methods of remote sensing present an undebatable basis for the study of the global climate changes. It provides information unreachable by other methods. In 60s of 20th century first satellites were launched and a great progress has been accomplish. With the advance of the information technologies there is an ability of proceeding the large amount of data from satellites, which is even now a limiting factor. An information and telecommunication technology allows faster data transfer and closer cooperation of scientists from all over the world. The importance of remote sensing increases especially due to the possibility to monitor also the inaccessible areas or developing and underdeveloped countries where there is no information from other sources. The importance of climatic changes study exalts establishing new research organizations, scientist programs and experiments and more tied cooperation inside the individual organizations. The satellite operators introduce exploring and developmental satellites more and more often that mutually cooperates and complements each other. The results are complex and exact information that describe mutual relations among climatic systems issues much better. Generally the well known problem concerning the climatic changes is the global warming. The nine out of ten warmest years since 1860 was after 1990. During the 19th century the planetary border limit layer temperature increased by 0.46 °C and during the following 20th century it increased by another 0.4 – 0.6 °C. Also the ocean temperature raises, specifically 0.31 °C during 100 in 300 m depth. While the temperature in troposphere increases, the stratosphere cools down probably due to decrease of stratospheric ozone. The air temperature has been observed by satellites since 1979. In the present the devices on satellites NOAA 18, Aqua, Adeos and Meteosat concentrate on this issue. They show most exactly the map changes of temperature deviations where the values for certain year are compared with long-term average.

90

The escalation of the temperature is associated with the increase of the greenhouse gases in the atmosphere, especially the carbonic oxide. Its amount has increased since half of the 19. century from 280 ppm to 350 ppm at the present. Similarly, the concentration of other greenhouse gasses e.g. CH4 and N2O is also high. The goal is to determinate the flow of carbon, nitrogen and other elements among the individual issues of the climatic system. The satellite devices enable the exploration of the atmosphere composition. NASA planes to launch the OCO (Orbiting Carbon Observatory) satellite, which will follow the number of CO 2 in atmosphere. The freon emission to the atmosphere causes the destruction of the ozone layer. It has been possible to observe the decrease of the ozone layer much better after satellites have been used. The devices which operate in UV spectrum measure the amount of the atmospheric ozone, e.g. Total Ozone Mapping Spectrometer on the Earth Probe satellite. Also the increased capacity of aerosol particles is related with the human activities. The aerosol in dependence with its amount and chemical composition cool down or warms up the Earth and affect the creation of the cloud formation. The satellite devices allow us to observe the areas, where the concentration of the aerosol particles is higher. The warm up of the ocean surface can increase the frequency of the tropical cyclones, because they get their energy exactly by transforming the ocean heat. We can analyze the atmospheric circulation by studying the satellite shots on the base of the layout and motion of the cloud formation, by measuring the rapidity and direction of the wind, but also the topology of the ocean. The missions Aqua, Jason, OrbView-2, older Topex/Poseidon, but also TRMM or Russian OKEAN devote to ocean studies. The intensity of north part of the Gulf stream has decreased by 30 % in last ten years. Melting glaciers and heavier rains are obviously the reason of slowing down the thermohalin circulation. By mitigation of the Gulf stream we can expect 91

the distinctive cool up of the western part of the European continent. The possible grow of the ocean level is also the subject of ocean observation. IPCC assumes its grow till 2100 by 0.48 m. Generally, the passive microwave radars monitor the snow cover and the ocean ice spread. For example the satellites DMSP, Adeos II or Aqua carry such device. The topography Earth surface shots from the satellites Landsat, Terra, Radarsat etc. complement this measurement. The spread of the snow cover has decreased by 10 % in last 30 years; the overall ice cover has decreased by 10 % from 1960. Only on the Kilimanjaro Mountain 80 % of snow cover have run low during one century. There are 146 coast co called dead zones, where the sea fauna dies due to hypoxia. The corals are dying and it is estimated, that in present 30 % of them is in critical conditions. The shifts of the biological phases appear, include the former reproduction, the return of migrant birds, flower sprouting and blossoming and the move of traditional hunting grounds to other latitudes violate the foot chain. The extension of the transformed areas increases with the Earth inhabitance. The radiation budget of the Earth and the amount of the retained moisture are changed due to changes of original vegetation cover. There is a demotion of the soil and increasing risk of fire. The cycles of important elements e.g. carbon are affected. As the statistics show, there are changes in periodicity and intensity of natural oscillations such as North Atlantic and El Niňo Southern oscillations. Past climatic system is intricately interconnected and currently it is not possible to determine exactly its future develop in case of violating of one of its factor. This is a task of the present and future scientific works in the field of global climatic changes studies. The remote sensing methods are unexpendable in this study.

