Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrosystémů a bioklimatologie Porovnávání kvality měření srážek

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrosystémů a bioklimatologie

Porovnávání kvality měření srážek Bakalářská práce

Vedoucí práce:

Vypracovala:

Prof. Ing. Zdeněk Ţalud, Ph.D.

Petra Mikulicová

Brno 2011

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma „Porovnání kvality měření sráţek“ Vypracovala samostatně a pouţila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

Bakalářská

č.MSM6215648905

práce

byla

zpracována

s podporou

Výzkumného

záměru

č.

Biologické a technologické aspekty udrţitelnosti řízených ekosystémů a

jejich adaptace na změnu klimatu.

dne………………………………………. podpis ……………………….

Děkuji vedoucímu práce prof. Ing. Zdeňkovi Ţaludovi, Ph.D. z Ústavu agrosystémů a bioklimatologie Mendelovy univerzity v Brně za projevenou ochotu a odborné vedení při zpracování bakalářské práce. Další dík patří Ing. Janu Brotanovi za hodnotné konzultace. Bakalářská

práce

byla

zpracována

s podporou

Výzkumného

záměru

č.

MSM6215648905 „Biologické a technologické aspekty udrţitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu“ uděleného Ministerstvem školství, mládeţe a tělovýchovy České republiky.

ABSTRAKT Náplní této bakalářské práce je na základě měření sráţek standardní sráţkoměrnou soustavou METRA, automatickými člunkovými sráţkoměry AMET a Campbell AGR 100 a na základě analýzy systematických chyb všech přístrojů porovnat naměřené hodnoty sráţek pro různá časová období v roce 2008. Součástí práce bylo nalézt vzájemné odchylky jednotlivých sráţkoměrů, které by umoţnily přepočty umoţňující zachování homogenity měření.

The bachelor work compares the rainfall in different seasons of 2008. The comparison is based on data from standart storage rain gauge METRA, automatic rain gage on swivel bracket AMET and Campbell AGR 100 including the analysis of systematic mistakes of the all devices. The thesis also aims in finding mutual variance of both rain gages, which would provide the recalculation while preserving the gauging homogenity.

OBSAH 1. ÚVOD .................................................................................................................................... 8

Odstraně

2. Cíl práce ................................................................................................................................. 9

Odstraně

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED ...................................................................................................... 10

Odstraně

3. 1. Úvod do problematiky měření sráţek ........................................................................... 10

Odstraně

3. 1. 1. Definice základních pojmů................................................................................... 10

Odstran

3. 1. 2 Meteorologická pozorování ................................................................................... 11

Odstran

3. 1. 3. Homogenita meteorologických pozorování ......................................................... 12

Odstran

3. 1. 4. Vymezení základních pojmů ................................................................................ 12

Odstran

3.2. Korekce chyb při měření sráţkových úhrnů .................................................................. 13

Odstraně

3.2.1. Chyby při měření sráţek......................................................................................... 13

Odstran

3.2.2. Systematické chyby automatických sráţkoměrů .................................................... 14

Odstran

3.2.3. Korekce systematických chyb při měření sráţek ................................................... 15

Odstran

3.2.4. Ztráty sráţek způsobené činností větru .................................................................. 16

Odstran

3.2.5. Srovnání TBG a Hellmanova sráţkoměru.............................................................. 17

Odstran

3.3. Vyuţití sráţkových úhrnů .............................................................................................. 19

Odstraně

3.3.1. Význam sráţek v zemědělství ................................................................................ 19

Odstran

3.3.2. Období sucha .......................................................................................................... 22

Odstran

3.3.3.1. Standardní sráţkový index (SPI) ......................................................................... 23

Odstran

3.3.2.2. Palmerův index intenzity sucha (PDSI) .............................................................. 23

Odstran

3.3.2.3. Z-index ............................................................................................................... 24

Odstran

4. METODIKA ......................................................................................................................... 25

Odstraně

4.1. Agroklimatologická charakteristika lokality Ţabčice .................................................... 25

Odstraně

4.1.1. Teplotní podmínky ................................................................................................. 25

Odstran

4.1.2. Sráţkové podmínky ................................................................................................ 25

Odstran

4.1.3. Normálové období – klimatogram podle Waltera - Lietha .................................... 26

Odstran

4.2. Měření sráţek v lokalitě Ţabčice ................................................................................... 27

Odstraně

4.2.1. Měření standardním sráţkoměrem METRA .......................................................... 27

Odstran

4.2.2. Měření pomocí automatického sráţkoměru AMET ............................................... 28

Odstran

4.2.3. Měření pomocí automatického sráţkoměru Campbell ARG 100 .......................... 29

Odstran

5. Výsledky............................................................................................................................... 30

Odstraně

. .........................................................................................Chyba! Záložka není definována.

Odstraně

5.1. Porovnání naměření denních úhrnů........................................................................... 30

Odstran

5.2. Porovnání naměřených měsíčních a čtvrtletních úhrnů ............................................ 38

Odstran

6. Závěr ..................................................................................................................................... 42

Odstraně

7. Pouţitá literatura .................................................................................................................. 43

Odstraně

1. ÚVOD Spolu se vzduchem tvoří voda základní podmínky pro existenci ţivota na Zemi a to ať ve formě kapalného, plynného nebo pevného skupenství. Za normální teploty a tlaku je to bezbarvá, čirá kapalina bez chuti a zápachu. V České republice jsou hlavním zdrojem vody především vertikální sráţky. Jedná se o vodní kapky nebo ledové částice vzniklé následkem kondenzace nebo desublimace vodní páry v ovzduší. Jde tedy o všechnu atmosférickou vodu v kapalném nebo tuhém skupenství, vypadávající z různých druhů oblaků. V našich podmínkách se jedná o nízký oblak nimbostratus a oblak s vertikálním vývojem kumulonimbus, které patří mezi oblaka smíšená, v nichţ probíhá difúzní přenos umoţňující vypadávání sráţek. Pokud sráţky vypadávají z oblaků, avšak nedosahují zemského povrchu, označují se jako virga (sráţkové pruhy). Informace o atmosférických sráţkách podávají meteorologické stanice, zařízení pro měření meteorologických údajů potřebných pro další předpověď průběhu počasí. Na typické klimatologické stanici se provádějí měření teploty vzduchu, měření vlhkosti vzduchu, směru a rychlosti větru, mnoţství vodních sráţek, mnoţství napadaného sněhu, určuje se mnoţství oblačnosti a pozorují se další meteorologické jevy. Nejstarší meteorologická stanice v České republice se nachází v praţském Klementinu. Průměrné mnoţství a frekvence sráţek jsou důleţitou charakteristikou zeměpisných oblastí a rozhodujícím faktorem pro úspěšné provozování zemědělství.