92

Seznam použité literatury ABDUL RAHIM, N. Water yield changes after forest conversion to agricultural landuse in Peninsular Malaysia. Journal of Tropical Forest Science. 1988, vol. 1, no. 1, s. 67-84. ANDREAE, MO, et al. Transport of biomass burning smoke to the uper troposphere by deep convection in the equatorial region. Geophysical Research Letters. 2001, vol. 28, no. 6. BEHRENFELD, Michael J, et al. Confirmation of iron limitation of phytoplankton photosynthesis in the equatorial Pacific Ocean. Nature. 1996, Vol. 383, 10 Oct 1996, s. 508-511. BOYD, Philip W, et al. A mesoscale phytoplankton bloom in the polar Southern Ocean stimulated by iron fertilization. Nature. 2000, vol. 407, no. 6805, s. 695-702. BOLIN, B, et al. Global perspective. In WATSON, RT, et al. Land use, land use change and forestry : A special report of the IPCC. Cambridge : Cambridge University Press, 2000. BRASSEUR, Guy. Atmospheric Reactive Compounds and the Climate System. In Global Change and the Earth System : A Planet Under Pressure. [Germany] : Springer, 2004. s. 162-163. COOPER, DJ, et al. Large decrease in ocean-surface CO2 fugacity in response to in situ iron fertilization . Nature. 1996, Vol. 383, 10 Oct 1996, s. 511-513. CRACKNELL, Arthur P, et al. Remote Sensing and Climate Change : The Role of Earth. Berlin : Springer, 2001. DHAKAL, S, et al. CO2 emission from energy use in Asian mega-cities : An analysis on driving factors for Tokyo and Seoul. [Japan] : Japan Society of Civil Engineers, 2002. DEMEK, P., VOŽENÍLEK, V., VYSOUDIL, M. Geografie : Fyzickogeografická část. Praha : SPN, 1997. 94 s. DOBROVOLNÝ, P. Dálkový průzkum Země : Digitální zpracování obrazu. Brno : Vydavatelství Masarykovy Univerzity, 1998. 210 s.

93

FOLLAND, CK, et al. Observed climate variability and change. In HOUGHTON, JT, et al. Climate Change 2001 : The scientific basis. Cambridge : Cambridge University Press, 2001. s. 99-181. FU, Congbin. Land-Cover Change and Climate In East Asia. In STEFFEN, Will, et al. Global Change and the Earth System : A Planet Under Pressure. [Germany] : Springer, 2004. s. 180-181. GALLOWAY, James. The Global Nitrogen Cycle : Past, Present ant Future. In STEFFEN, Will, et al. Global Change and the Earth System : A Planet Under Pressure. [Germany] : Springer, 2004. s. 122-123. GREGORY, PJ, et al. Managed production system. In WALKER, B., et al. The terrestrial biosphere and global change. Cambridge : Cambridge University Press, 1999. s. 229-270. GUNDERSON, CA, et al. Environmental and stomatal control of photosynthetic enhancement in the canopy of a sweetgum (Liquidambar styraciflua L.) plantation during 3 years of CO2 enrichment. Plant, Cell & Environment. 2002, vol. 25, no. 3, s. 379-393. HALOUNOVÁ, Lena. Dálkový průzkum Země. Praha : Vydavatelství ČVUT, 2005. 192 s. HARDY, John T. Climate Change : Causes, Effects, and Solutions. London : Willey, 2003. 247 s. HOLLOWAY, Greg, TESSA, Sou. Has Arctic Sea Ice Rapidly Thinned?. Journal of Climate. 2002, vol. 15, no. 13, s. 1691-1701. CHADWICK, OA, et al. Changing sources of nutrients during four million years of ecosystem development. Nature. 1999, vol. 397, no. 6719, s. 491-497. IPCC. Climate Change 1995 : The Science of Climate Change. IPCC, WMO, UNEP. Cambridge : Cambridge University Press, 1996. s. 37. IPCC. Climate Change 2001 : The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the IPCC. Houghton, JT, et al. Cambridge and New York : Cambridge University Press, 2001a. IPCC. Climate Change 2001 : Impact, adaptation and vulnerability. Cambridge and New York : Cambridge University Press, 2001b