8

2. CÍL PRÁCE Cílem předloţené bakalářské práce je provést srovnání tří typů sráţkoměrů určených pro měření vertikálních sráţek a analyzovat rozdíly jejich hodnot v různých časových obdobích. K naplnění cíle bylo nutné splnit následující dílčí cíle: 

Porovnat zadané řady naměřených sráţek různými typy sráţkoměrů.



Vhodně vyhodnotit časové rozdělení sráţek



Graficky vyhodnotit rozdíly v naměřených hodnotách

9

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED 3. 1. Úvod do problematiky měření srážek 3. 1. 1. Definice základních pojmů Atmosférické sráţky Jsou ve formě vodních kapek nebo ledových částic vznikající následkem desublimace nebo kondenzace vodní páry z ovzduší. Jde tedy o veškerou vodu v atmosféře v kapalném nebo tuhém skupenství, vypadávající z oblaků. Patří k nim déšť, mrznoucí déšť, mrholení, mrznoucí mrholení, déšť se sněhem, sníh, sněhové krupky, sněhová zrna, zmrzlý déšť, ledové jehličky a kroupy. Úhrn sráţek Mnoţství vody v kapalném i tuhém skupenství, spadlé na vodorovnou plochu za určitého časového intervalu, vyjádřené výškou vodního sloupce nad touto plochou za předpokladu, ţe nedochází k vsakování, výparu ani odtoku. Tuhé sráţky je nutno před měřením nechat roztát. Intenzita sráţek Stanovíme podle mnoţství spadlých sráţek za určitý časový úsek. Nejčastěji se intenzita sráţek přepočítává na jednu hodinu. Klimatologická stanice Slouţí pro sledování vývoje klimatu, proto se zde měření meteorologických údajů provádí pouze třikrát denně - v 7, 14, 21 hod Středního místního času (SMČ). Sráţkoměrná stanice Měří jednou denně mnoţství spadlých sráţek, výšku a vodní hodnotu sněhové pokrývky a pozoruje meteorologické jevy. Měření probíhá v 7 hodin SMČ a připisuje se předešlému dni.

10

Měření sráţek Mnoţství sráţek (sráţkový úhrn) měříme milimetrech. Je to výška, do které by na povrchu země sahaly spadlé sráţky, kdyby se nevsákly do půdy, ani neodtekly, ani se neodpařily. Výšce sráţky 1 mm odpovídá mnoţství vody 1 litru na 1 m 2 vodorovné plochy. Mnoţství sráţek měříme sráţkoměrem (ombrometrem) nebo ombrografem.

3. 1. 2 Meteorologická pozorování Meteorologické pozorování je realizováno sítí meteorologických stanic, které mají rozličné pozorovací úkony a dělí se na: 

Pozemní: o synoptické – jsou nejdůleţitější skupinou, jejich počet je mezi 30 aţ 40. Výsledky jsou předávány do celosvětové výměnné sítě a slouţí pro tvorbu meteorologických modelů s cílem vytvořit předpovědi počasí. o klimatologické – výsledky jejich měření se sestavují do měsíčních výkazů. Výsledky charakterizují klima a získávají se v 7, 14 a 21 hodin našeho času. Klimatologické stanice uţívají na rozdíl od stanic synoptických většinou manuálních metod. o sráţkoměrné – měří mnoţství sráţek či výšku sněhové pokrývky.



Aerologické – provádějí aerologická měření pomocí meteorologických sond vypouštěných balóny. Sonda se dostane tak vysoko, dokud balón nepukne. Sonda se pak snese na padáku. Výška dosahu aerologických měření činí 20 aţ 35 km. Aerologická měření se týkají troposféry a spodní stratosféry a k měření dochází jednou za 6 hodin. Aerologická měření přinášejí i informace o tlaku vzduchu a rychlosti a směru větru a výšce.



Radiolokační – v České republice se nacházejí dva meteorologické radiolokátory. Jejich dohlednost je omezena kruţnicí o poloměru 256 km, avšak značný vliv má morfologie. Radiolokátory sledují oblačné pásmové pole a intenzivnější sráţkové jevy. 11

Při pozorování a měření sráţek na meteorologických stanicích se určuje: 

tvar sráţek



úhrn (mnoţství) sráţek



doba trvání sráţek



intenzita sráţek

3. 1. 3. Homogenita meteorologických pozorování Hlavním úkolem klimatologických stanic je získávání meteorologických dat pro výzkum zákonitostí počasí, klimatu, pro sestavování klimatických charakteristik jak jednotlivých míst, tak i větších územních celků. Pro tyto účely je zapotřebí dlouholetých řad homogenních pozorování, aby se podle nich dalo sledovat klima eventuálně i jeho změny. Homogenitou pozorování se rozumí zachování nepřetrţité řady kvalitních pozorování ve stejných podmínkách, ty jsou zajištěny tehdy, jestliţe: a)

stanice zůstává bez přemístění a také v jejím okolí se nedějí ţádné změny, které by mohly ovlivnit skutečný průběh počasí na stanici, respektive změnit mezo- a

mikroklima b) typy přístrojů a jejich instalace se mění c) metody a termíny pozorování zůstávají beze změn. Vzhledem k tomu, ţe zejména vizuální pozorování bývá zatíţeno subjektivními chybami pozorovatele, můţe pozorovací řada ztratit svou homogenitu i při změně pozorovatele (ČHMÚ, 1972).

3. 1. 4. Vymezení základních pojmů Hlediska pro třídění atmosférických sráţek: Skupenství – kapalné, tuhé, smíšené Původu – padající, usazené Délky výskytu – trvalé, občasné nebo přeháňky Příčin vzniku – konvekční, cyklonální, orografické Kapalné sráţky – déšť, mrholení, rosa 12

Tuhé sráţky – mrznoucí déšť, Mrznoucí mrholení, sníh, sněhové kroupy, sněhová zrna, kroupy, ledové jehličky, zmrzlá rosa, jíní, námraza, ledovka Smíšené sráţky – sráţky při teplotách okolo 0 °C Padající sráţky – sráţky, které vypadávají z různých druhů oblaků, popřípadě z mlhy. Usazené sráţky - rosa, námraza nebo ledovka Konvekční sráţky – vypadávají hlavně z oblaků druhu cumulonimbus, vyjímečně cumulus congestus. Mají přeháňkový charakter, vyšší intenzita krátká doba trvání, často jsou provázeny bouřkou. Cyklonální sráţky – vypadávají v oblasti cyklon, patří sem především frontální sráţky v oblasti atmosférických front. Orografické sráţky – vznikají nebo zesilují v důsledku spolupůsobení terénních překáţek, jako ojedinělých kopců, hor, horských pásem apod., a to především při nuceném výstupu vzduchu vzhůru, doprovázeném adiabatickým rozpínáním s důsledkem vývoje oblačnosti. (Ducháčková, 2005)