94

JOHANNESSEN, Ola M, et al. Satellite Evidence for an Arctic Sea Ice Cover in Transformation. Science. 1999, vol. 286, no. 5446, s. 1937-1939. KLEYPAS, Joan A, et al. Geochemical Consequences of Increased Atmospheric Carbon Dioxide on Coral Reefs. Science. 1999, vol. 284, no. 5411, s. 118-120. KOZÁKOVÁ, Andrea. Možnosti využití DPZ ke studiu globálních změn životního prostředí. [s.l.], 2002. 77 s. Univerzita Palackého v Olomouci. Diplomová práce. LACHENBRUCH, AH, Marshall, BV Changing climate – geothermal evidence from permafrost in the Alaskan arctic. Science. 1986, vol. 234, s. 689-696. LAWRIMORE, Jay H, et al. Climate assessment for 2000. Bulletin of the American Meteorological Society. 2001, vol. 84, no. 6, s. 1-55. LEFÉVRE, N, WATSON, AJ. Modeling the geochemical cycle of iron in the oceans and its impact on atmospheric CO2 concentrations. Global Biochemical Cycles. 1999, vol. 13, no. 3, s. 727-736. LEGRAND, M, et al. Sulfur - containing species (methanesulfonate and SO 4) over the last climatic cycle in the Greenland Ice Core Project (cenral Greenland) ice Core. Journal of Geophysical Research. 1997, vol. 102, no. 12. LELIEVELD, J, et al. The Indian Ocean Experiment : Widespread Air Pollution from South and Southeast Asia. Science. 2001, vol. 291, no. 5506 . LOHMANN, Ulrike. From North Amerika and Europe to the Sahel : A Cascade of Effects Triggered by Fossil Fuel Combustion. In STEFFEN, Will, et al. Global Change and the Earth System : A Planet Under Pressure. [Germany] : Springer, 2004. s. 169. LORUP, JK, HANSEN, E. Effect of land use on the streamflow in the southwestern highlands of Tanzania. In ROSBJERG, D, et al. Sustainability of water resources under increasing uncertainty. IAHS Press : Wallingford, 1997. s. 227-236. MASLANIK, JA, et al. On the Record Reduction in 1998 Western Arctic Sea Ice Cover. Geophysical Research Letters. 1999, vol. 26, no. 13, s. 1905-1908.

95

MATHER, GK, et al. Results of the South African Cloud-Seeding Experiments Using Hygroscopic Flares. Journal of Applied Meteorology. 1997, vol. 36, no. 11, s. 1433-1447. MOONEY, HA, et al. Ecosystem physiology responses to global change. In WALKER, B, et al. The terrestrial biosphere and global change : Implications for natural managed ecosystems. Cambridge : Cambridge University Press, 1999. s. 141-189. MURDYCH, Z. Dálkový průzkum Země. Praha : Academia, 1985. 142 s. National Geographic : Globální hrozba - varovné zprávy z přehřáté planety. 2004- , č. 9- . NELSON, Frederick E. (Un)frozen in Time. Science. 2003, vol. 299, no. 5613, s. 1673-1675. NEUE, HU. Fluxes of methane from rice fields and potential for mitigation. Soil use Management : Cabi Publishing, 1997. NORBY, Richard J, et al. Elevated CO2, litter chemistry, and decomposition: a synthesis. Oecologia. 2001, vol. 127, no. 2, s. 153-165. NORBY, Richard J, et al. Net primary productivity of a CO2 -enriched. deciduous forest and the implications for carbon storage. Ecological Applications. 2002, vol. 12, no. 5, s. 1261-1266. NOVÁČEK, Pavel, HUBA, Mikuláš, MEDERLY, Peter. Ohrožená planeta na prahu 21. století. Olomouc : Vydavatelství Univerzity Palackého, 1998. 217 s. OECHEL, Walter C, et al. Recent change of Arctic tundra ecosystems from a net carbon dioxide sink to a source. Nature. 1993, vol. 361, 11 February 1993, s. 520-523. PARILLA, G, et al. Rising temperatures in the subtropical North Atlantic Ocean over the past 35 years. Nature. 1994, vol. 369, is. 6475, s. 48-51. PARKENSEON, C, et al. Artic sea ice extents, areas, and trends: 1978-1996. Journal of Geophysical Research. 1999, vol. 104, no. C9, s. 20837-20856. PIELKE, RA, et al. USE of USGS - provided data to improve weather and climate simulations. Ecological Applications. 1997, vol. 7, no. 1, s. 3-21.

96

PRATHER, M, et al. Other trace gases and atmospheric chemistry. In HOUGHTON, JT, et al. Climate Change 1994 : Radiative forcing of climate change and an evaluation of the IPCC IS92 emission scenarios. Cambridge and New York : Cambridge University Press, 1995. s. 73-126. RAMANATHAN, V, et al. Indian Ocean Experiment : An Integrated Analysis of the Climate Forcing and Effects of the Great Indo-Asian Haze. Journal of Geophysical Research : Atmospheres. 2001a, vol. 106, no. 22. RAMANATHAN, V, et al. Aerosols, Climate, and the Hydrological Cycle. Science. 2001b, vol. 294, no. 5549. RICHARDS, J. Land transformation. In TURNER, BL II, et al. The Eart as transformed by human action : Global and regional changes in the biosphere over the past 300 years. Cambridge : Cambridge University Press, 1990. s. 163-201. SANDERSON, Angelina. The Gulf of Mexico Dead Zone. In STEFFEN, Will, et al. Global Change and the Earth System : A Planet Under Pressure. [Germany] : Springer, 2004. s. 184. SERNEELS, Suzanne, LAMBIN, Eric F. Impact of land-use changes on the wildebeest migration in the northern part of the Serengeti–Mara ecosystem. Journal of Biogeography. 2001, vol. 28, is. 3, s. 391-408. STEFFEN, Will, et al. Global Change and the Earth System : A Planet Under Pressure. The IGBP Series. [Germany] : Springer, 2004. 336 s. SCHOLES, MC, et al. Biosphere-atmosphere interactions. In BRASSEUR, GP, et al. The changing atmosphere : An integration and synthesis of a decade of tropospheric chemistry research. IGBP Global Change Series. Berlin : Springer, 2003. SCHIERMEIER, Quirin. Climate change : A sea change. Nature. 2006, vol. 439, 19 Jan 2006, s. 256-260. TYSON, Peter, et al. Aerosols, atmospheric transmissivity and hydrological modelling of climatic change over Africa south of the equator. International Journal of Climatology. 1997, vol. 17, no. 15, s. 1651-1665.

97

VERCHOT, LV, et al. Land use change and biogeochemical controls of nitrogen oxide emission from soils in eastern Amazon. Global Biogeochemical Cycles. 1999, vol. 13, no. 1. VITOUSEK, PM, et al. Human appropriation of the products of photosynthesis. Bioscience. 1986, vol. 36, no. 6, s. 368-373. WATSON , AJ. Effect of iron supply on Southern Ocean CO2 uptake and implications for glacial atmospheric CO2. Nature. 2000, Vol. 407, date 12 October 2000, s. 730-733. WILLIAMS, M. Forestry. In TURNER, BL II, et al. The Eart as transformed by human action : Global and regional changes in the biosphere over the past 300 years. Cambridge : Cambridge University Press, 1990. s. 163-201. WMO Global Ozone Research and Monitoring Project Reports : Assessment of the Scientific of Ozone Depletion: 1998. WMO. 1999- , no. 44- .

Seznam odkazů na www [1]

ISPRS. Historical Background [online]. 2004 [cit. 2006-02-04]. Dostupný z WWW: .

[2]

POKORNÝ, Jiří. E-pocasi [online]. 2003 , 2006 [cit. 2006-03-18]. Dostupný z WWW: .

[3]

NASA. NASA - home [online]. 2006 [cit. 2006-04-02]. Dostupný z WWW: .

[4]

NASDA. NASDA home [online]. 2002 , 2003 [cit. 2006-04-02]. Dostupný z WWW: .

[5]

US Department of Commerce, NOAA. NPOESS : Instruments [online]. 1998 , 07/19/2005 [cit. 2006-03-09]. EN-US. Dostupný z WWW: .

[6]

United Nations Environment Programme / GRID-Arendal . Climate Change [online]. 2005 [cit. 2006-03-10]. Dostupný z WWW: .

[7]

NOAA/ESRL Global Monitoring Division. Carbon Cycle Greenhouse Gases Figures [online]. [2004] [cit. 2006-03-11]. Dostupný z WWW: .

98

[8]

IPCC. IPCC/TEAP Special Report on Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System [online]. 2006 [cit. 2006-03-11]. Dostupný z WWW: .

[9]

NASA. NASA, Science Mission : Aura [online]. [2004] [cit. 2006-03-11]. Dostupný z WWW: .

[10]

ESA. Article Images : Protecting the Environment [online]. c2000 , 18 March 2005 [cit. 2006-03-11].

Dostupný

z

WWW:


Protecting_1.html>. [11]

NASA-GSFC, NOAA GOES. Hot stuff from the GOES Project [online]. [1994] , 7 March 2006 [cit. 2006-03-12]. Dostupný z WWW: .

[12]

UW Madison, Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies . Special Images : Storm Centered Infrared [online]. [2005] [cit. 2006-03-12]. Dostupný z WWW: .

[13]

NASA JPL. Visible Earth : SeaWinds - Oceans, Land, Polar Regions [online]. [2005] [cit. 2006-03-12]. Dostupný z WWW: .

[14]

NASA. NASA Earth Observatory [online]. [2001] [cit. 2006-03-20]. Dostupný z WWW: .

[15]

Jay Herman (NASA GSFC). Science Mission : Aura [online]. 2004 [cit. 2006-03-21]. Dostupný z WWW: .

[16]

NASA. Earth observatory [online]. [2005] [cit. 2006-03-22]. Dostupný z WWW: .

[17]

NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS,. Jet Propulsion Laboratory : Aster [online]. 2004 [cit. 2006-03-22]. Dostupný z WWW: .

[18]

NASA. Top Story 2004 : Feature [online]. 2004 , March 14, 2006 [cit. 2006-03-22]. Dostupný

z

WWW:


/0517aura2.html>. [19]

NASA/GSFC. TOMS : Ozone Processing Team [online]. 2001 , March 3, 2006 [cit. 200603-22]. Dostupný z WWW: .

[20]

NASA, Crystal Schaaf, Boston University. Earth observatory [online]. 2002 [cit. 200603-22]. Dostupný z WWW: .

[21]

NASA/GSFC. Top Story [online]. 2002 [cit. 2006-03-22]. Dostupný z WWW: .