3.2. Korekce chyb při měření srážkových úhrnů 3.2.1. Chyby při měření srážek Měření atmosférických sráţek je často zatíţeno náhodnými nebo systematickými chybami. Jsou závislé na konstrukcích sráţkoměrů, metodikách měření a činnostech pozorovatele. Náhodné chyby je sloţité určit kvůli jejich náhodnému začátku či konci a velikosti, ale systematických chyb můţe být vyuţito ke korekci měřených sráţkových úhrnů. Základní systematické chyby souvisí: 

s aerodynamickým efektem sráţkoměru, kdy deformací proudění nad záchytnou plochou sráţkoměru, je část kapek strhávána mimo jeho otvor.



s výparem sráţkové vody, zachycené ve sráţkoměru mezi dvěma měřeními se smáčením sráţkoměru, kdy při měření část vody ulpívá na stěnách konvice nebo sráţkoměru. Sevruk (1974) stanovil velikost této chyby v rozmezí od 2 – 10 %

13

Systematické chyby mohou dosahovat velikosti 5 -15 % v případě deště a 20 – 50 % v případě sráţek sněhových. Měřené sráţkové úhrny tak představují podhodnocené odhady skutečných úhrnů. Korekce systematických chyb je tak nejlepším odhadem skutečně spadlých sráţek (Brázdil, Štěpánková; 1998). Ztrátu způsobenou odpařováním při měření sráţek Hellmanovým sráţkoměrem u kaţdého měření ve výši 0,1 mm zjistili Sevruk (1974) a Günter s Richterem (1986). Obě studie zjistily, ţe ztráty sráţek se různí podle délky trvání a intenzity sráţek, nebo na sklonu dopadajících kapek. Dále se velikost chyby můţe lišit podle druhu sráţkoměru a jeho stářím. Ostatní chyby způsobené odpařováním vody ze sráţkoměru mezi měřeními za normálních podmínek mohou být povaţovány za minimální. Vyjímkou jsou sráţkoměry s mechanismem výklopných nádobek (TBG). Voda se shromaţďuje ve dvou nádobkách umístěných na koncích vyváţeného ramene. U takového typu sráţkoměru můţe být výpar vody mezi dvěma měřeními významný. Vliv aerodynamického efektu na sráţky roste se zmenšující se velikostí kapek deště. Tuhé sráţky ovlivňuje vítr a chyba můţe být aţ o jeden řád větší. Teplotní závislost této chyby připadá v úvahu pouze u tuhých sráţek. Na systematických chybách se dále podílí další řada vlivů. Chyby jsou způsobené nevhodným umístěním nebo technickým vlivem sráţkoměru. Chyby můţe způsobovat proudění vzduchu, nakloněná záchytná plocha sráţkoměru, nevhodný nátěr, perforovaný nebo korozí a mrazem poškozený sráţkoměr. Nesprávná metodika měření se také projevuje jako systematická chyba. Patří sem časté zanedbávání malých úhrnů naměřených sráţek, nepouţívání malé nádoby v letním období, rozlití sráţkové vody při měření, nesprávné postupy při měření tuhých a smíšených sráţek ponecháváním velké nádoby s roztávajícími se sráţkami v teplé a suché místnosti delší dobu apod. Chyby

způsobené

nesprávnou

metodikou

měření

jsou

častým

problémem

dobrovolnických sítí stanic. Základní systematické chyby lze významně zmenšit úpravou konstrukce sráţkoměru a změnou pouţitého materiálu (Lapin, Priadka; 1987)

3.2.2. Systematické chyby automatických srážkoměrů Z pohledu aerodynamiky větru jsou automatické sráţkoměry zatíţeny stejnou chybou jako sráţkoměry s manuální obsluhou a bez záznamového zařízení. Chyba je tedy větší

14

v zimním období a v lokalitách s vyšší nadmořskou výškou. Je to způsobeno podobným tvarem obou typů sráţkoměrů a absencí ochranných prvků. Chyba důsledkem výparu je pravděpodobně menší u automatického sráţkoměru. V případě naplnění vyklápěcí nádobky jen z části, nedojde k překlopení. Během delšího období beze sráţek se tato voda můţe vypařit, a tudíţ dojde ke zkreslení hodnot sráţek. Velikost chyby je omezena kapacitou nádobky a četností sráţkových případů. Naopak u manuálně obsluhovaného přístroje můţe být tato chyba výrazně vyšší a závisí nejen na meteorologických podmínkách (teplota, vítr) ale i na času výskytu sráţky. Čím je období od sráţky do měření kratší tím je ztráta evaporací menší. V zimním období dochází k chybám díky nedostatečnému vyhřívání sráţkoměru. Tuhé sráţky jsou rozpouštěny opoţděně nebo vůbec, případně vyfoukány větrem. Při dodatečném rozpuštění sráţek se zkresluje intenzita úhrnu sráţek a časové údaje. Omočení je také z jednou chyb u automatických sráţkoměrů. Tyto sráţkoměry se skládají z velkého mnoţství částí, sítka a filtru proti nečistotám. Sráţková voda ulpívá na těchto částech a nedostane se aţ k překlápěcím nádobkám. Jedna z chyb automatického člunkového sráţkoměru je způsobena při intenzivních deštích. Ke ztrátě vody dochází tím, ţe se nádobky nestíhají dostatečně rychle překlápět a do právě překlápěné nádobky natéká část sráţek určená pro nádobku druhou nebo se voda mírně přeleje.

3.2.3. Korekce systematických chyb při měření srážek SHMÚ (Slovenský Hydrometeorologický Ústav) zveřejnil v roce 1985 metodiku korekce systematických chyb při měření atmosférických sráţek. Ve smyslu metodiky představují opravy systematických chyb v důsledku omočení stěn sráţkoměru METRA 886 a odměrky 0,2 mm sráţek na jedno měření při zimní verzi sráţkoměru a naměřeném úhrnu sráţek ≥ 1 mm, v ostatních případech činila korekce sráţek 0,1 mm na jedno měření. Systematické chyby v důsledku výparu ze sráţkoměru ovlivňuje více faktorů, ale metodika SHMÚ bere v úvahu jen závislost na verzi sráţkoměru (letní, zimní), závislost na velikosti úhrnu sráţek, na délce časového úseku od začátku padání sráţek aţ po měření a také závislost na průměrné teplotě vzduchu za tento časový úsek. Ve smyslu této metodiky je při stejné teplotě duchu výpar ze sráţkoměru zimní verze asi čtyřikrát větší neţ při verzi letní.