99

[22]

UNEP/WMO. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002 [online]. 2002 [cit. 200603-22]. Dostupný z WWW: .

[23]

BOLTON, John. Remote Sensing Tutorial : Section 14 [online]. 2002 , October 21, 2005 [cit. 2006-03-22]. Dostupný z WWW: .

[24]

NOAA. National Weather Service : Climate Prediction Center [online]. 1999 , March 15, 2006 [cit. 2006-03-23]. Dostupný z WWW: .

[25]

NOAA. National Weather Service : Climate Prediction Center [online]. 2006 [cit. 200603-23]. Dostupný z WWW: .

[26]

NASA. Jet Propulsion Laboratory : AIRS [online]. 2003 [cit. 2006-03-23]. Dostupný z WWW: .

[27]

NOAA. National Weather Service : Climate Prediction Center [online]. 2006 [cit. 200603-23]. Dostupný z WWW: .

[28]

NASA. GISS Surface Temperature Analysis [online]. 2004 , 2005-12-16 [cit. 2006-0323]. Dostupný z WWW: .

[29]

PCC. Climate change 2001 - Synthesis report [online]. 2001 , 22 March 2006 [cit. 200603-23].

Dostupný

z

WWW:


05.16.jpg>. [30]

Český hydrometeorologický ústav. Oddělení změny klimatu ČHMÚ : Změny teploty [online]. 2004 [cit. 2006-03-23]. Dostupný z WWW: .

[31]

DLR. European Land Surface Temperatures [online]. c2006 [cit. 2006-03-23]. Dostupný z

WWW:


standardprod/land_surface_temp/>. [32]

NOAA. NOAA Satellites and Information : National Environmental Satellite, Data, and Information

Service

[online].

2005

[cit.

2006-03-24].

Dostupný

z

WWW:

. [33]

NASA. Visible Earth : Eddies off the Queen Charlotte Islands [online]. 2002 , March 17 2006 [cit. 2006-03-24]. Dostupný z WWW: .

[34]

ESA. Applications : Oceans related ENVISAT applications [online]. 2002 [cit. 2006-0324]. Dostupný z WWW: .

100

[35]

Oceandots.com [online]. c2006 [cit. 2006-03-24]. Dostupný z WWW: .

[36]

NASA. Jet Propulsion Laboratory : GRACE Tellus [online]. 2005 [cit. 2006-03-24]. Dostupný z WWW: .

[37]

NASA. NASA Oceanography : Sea Ice [online]. 2005 [cit. 2006-03-25]. Dostupný z WWW: .

[38]

NASA. Scientific Visualization Studio [online]. 2002 [cit. 2006-03-25]. Dostupný z WWW: .

[39]

NASA. Life on Earth - The Environment : NASA Watches Arctic Ice [online]. 2005 [cit. 2006-03-25]. Dostupný

z WWW:


arcticice_decline.html>. [40]

CIRES. Steffen Research Group : Greenland Melt Extent, 2005 [online]. 2005 [cit. 200603-25]. Dostupný z WWW: .

[41]

NASA. Top Story 2004 : Glaciers surge when ice shelf breaks up [online]. 2004 [cit. 2006-03-25]. Dostupný z WWW: .

[42]

National Snow and Ice Data Center. Antarctic Ice Shelves and Icebergs in the News : Larsen B Ice Shelf Collapses in Antarctica [online]. 2002 [cit. 2006-03-25]. Dostupný z WWW: .

[43]

USGS. Landsat Projekt : Mississippi Delta [online]. 2003 , January 30th, 2006 [cit. 200603-30]. Dostupný z WWW: .

[44]

UNEP. Cascading through the environment [online]. 2003 [cit. 2006-03-30]. Dostupný z WWW: .

[45]

Natural History Museum. Emiliania huxleyi bloom south of Cornwall (UK) [online]. 2005 [cit.

2006-03-30].

Dostupný

z

WWW:


colourcoccos/source/z00-1_bloom_summer_99_.htm>. [46]

Storms in the Solar System [online]. [2000] [cit. 2006-03-30]. Dostupný z WWW: .

[47]

NASA, Sharron Sample. SeaWiFS Project [online]. 2003 [cit. 2006-03-30]. Dostupný z WWW: .

[48]

NASA. Earth observatory [online]. 2002 [cit. 2006-03-30]. Dostupný z WWW: .

[49]

USGS. Landsat Projekt : Change over Time [online]. 2003 [cit. 2006-03-31]. Dostupný z WWW: .

101

[50]

NASA. Scientific Visualization Studio : Earth at Night 2001 [online]. [2001] [cit. 200603-31]. Dostupný z WWW: .

[51]

FAOSTAT. [online]. 2003 [cit. 2006-03-31]. Dostupný z WWW: .

[52]

USGCRP. Images from Our Changing Planet : FY 2004-05 [online]. 2001 [cit. 2006-0331]. Dostupný z WWW: .

[53]

FAO. The State of the World's Forests 2001 [online]. 2001 [cit. 2006-03-31]. Dostupný z WWW:


y0900e00.htm>. [54]

NASA. Scientific Visualization Studio : Deforestation of Rondonia, Brazil (with dates), from 1975 to 2001 [online]. [2001] [cit. 2006-03-31]. Dostupný z WWW: .

[55]

ESA. Northern Europe Flooding July 2002 [online]. 2006 [cit. 2006-03-31]. Dostupný z WWW: .

[56]

CLIVAR. ENSO Teleconnection [online]. [2006] [cit. 2006-02-17]. Dostupný z WWW: .

[57]

NASA. El Niňo Visualizations [online]. [1998] [cit. 2006-04-01]. Dostupný z WWW: .

[58]

CLIVAR.

NAO

[online].

[2006]

[cit.

2006-02-17].

Dostupný

z

WWW:

. [59]

NASA. TOMS : Smoke from fires in Indonesia [online]. 2006 [cit. 2006-04-01]. Dostupný z WWW: .

Ostatní zdroje 28th international Symposium on Remote Sensing of Environment : Information for Sustainable Development. [CD-ROM]. 2000. Cape Town. 30th international Symposium on Remote Sensing of Environment : Information for Risk Management and Sustainable Development. [CD-ROM]. 2003. Honolulu. NASA. Earth Science Enterprise [educational CD-ROM]. Ver. 3, + Activity supplement

102

Seznam použitých zkratek ACSYS – Arctic Climate Study ADM-AEOLUS – Earth Explorer Atmospheric Dynamics Mission AIRS – Atmospheric Infrared Sounder AMSR – Advanced Microwave Scanning Radiometer ATMS – Advanced Technology Microwave Sounder ATSR – Along Track Scanning Radiometer AVHRR – Advanced Very High Resolution Radiometer CEOS – Committee for Earth Observations Satellites CERES – Clouds and the Earth's Radiant Energy system CFC – Chlorofluorcarbonáty (freony) CGMS – Co-ordination Group for Meteorological Satellites CliC – Climate and Cryosphere CLIVAR – Climate Variability and Predictability CMA – China Meteorological Administration CMIS – Conical Scanning Microwave Imager/Sounder CNES – Centre National d’Etudes Spatiales COPUOS – Committee on Peaceful Users of Ounter Space CRIS – Cross-track Infrared Sounder CSA – Canadian Space Agency DMSP – Defence Meteorological Satellite Program DMSP – Defense Meteorological Satellite Program DPZ – Dálkový průzkum Země EGPM – European Contribution to Global Precipitation Measurement ENSO – El Niňo Southern OscillationESRL (noaa?) EOS – Earth Observing systém ERBE – Earth Radiation Budget Experiment ERBS – Earth Radiation Budget Satellite ERS – European Remote Sensing satellite ESA – European Space Agency ESE – Earth Science Enterprise ESSP – Earth System Science Partnership EUMETSAT – European Organisation for the Expoitation of Meteorological Satellites FACE Free-Air CO2 Enrichment Experiment FAO – Food and Agriculture Organization FAOSTAT – Food and Agriculture Organization Statistics Division's GARP – Global Atmospheric Research Programe GAW – Global Atmosphere Watch GCOM – Global Change Observing Mission GCOS – Global Climate Observing System GCTE – Global Change and Terrestrial Ecosystems GERB – Geostationary Earth Radiation Budget GEWEX – Global Energy and Water Cycle Experiment GLI – Global Imager GLOBEC – Global Ocean Ecosystem Dynamics GOCE – Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer GOES – Geostational Operational Environmental Satellites GOME – Global Ozone Monitoring Experiment GOOS – Global Ocean Observing Systém GOS – Global Observing System Programme GPM – Global Precipitation Measurement GPS – Global Positioning System

103

GRACE – Gravity Recovery and Climate Experiment GSFC – Goddard Space Flight Center GTOS – Global Terrestrial Observing System GTS – Global Telecommunications System HIRDLS – High Resolution Dynamics Limb Sounder HWRP – Hydrology and Water Resource Programme ICSU – International Council for Science IGAC – International Global Atmospheric Chemistry IGBP – International Geosphere-Biosphere Program IGOS – Integrated Global Observing Strategy IHDP – International Human Dimension Programme on Global Environmental Change INDOEX – Indian Ocean Experiment INSAT – Indian National Satellite IOC – Intergovernmental Oceanographic Commission IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change ISPRS – International Society for Photogrammetry and Remote Sensing ITCZ – Intertropical Convergence Zone JAXA – Japan Aerospace Exploration Agency JGOFS – Joint Global Ocean Flux Study LEO – Low-earth-orbit Satellites LOICZ – Land-Ocean Interactions in The Coastal Zone LUCC – The Land Use and Cover Change MERIS – Medium Resolution Imaging Spectrometer METOP – Mensch-Technik-Organisation-Planung MODIS – Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer MOPIT – Measurements Pollution In The Troposphere MSG – Meteosat Second Generation MSU – Microwave Sounding Units NAO – North Atlantic Oscillation NASA – National Aeronautics and Space Administration NASDA – National Space Development Agency of Japan NESDIS – National Environmental Satellite, Data, and Information Service NOAA – National Oceanic & Atmospheric Administration NPOESS – National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System NSCAT – NASA Scatterometer OCO – Orbiting Carbon Observatory OLS – Operational Linescan systém OMI – Ozone Monitoring Instrument OMPS – Ozone Mapping and Profiler Suite OSN – Organizace spojených národů OSTM – Ocean Surface Topogrphy from Space Mission POES – Polar Orbiting Satellite PR – Precipitation Radar R&D – Research and Development SAR – Synthetic Aperture Radar SCIAMACHY – SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY SeaWiFS – Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor SIRAL – Synthetic Aperture Interferometric Radar Altimeter SMOS – Soil Moisture and Ocean Salinity SOLAS – Surface Ocean-Lower Atmosphere Study SPARC – Stratospheric Processes and their Role in Climate TMI – TRMM Microwave Imager TOGA – Tropical Ocean Global Atmosphere