15

Systematické chyby v důsledku aerodynamického efektu větru na padající sráţky závisí na rychlosti větru a na skupenském stavu sráţek. Velikost korekčního koeficientu při průměrné rychlosti větru 1 m/s pro kapalné sráţky se rovná 1,02, pro smíšené 1,04 a pro tuhé 1,12. Je zřejmé, ţe největší zvýšení úhrnů sráţek zaznamenáváme na větrných stanicích s velkým podílem tuhých sráţek. Metodiku SHMÚ nelze pouţít pro silně větrné polohy, kde je rychlost větru ve výšce 2 m větší neţ 5 m/s. Metodika SHMÚ pro korekci systematických chyb měření sráţek zohledňuje místní podmínky stanic tím, ţe se při výpočtech pouţívá rychlost větru ve výšce 2 m nad terénem a další meteorologické údaje z dané stanice. Moţnosti plné vyuţitelnosti metodiky jsou však limitované sortimentem a kvalitou vstupních údajů z jednotlivých stanic a proto byly potřeba udělat některé zjednodušení a úpravy metodiky. Je prokázáno, ţe v oblastech kde není měření atmosférických sráţek ovlivněno silným větrem nebo členitým terénem, nejsou zaznamenané chyby v měsíčních a ročních úhrnech znatelné. Je tedy zřejmé, ţe by se ani po korekci chyb měřených sráţek neměly zvětšovat rozdíly úhrnů sráţek mezi sousedními sráţkoměrnými stanicemi. Situace v horských nebo silně větrných oblastech je jiná. Často se zde vyskytují značně podhodnocené sráţkové úhrny, které není moţné brát v úvahu při konstrukci izohyet. Vyskytují se však i oblasti s úhrny sráţek zdánlivě vysokými na stanicích se slabým větrem nebo v plochách chráněných přirozenou ochranou proti větru. Cílem korekce systematických chyb je dosáhnout reprezentativních a prostorově vzájemně porovnatelných sráţkových úhrnů tak, aby byly v co největší shodě s reálnými podmínkami vodní bilance (Lapin, Faško, Košťálová; 1990).

3.2.4. Ztráty srážek způsobené činností větru Systematické chyby způsobené aerodynamickým efektem a výparem vody ze sráţkoměru mezi měřeními jsou povaţovány za jeden z hlavních problémů při měření sráţek. Větrem způsobené ztráty při měření jsou zapříčiněné turbulentním charakterem větrného pole nad záchytnou plochou sráţkoměru. Odhad této chyby se pohybuje v rozmezí 2 – 10 %. V ojedinělých případech můţe být tato chyba větší. Sevruk (1974) uvádí velikost této chyby 2 – 15 % a u tuhých sráţek aţ 80 %.

16

Mezi další významné systematické chyby patří smáčení sráţkoměru. Voda ulpívá na vnitřních stěnách sráţkoměru, nebo při vyprazdňování záchytné konvice ulpívá část sráţek v konvici. Náhodná chyba je také větší při měření sráţkoměrem TBG, vyuţívajícím mechanismus výklopných nádob (Sevruk, 1994). Aby se předešlo vzniku systematických chyb zapříčiněných činností větru, byl vyvinut nový typ sráţkoměru (InSitu IS200W; Ockelbo, Sweden) a pouţit v projektu NOPEX. Předpokládalo se, ţe ztráty způsobené větrem budou minimalizovány pomocí nového typu větrného štítu a ztráta by se měla blíţit nule. Byly porovnány dva standardní typy sráţkoměrů (Hellmann, SMHI, Tipping-bucket gauge) s novým sráţkoměrem na sedmi lokalitách. Studií bylo prokázáno, ţe nový typ sráţkoměru naměřil více sráţek neţ standardní sráţkoměry. Větrný štít měl větší účinek v lokalitách s vyšší rychlostí větru a nízkou intenzitou. U sráţkoměru TBG bylo zjištěno, ţe ztráty jsou způsobené odpařováním z jedné z nádobek. TGB byl instalován se záchytnou plochou v niţší výšce (0,5 m) neţ ostatní sráţkoměry. Podle Sandsborga (1972é sráţkoměry ve výšce 0,5 m měří asi o 2 % více sráţek neţ sráţkoměry ve výšce 1,5 m. Bylo prokázáno, ţe větrný štít redukoval ztráty způsobené větrem. V zimním období tento typ sráţkoměru nelze pouţít (velikost chyby při sněhových sráţkách je 10 – 50 %, podle Sevruka aţ 80 %), kvůli akumulaci sněhu na štítu, a také proto, ţe kolektor je vyroben z plastu, tudíţ zde nemůţe být zařízení na rozpouštění sněhu (Seibert, Morén; 1999).

3.2.5. Srovnání TBG a Hellmanova srážkoměru Z důvodu ochrany před navátím sněhu, je většina sráţkoměrů umístěna nad zemí. Výška umístění sráţkoměru nad zemí se liší podle státu v rozmezí od 0,2 - 2 m. Zvednutý přístroj narušuje větrné pole nad ústím sráţkoměru, tím dochází k systematické chybě při měření. Díky činnosti větru jsou některé menší dešťové kapky unášeny mimo sráţkoměr dříve, neţ se dostanou k jeho ústí. Je tedy patrné, ţe čím je záchytná plocha sráţkoměru výše, tím je vyšší i systematická chyba způsobená aerodynamickým efektem větru. Potencionální rozdíly úhrnů sráţek mezi dvěma měřícími přístroji závisí na rychlosti větru a na intenzitě sráţek. Obecně je známo, ţe chyby způsobené rychlostí větru u sráţek dešťových je od 2 – 15 % a u sráţek sněhových aţ 80 %. Druhá největší chyba podle velikosti ztráty je způsobena ovlhčením vnitřních stěn sráţkoměru mezi jednotlivými měřeními. 17