104

TOMS – Total Ozone Mapping Spectrometer TRMM – Tropical Rainfall Measuring Mission UNEP – United Nations Environment Programme UNESCO – United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization UNFCC – United Nations Framework Convention on Climate Change

ÚPS – Úplný klimatický systém USCCS – US Climate Change Science Program ? USGCRP – US Global Change Research Program ? USGS – U.S. Geological Survey VIRS – Visible and Infrared Scanner) WCP – World Climate Programme WCRP – World Climate Research Programme WMO – World Meteorological Organization WMOSA – World Meteorological Organization Satellitie Activities Programme

Key words – klíčová slova Climate changes – změny klimatu Climate patterns – klimatické modely ENSO – El Niňo ESA – Evropská vesmírná agentura Greenhouse effect – skleníkový efekt IPCC – Mezivládní panel o klimatických změnách Land use/land cover changes – změny ve využití/pokrytí země NASA – Národní úřad pro letectví a vesmír NOAA – Národní úřad pro oceán a atmosféru Ozone depletion – úbytek ozonu Radiation budget – radiační bilance Remote sensing – dálkový průzkum Sea/earth surface temperature – povrchová teplota oceánu/pevniny Seal level change – změna hladiny moří Snow, ice melting – tání sněhu, ledu Solar/Earth radiation – sluneční záření, vyzařované Zemí UNEP – Program OSN pro životní prostředí WCRP – Světový program výzkumu klimatu WMO – Světová meteorologická organizace

105

Přílohy Příloha č. 1: Družice a přístroje pro studium klimatu Příloha č. 2: Přístroje pro studium klimatu a oblast jejich využití Příloha č. 3: CD – učební pomůcka pro výuku Zeměpisu na ZŠ a SŠ

106

Příloha č. 1 Družice a přístroje pro studium klimatu

NASA Družice AcrimSat

Přístroj ACRIM III AIRS

Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor III Atmospheric Infrared Sounder

AMSR-E

Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS

AMSU-A

Advanced Microwave Sounding Unit-A

Aqua CERES HSB

Clouds and the Earth's Radiant Energy System Humidity Sounder for Brazil

MODIS

Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer

HIRDLS

High Resolution Dynamics Limb Sounder

MLS

Microwave Limb Sounder

OMI

Ozone Monitoring Instrument

TES

Tropospheric Emission Spectrometer

Aura

CALIOP

Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization

Calipso

CloudSat Earth Probe

IIR

Imaging Infrared Radiometer

CPR

Cloud Profiling Radar

TOMS

The Total Ozone Mapping Spectrometer

ERBE

Earth Radiation Budget Experiment

ERBS SAGE – II

Stratospheric Aerosol Gas Experiment

NASA Přístroj

Družice GLAS IceSat

SeaWiFS

QuickScat

SeaWinds

TRMM

-

GPS BlackJack reciever

OrbView-2

Terra

Geo-science Laser Altimeter systém

Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor

-

ASTER

Advanced Spaceborne Thermal Emission and

CERES

Clouds and the Earth's Radiant Energy System

MISR

Multi-angle Imaging Spectro-radiometer

MODIS

Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer

MOPIT

Measurements Pollution In The Troposphere

CERES

Clouds and the Earth's Radiant Energy System

LIS

Lightning Imaging Sensor

PR

Precipitation Radar

TMI

The Microwawe Imager

VIRS

Visible and Infrared Scanner

ESA AATSR

Advanced Along Track Scanning Radiometer

ASAR

Advanced Synthetic Aperture Radar

DORIS

Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite

MERIS

Medium Resolution Imaging Spectrometer

Envisat

ESA Přístroj

Družice MIPAS

Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding

MWR

Microwave Sounder

RA-2

Radar Altimeter

Envisat

SCIAMACHY

ERS II

SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY

ATSR

Along Track Scanning Radiometer

GOME

Global Ozone Monitoring Experiment

RA SAR

Radar Altimeter Synthetic Aperture Radar

-

Wind Scatterometer

JAXA AMSR GLI ADEOS

Advanced Microwave Scanning Radiometter Global Imager

ILAS-II

Improved Limb Atmospheric Spectrometer II

POLDER

Polarization and Rirectionality of the Earth`s Reflectances

-

SeaWinds

NOAA AVHRR

Advanced Very High Resolution Radiometer

NOAA 18 TOVS

TIROS Operational Vertical Sounder

Příloha č. 2 Přístroje pro studium klimatu a oblast jejich vzužití

Přístroj

Oblast využití

AATSR

teplota mořské hladiny

ACRIM III

měření sluneční energie

AIRS

přesné teplotní a vlhkostní vertikální profily atmosféry

AMSR-E

snímky polárních oblastí – změny rozšíření mořského ledu

AMSU-A

teplotní profily volné atmosféry

ASAR

odražené sluneční záření, barva moří, fytoplankton

ASTER

tématické mapování povrchu Země, povrchová teplota, druhy oblačnosti

ATSR

odlesňování, povrchová teplota moří (ENSO) a horní vrstva oblačnosti

AVHRR

rozložení oblačnosti a její vliv na radiaci, rozsah sněhu a ledu, teplota, stav vegetace, pokrytí země

CALIOP

vertikální profily aerosolů a oblaků ve vysokém rozlišení

CERES

výměna energie mezi systémy Slunce-zemská atmosféra a povrch-oblaka- vesmír

CPR

vertikální struktura oblaků

DORIS

sledování ledovců, sesuvy půdy a sopky aktivní – celkovou radiaci , dlouhovlnnou, krátkovlnnou

ERBE

pasivní – celková energie ze Slunce, globální krátkovlnné záření a záření z určitého území v rámci rozlišení

GLAS

změny v ledové pokrývce, profily oblaků a aerosolu, vegetační pokrývku a tloušťku ledu

GLI

solární radiace odražená ze země, oceánů a oblaků, chlorofyl, rozpuštěné organické sloučeniny, povrchové teploty, vegetace, rozložení sněhové a ledové pokrývky a jejich albedo

Přístroj

Oblast využití

GOME

ozon

GPS BlackJack reciever

profily hustoty atmosféry, tlaku, vlhkosti, teploty

HIRDLS

stopové prvky, teplota a aerosoly ve vrchní troposféře, stratosféře a mezosféře

HSB

vlhkostní profily

IIR

zkoumá oblaka typu cirrus – emisivitu a velikost částic

ILAS-II

monitorování stratosférického ozonu

LIS

detekce a lokace blesků nad tropy

MERIS

zbarvení hladiny oceánů

MIPAS

Chemické složení atmosféry

MISR

množství rozptýleného záření, druhy aerosolů, množství druh a výška oblačnosti

MLS

chemické prvky ničící ozon ve vrchní troposféře, stratosféře a mezosféře

MODIS

informace o druzích povrchů - teplota, primární produkce, oblačnost výpar, vlhkostní profily, požáry, barva oceánů, mapy vegetace, charakteristiky oblačnosti – aerosoly apod.

MOPIT

informace o rozložení CO a metanu v atmosféře

MWR

vlhkost atmosféry a půdy

OMI

změny ozonu, stopové prvky, aerosol, odražené záření a záření dopadající na Zemský povrch

POLDER

polarizační, směrové a spektrální charakteristiky odraženého slunečního záření od aerosolů, oblaků, oceánů a zemského povrchu

PR

třírozměrné mapy bouřkové oblačnosti

RA

přesné měření výšky oceánů

RA-2

topografie pevniny, oceánů a mořského ledu

SAGE – II

ozon, NO2, vodní páry

Přístroj

Oblast využití

SAR

sleduje zemský povrch – např. záplavy na Vltavě a Labi v r. 1998; sezónní variace vegetace apod.

SCIAMACHY

Chemické složení atmosféry

Sea Winds

rychlost větru nad hladinou oceánů – detekce anomálií – ENSO

SeaWiFS

radiace moří, optická hloubka aerosolové vrstvy nad mořem, koncentrace chlorofylu

TES

troposférický ozón a jiné prvky uplatňující se v jeho tvorbě

TMI

množství vodní páry v atmosféře, obsah vody v oblacích

TOMS

ozon, aerosoly - pozorování pouštních bouří, požárů, sopek,př. Pinatubo 1991, UV záření

TOVS

vertikální struktura atmosféry – vodní páry, teplota, ozón Pod zkratkou TOVS se skrývají tři přístroje – HIRS, SSU, MSU HIRS - High Resolution Infrared Sounder SSU - Stratospheric Sounding Unit MSU - Microwave Sounding Unit

VIRS

nepřímé ukazatele potřebné pro hodnocení srážek

Wind Scatterometer

směr a rychlost větru nad hladinou moře