Velikost chyb je závislá na mnoha vlivech. Kromě aerodynamických charakteristik jednotlivých typů sráţkoměrů, struktury a intenzity sráţek, musí být brána v úvahu také rychlost větru v úrovni záchytné plochy sráţkoměru. Vedle přírodních podmínek a podmínek při měření, ovlivňují největší měrou kvalitu měření vlastnosti sráţkoměru. Určila to skutečnost, ţe při měření sráţek v jedné lokalitě dvěma odlišnými sráţkoměry, nebyly naměřeny shodné hodnoty. U publikovaných dat nebyla provedena korekce sráţek pro ztrátu způsobenou větrem, proto je potřeba tyto data opravit pomocí korekčních koeficientů. Sevruk (1989) představil model korekce postavený na testu ve větrném tunelu, tento model byl zaloţen na vzájemném vztahu mezi sráţkoměrem umístěným v zemi (záchytná plocha je umístěna v úrovni zemského povrchu) a sráţkoměrem, který byl vyvýšen nad zemí. Byly porovnány jejich procentuální rozdíly v úhrnu sráţek, průměrné hodnoty úhrny a rychlost větru. Model porovnává jednotlivé intenzity jako na sobě nezávislé případy, výstupem je křivka rychlosti větru (set of a parameter curves) v úrovni záchytné plochy sráţkoměru. Křivka je výsledkem vztahu hodnot sráţkových intenzit a rychlosti větru v daný okamţik. Práh hodnot intenzity sráţek je v rozmezí 1,5 – 3 mm/h pro rychlost větru 0,5 – 4 m/s. Pod tímto intervalem roste chyba způsobená větrem rychle, naopak nad tímto intervalem roste chyba pomalu. Autor prováděl porovnání Hellmanova sráţkoměru se sráţkoměrem typu TBG. Jako kontrolní přístroj pouţil Hellmanův pluviograf. Pozorování probíhalo na otevřené ploše Ţenevského letiště. Sráţkoměry od sebe byly vzdáleny 1,5 m. Záchytná plocha Hellmanova sráţkoměru byla umístěna 1,3 m nad zemí a plocha TBG sráţkoměru ve výšce 1,5 m. z výsledků pozorování vyplývá, ţe celková´ý rozdíl denních úhrnů obou sráţkoměrů činí 8 % tedy 5,2 mm ve prospěch Hellmanova sráţkoměru. Denní procentuální rozdíly mohou být však větší, obzvlášť při malých úhrnech. Nejmenší rozdíl byl zjištěn v červnu aţ srpnu, největší v prosinci a lednu. Celkový roční rozdíl činil 14 % ve prospěch Hellmanova sráţkoměru. Roční rozdíl sráţek v letním půlroce činí 11 % a v zimním 16 %. Sráţkové úhrny nejsou jediným rozdílem, Hellmanův sráţkoměr vykazuje také vyšší počet sráţkových dnů a vyšší podíl sněhu v měsíčních sráţkách. Test v aerodynamickém tunelu také prokázal systematicky větší rychlost větru nad ústím TBG sráţkoměru. Rychlost větru vzrostla ve středu sráţkoměru aţ na 46 % maximální rychlosti, zatím co u Hellmanova sráţkoměru vzrostla pouze na 36%. Kromě systematické chyby má vliv na velikost rozdílu hodnot také chyba náhodná (např. u TBG ucpání odtoku). Kontrolní sráţkoměr byl umístěn maximálně 1 m od TBG sráţkoměru, přesto vykazoval většinou stejné hodnoty sráţek jako Hellmanův sráţkoměr. (Ducháčkov; 2005) 18

3.3. Využití srážkových úhrnů 3.3.1. Význam srážek v zemědělství Vztah mezi výnosem v zemědělství a průměrnými sráţkami je nelineární. Výnosy nejdříve stoupají s dešťovým faktorem, ale při vyšších hodnotách klesají. K určování vlhkosti oblasti slouţí Langův dešťový faktor. Hodnota 70 je povaţována za suchou oblast, hodnota nad 80 za vlhkou a hodnota nad 100 je povaţována za velmi vlhkou. Agroklimatologické charakteristiky oblasti nám udávají fenologické údaje. Rostliny jsou závislé na celé řadě faktorů včetně klimatických, edafických a geomorfologických. Fenologická data vyjadřují komplexní účinky uvedených faktorů. Prostřednictvím fenologických dat můţeme z agroklimatického hlediska lépe pochopit přírodní podmínky. Sráţky působí na rostlinu přímo i nepřímo. Velikost sráţkových úhrnů značně ovlivňuje vlhkost půdy. Nepříznivé je sucho, ale i vysoká intenzita sráţek, která by mohla způsobovat erozi. (Roţnovský, 1981). Sráţkové úhrny na území České republiky jsou vzhledem k její vertikální členitosti časoprostorově velmi proměnlivé. Vliv nadmořské výšky na sráţkové úhrny se projevuje jen u nejvyšších pohraničních pohoří. Významné jsou návětrné a závětrné efekty horských překáţek. Roční sráţkový úhrn kolísá na území České republiky od 410 mm v Ţatecké pánvi, Kladenské a Řípské tabuli a Dyjsko-svrateckém úvalu po více neţ 1700 mm v Jizerských horách. Ve vztahu k zemědělské výrobě a vegetaci celkově je rozhodující rozloţení sráţek během roku. Roční chod sráţek v České republice lze charakterizovat jako kontinentální s maximem v létě (40 % sráţek) a s minimem v zimě (15 % sráţek). Na jaro pak připadá 35 % a na podzim 20 % sráţek. Sráţkové maximum v létě není vţdy výrazně vyjádřeno a směrem na východ roste tím, ţe je vyšší v niţších polohách neţ na horách. Nejvíce sráţek spadne tedy od Května do srpna. Červencové maximum je téměř pravidelné. V níţinných oblastech Moravy se projevuje i tzv. Druhotné maximum v říjnu a je spolehlivě prokázáno ovlivněním Jaderského moře. Minimum sráţek v ročním chodu se vyskytuje v České republice zpravidla v únoru, ale v horských oblastech to můţe být i měsíc března.

19

Obr. 1. Průměrný roční úhrn sráţek v období 1961-2000, Tolasz et al., (2007)

Langův dešťový faktor (L)Df je hodnota, která udává poměr mezi průměrem ročních úhrnných sráţek (S v mm) a průměrnou roční teplotou nějakého místa (t ve °C); tedy: (L)Df = S/t

20

Tab. 1: Langův dešťový faktor a jeho závislost na nadmořské výšce Nadmořsk Langův Nadmořsk Langův Nadmořsk Langův Nadmořsk Langův á výška m faktor á výška m faktor á výška m faktor á výška m faktor 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440

60,88 62,58 64,45 66,55 68,41 70,4 72,13

74,27 76,57 78,35 80,92 82,82 85,3 87,72 90,5 93,66

460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760

96,91 100,57 104,51 108,44 112,82 117,69 122,73 127,96 133,44 139,1 145,41 151,39 157,98 165,34 172,36 180,08

780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080

21

188,72 197,2 207,5 217,82 228,6 240,04 251,82 264,87 278,55 292,8 308,72 325,39 343,17 362,89 382,7 404,27

1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400

425,95 450 478,5 507,53 539,33 577,16 616,12 662,44 725,35 766,83 833,33 902,78 979,61 1075,48 1180,42 1312,31

3.3.2. Období sucha Sucho, je období, které se během roku opakuje, a setkáme se s ním ve všech podnebních pásech. Nelze říct, ţe by se sucho vyskytovalo jen v oblastech s nízkým nebo vysokým úhrnem sráţek. Sucho je důsledkem sníţení mnoţství sráţek v určitém období, i kdyţ k prohloubení sucha mohou přispět i ostatní klimatické faktory, jako jsou teplota vzduchu, nízká relativní vlhkost vzduchu, síla větru, které jsou významné v mnoha regionech světa a mohou významně zhoršit váţnost situace. Sucho se také odvíjí od načasování (např. vzhledem ke klíčovým vývojovým fázím hlavních zemědělských plodin nebo v období zvýšených nárokům spotřebu vody) a účinnosti deště (např. intenzita sráţek, četnost sráţek). Proto je sucho v kaţdých podmínkách unikátní jak svým průběhem, tak svými následky. Americká meteorologická společnost (1997) rozdělila jednotlivé typy sucha do čtyř kategorií: meteorologické, zemědělské, hydrologické, sociálně-ekonomické. Meteorologické sucho se definuje jako stav atmosféry a absencí nebo omezením sráţek, pokud toto sucho přechází do období klíčivosti zemědělských plodin, přechází v sucho zemědělské. Sráţkový deficit, který trvá přes únosnou dobu a zasahuje povrchové a podpovrchové vody přechází do hydrologického sucha, které přetrvává dlouho po skončení meteorologického sucha. Sociálně ekonomické sucho představuje poţadavky a opatření pro hospodářský prospěch s prvky meteorologického, zemědělského a hydrologického sucha (Heim 2002). Sucho se odlišuje od ostatních přírodních nebezpečí v několika aspektech. První z nich je to, ţe projevy sucha se akumulují pomalu v určitém časovém úseku a následky mohou přetrvávat několik let po skončení případu, proto je těţké určit jeho začátek a konec. Dalším rozdílem je absence všeobecné definice sucha a je proto nejčastěji pouţívána definice, která je vztaţená ke konkrétním přírodním podmínkám a podle účelu, ke kterému bude tato poučka pouţívána. Typy sucha se od sebe liší ve třech základních charakteristikách: v intenzitě sucha, trvání sucha a jeho plošným pokrytím. Klimatické ukazatele jsou důleţitými vstupy pro monitorovací a odhadovací systém. Jejich úkolem je zjednodušit komplex vztahů mezi klimatickými parametry.

22

3.3.3.1. Standardní srážkový index (SPI) Pro stanovení meteorologického sucha se pouţívá celá řada metod, jednou z nejpouţívanějších je standardní sráţkový index (SPI), který dosahuje hodnot od 3 do -3, kdy hodnoty od 1 do -1 označují normální stav, od -1 do -1,5 mírné sucho, od -1,5 do -2 silné sucho a hodnoty menší neţ -2 extrémní sucho (tab. 1). Tento index byl primárně vyvinut pro určení a monitorování sucha. Matematicky SPI index udává kumulativní pravděpodobnost výskytu dané sráţky na stanici. Poskytnutá měření sráţek v období sucha a vlhka v podmínkách sráţkového deficitu, procenta normality, pravděpodobnost neextrémnosti, SPI index mnohonásobně simuluje v čase a posuzuje jejich potenciální rozdíly v chování (Ducháčková; 2005). Tab. 2: Kritické hodnoty Standardního sráţkového indexu. Hodnoty SPI ≤ -2

Extrémní sucho

-1,5 do -1,99

Silné sucho

-1 do 1,49

Mírné sucho

-0,99 do 0,99

Normální stav

1 do 1,49

Mírné vlhko

1,5 do 1,99

Silné vlhko

≥2

Extrémní svlhko

3.3.2.2. Palmerův index intenzity sucha (PDSI) Dále se také často vyuţívá Palmerův index intenzity sucha. PDSI dosahuje hodnot 6 aţ -6. Suchá epizoda je definována jako souvislé období počínající poklesem hodnoty PDSI pod -2 (tab. 2). Od SPI se liší zohledňováním vodní bilance. Tento ukazatel je jedním z indexů navrţených Palmerem (1964, 1968), který uvaţuje kromě úhrnů sráţek a vodní bilance také vliv teploty, zohledňuje průběh povětrnosti a také jiţ existující suché období v předchozích měsících a retenční schopnosti půdy (Ducháčková; 2005)..

23

Tab. 3: Kritické hodnoty Palmerova indexu intenzity sucha (Palmer 1965) Hodnoty PDSI ≤ -4

Extrémní sucho

-3 do -3,99

Silné sucho

-2 do -2,99

Mírné sucho

-1 do -1,99

Nepatrné sucho

-0,5 do -0,99

Začátek sucha

0,49 do -0,49

Normální stav

0,5 do 0,99

Začátek vlhkého období

1 do 1,99

Nepatrné vlhko

2 do 2,99

Mírné vlhko

3 do 3,99

Silné vlhko

≥4

Extrémní svlhko

3.3.2.3. Z-index Tento ukazatel je jedním z indexů navrţených Palmerem (1964, 1968), který bere v úvahu kromě úhrnů sráţek také vliv teploty a retenční schopnosti půdy. Z-index na rozdíl od PDSI nezohledňuje průběh povětrnosti a potaţmo jiţ existující suché období v předchozích měsících a vyznačuje se tedy podstatně menší perzistencí ve srovnání s PDSI (Ducháčková; 2005)..

24

4. METODIKA 4.1. Agroklimatologická charakteristika lokality Žabčice 4.1.1. Teplotní podmínky Časoprostorový chod teploty vzduchu na území České republiky je nejvíce ovlivněn nadmořskou výškou, georeliéfem a méně zeměpisnou délkou a šířkou. Průměrná teplota vzduchu kolísá od 0,2 °C po 9,5 °C. Průběh teploty vzduchu během roku můţe být nerovnoměrný a lze pozorovat několikadenní období vzestupu nebo poklesu teploty. Lze říci, ţe od ledna teplota roste, ale např. v únoru lze pozorovat ochlazení. Stejně tak tomu bývá na počátku března, v první polovině května atd. Naopak v září dochází obvykle k výraznému zvýšení teploty. Tyto signatury jsou známy jako „zmrzlí muţi“, „babí léto“, „vánoční obleva“ aj. Sledovaná lokalita Ţabčice (nadmořská výška 174 m nad mořem) patří do agroklimatické makrooblasti teplé, s mírnou zimou. Průměrná teplota za rok se zde pohybuje okolo 9,2°C. Průměrné hodnoty denní teploty vzduchu jsou velmi významné pro výnosy zemědělských plodin, k vytváření modelů růstu a k hodnocení období sucha. V Ţabčicích se pohybuje průměrná roční maximální teplota kolem 14,1°C. Maximum průměrné denní teploty bylo naměřeno 28°C v srpnu a průměrné minimum -1,4°C v lednu.

4.1.2. Srážkové podmínky Ve sledované lokalitě je průměrný roční úhrn sráţek 480 mm, kdy nejvyšší hodnoty byly naměřeny v roce 1983 632 mm a nejniţší hodnoty byly naměřeny v roce 1977 - 350 mm. Ve vegetačním období (duben-září) se tento úhrn pohybuje od 219 – 420 mm. Největší průměrný úhrn je v měsíci červnu (69 mm), naopak nejmenší v březnu (23,9 mm).

25

4.1.3. Normálové období – klimatogram podle Waltera - Lietha

a – chod průměrných měsíčních teplot vzduchu b – chod průměrných měsíčních úhrnů sráţek c – průměrná teplota vzduchu roční (vegetačního období) d – průměrný úhrn sráţek roční (vegetační období) e – průměrná minimální teplota vzduchu nejchladnějšího měsíce f – absolutní minimální teplota vzduchu g – průměrná maximální teplota vzduchu nejteplejšího měsíce h – absolutní maximální teplota vzduchu i – měsíce s průměrnou minimální teplotou < 0 °C j – měsíce s absolutní minimální teplotou < 0 °C

26

4.2. Měření srážek v lokalitě Žabčice V objektu školního zemědělského podniku má MENDELU v Brně umístěno několik různých sráţkoměrných stanic. Kaţdá z těchto stanic je typická jak způsobem, tak i přesností a citlivostí při měření sráţek. Sráţkoměr Amet a sráţkoměr Campbell stojí vedle sebe na pozemku agroklimatické stanice polní pokusné ve vzdálenosti několika metrů.

V rámci

bakalářské práce jsem kromě obou uvedených automatických sráţkoměrů vyhodnotila i sráţkoměrnou soupravu Metra umístěné rovněţ na pozemku stanice. Porovnávala jsem: 

denní údaje vypočtené z 15 minutových úhrnů pro sráţkoměry Amet a Campbell



měsíční a čtvrtletní údaje vypočtené z 15 minutových úhrnů pro sráţkoměry Amet a Cambpell a týdenních údajů sráţkoměrné soupravy Metra Srovnání údajů ze sráţkoměrů probíhalo za období roku 2008. Všechny naměřené

údaje jsem vyhodnotila graficky, porovnala vzájemně pomocí lineární regrese a koeficientu determinance a vytvořila tabulkové srovnání, kde jsou hodnoty naměřených sráţek vzájemně porovnány v procentech. Z vyhodnocení byly vyřazeny dny, kdy vzájemné rozdíly činily řádově desítky mm. Lze předpokládat, ţe v daný den došlo k výpadku měření u některého sráţkoměru ať jiţ poruchou v mechanice, nedostatečným rozstáním sněhu či ucpáním sráţkoměru.

4.2.1. Měření standardním srážkoměrem METRA V České republice patří standardní sráţkoměr Metra k nejpouţívanějším přístrojům k měření denních úhrnů sráţek. Sráţkoměr, přesněji sráţkoměrná souprava je sloţena ze čtyř plechových částí a skleněné odměrky. Plechové části jsou jednak dvě stejně velké válcové nádoby o výšce 50 cm a o průměru 25,2 cm, jednak nálevka stejného průměru a konvice. Velké nádoby jsou opatřeny prstencem hranou, přičemţ vnitřní průměr je zvolen tak aby vodorovná záchytná plocha sráţkoměru měřila 500 cm2. Nálevka se nasune na velkou sráţkoměrnou nádobu spojencovým prstencem. Výška sráţkoměru je 65 cm. Konvice je umístěna volně na dno nádoby pod ústím nálevky tak, aby do ní stékala zachycená voda.

27

Odměrka slouţí k měření zachycených sráţek v nádobě. Odměrka je skleněná válcovitá nádobka s ryskou, která je kalibrovaná a sráţky se z ní odečítají přímo v mm. I přes oblíbenost této sráţkoměrné soustavy je tento přístroj zatíţen systematickou chybou (vylití nebo odpaření vody z nádoby před měřením atd.). Velikost systematické chyby v zimním období se zvyšuje díky vyšší aerodynamice větru, měření také zhoršují tuhé sráţky. V letním období se naopak chyba zvyšuje v důsledku výparu. Měření sráţek zachycených sráţkoměrem se provádí denně, v ranních hodinách (v sedm hodin ráno). Měření je odlišné v období letním a zimním. Letní období je stanoveno od 15. dubna do 15. října. V tomto období se soustava pouţívá celá. V zimním období, kdy se počítá s tuhými sráţkami, se ze soustavy vyjme nálevka i konvice. Sráţkoměru slouţí pouze velká nádoba.

Obr. 2: Sráţkoměr METRA (foto, Ţabčice)

4.2.2. Měření pomocí automatického srážkoměru AMET Od konce 20. století se v některých stanicích začal pouţívat k měření zároveň se standardním sráţkoměrem METRA i automatický člunkový sráţkoměr firmy Amet. Sráţkoměr je vyroben z plechu. Skládá se ze základny a nálevky. Uvnitř základny se nachází výklopný člunek. Měření probíhá pomocí pohybu měřícího člunku. Sráţky jsou vedeny ze sběrné nádoby o záchytné ploše 250 cm2 výtokovým otvorem do horní poloviny překlápěcího člunku. Ten je kalibrován na 0,310 mm. Po naplnění člunku dojde k jeho překlopení. Kaţdé překlopení je registrováno sepnutím kontaktu a nezaznamenáno pomocí datalogeru firmy Hobo. Takto se získá detailní průběh sráţek.

28

Obr. 3: Člunek sráţkoměru Amet

4.2.3. Měření pomocí automatického srážkoměru Campbell ARG 100 Sráţkoměr Campbell pracuje na obdobném principu jako sráţkoměr Amet. Je vyroben z plastu a lze jej vyuţívat i v zimním období, jelikoţ je opatřen vyhříváním. Záchytná plocha sráţkoměru je 500 cm2 a je kalibrován na 0,201 mm. Skládá se z podstavce, který obsahuje výklopný mechanismus sloţený z vyváţeného ramene. Oba konce ramene nesou výklopnou nádobku. Při měření se rameno nakloní, dojde k vyprázdnění plné sběrné nádobky, přitom se pod trychtýř přistaví druhá sběrná nádobka. Při kaţdém vyklopení dojde k pohybu ramene, který je zaznamenáván v počítači.

Obr. 4: Sráţkoměr Campbell ARG 100 (foto Ţabčice)

29

4.2.4 Metodika zpracování dat K porovnání hodnot sráţkových úhrnů jsem měla k dispozici tři sráţkoměry: 1. Automatický sráţkoměr Campbell ARG 100 (TBG) 2. Automatický sráţkoměr AMET 3. Standardní sráţkoměr METRA Sráţkové údaje byly vyhodnoceny v grafech kdy osa x byla vţdy časová, v případě dnů byly vyuţity dny po začátku roku počítané v tzv. Juliánském kalendáři. Ten zavedl Julius Ceasar 45 l. př. n. l. Kalendář podléhá jistým zákonitostem, které mají své výhody. Kalendářní rok má 365 dnů a kaţdý 4. rok je o 1 den delší. Díky pravidelnosti je stejný počet přestupných let v průběhu všech století. Proto v něm platí, ţe po dvaceti osmi letech dochází k opakování vztahu mezi dnem v týdnu a datem. Hodnoceny byly vybrané časové úseky (dny, týdny, měsíce a čtvrtletí).

5. VÝSLEDKY 5.1. Porovnání naměření denních úhrnů Denní hodnoty byly měřeny automatickými sráţkoměry Campbell ARG 100 a AMET, které jsou připojeny k počítači a zaznamenávají naměřené hodnoty po patnácti minutách. Ke srovnání jsem vybrala různé dny s rozdílnými sráţkovými úhrny, abych mohla zhodnotit, zda se sráţkoměry více shodují v případě menších sráţkových úhrnů či naopak při úhrnech

vyšších.

27. Juliánský den se v kalendáři shoduje s 27. lednem. V tomto období je mnoţství sráţek velmi nízký. Campbell ARG 100 je kalibrován na menší mnoţství sráţek, proto je logické, ţe zaznamenává častěji neţ AMET (Obr. 5). Campbell ARG 100 měří sice častěji, ale AMET vykazuje v průběhu měření vyšší hodnoty. Ve finále jsou však vyšší hodnoty Campbellu o 0,075mm (Obr. 6).

30

0,45 množství srážek [mm]

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2

Campbell

0,15

AMET

0,1 0,05 0

čas [min]

Obr. 5: Porovnání sráţkoměrů Campbell ARG 100 a AMET pro 27. Juliánský den v jednotlivých patnáctiminutových úsecích

množství srážek [mm]

1,2 1

y = 0,0046x - 9,1552 R² = 0,8459

0,8 Campbell

0,6

y = 0,0043x - 8,7616 R² = 0,83

0,4

AMET Lineární (Campbell) Lineární (AMET)

0,2 0 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 čas [min]

Obr. 6: Porovnání naměřených hodnot a jejich konečný rozdíl sráţkoměrů Campbell ARG 100 a AMET pro 27. Juliánský den

31

98. Juliánský den se v kalendáři shoduje s 8. dubnem. Tento den se řadí jiţ do druhého čtvrtletí a sráţek mírně přibývá. Zajímavé je, ţe Campbell ARG 100 má tento v den záznamů více neţ AMET (Obr. 7). AMET i přesto naměřil o 0,092 mm více neţ Campbell ARG 100


(Obr. 8).

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Campbell AMET

čas [min]

Obr. 7: Porovnání sráţkoměrů Campbell ARG 100 a AMET pro 98. Juliánský den v jednotlivých časových úsecích

6


5

y = 0,0127x - 10,27 R² = 0,9499

4

Campbell

3

AMET

y = 0,0101x - 8,1196 R² = 0,963

2

Lineární (Campbell) Lineární (AMET)

1 0 0

500

1000

1500

čas [min]


32

186. Juliánský den se v kalendáři shoduje s 5. červencem. V letním období se úhrn sráţek zvyšuje. Campbell ARG 100 a AMET mají stejný počet záznamů (Obr. 9), ale AMET opět zaznamenal o 2,65 mm více sráţek (Obr. 10).


1,2 1 0,8

Campbell

0,6

AMET

0,4 0,2 245 315 345 415 445 515 545 615 645 715 745 815 845 915 945 1015 1045 1115 1145

0 čas [min]


10 množství srážek [mm]

9

y = 0,008x - 0,8523 R² = 0,8723

8 7 6

Campbell

5 4

AMET

3

Lineární (Campbell)

2

y = 0,0065x - 1,0633 R² = 0,8727

1 0 0

500

1000

Lineární (AMET)

1500

čas [min]


33

191. Juliánský den se v kalendáři shoduje s 10. červencem. Na předchozím příkladu bylo demonstrováno, ţe v letním období se sráţky zvyšují. V tomto případě jsou sráţky minimální. Campbell ARG 100 opět zaznamenával úhrn sráţek častěji (Obr. 11), ale zaznamenal o 0,235 mm méně neţ AMET (Obr. 12).


0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

Campbell

0,2

AMET

0,1 0

čas [min]


1,6 y = 0,0055x - 7,4975 R² = 0,9999


1,4 1,2 1 0,8

Campbell

y = 0,0037x - 5,0537 R² = 0,9693

AMET

0,6

Lineární (Campbell)

0,4

Lineární (AMET)

0,2 0 1300

1400

1500

1600

1700

čas [min]


34

236. Juliánský den se v kalendáři shoduje s 24. srpnem. V tomto období jsou sráţky Stále minimální. Campbell ARG 100 zaznamenával ve stejných časových úsecích jako AMET (Obr. 13). Ten však naměřil o 0,126 mm více (Obr. 14).


0,4 0,35 0,3 0,25 0,2

Campbell

0,15

AMET

0,1 0,05 0 1645

1700

1715

1730

1745

1800

čas [min]


1 množství srážek [mm]

0,9 0,8 0,7 0,6

y = 0,008x - 12,853 R² = 0,9018 Campbell

0,5

y = 0,0083x - 13,399 R² = 0,9836

0,4 0,3 0,2

AMET Lineární (Campbell)

Lineární (AMET)

0,1 0 1640

1660

1680

1700

1720

čas [min]


35

277. Juliánský den odpovídá 4. říjnu. V tomto dnu byl úhrn sráţek značný. AMET zaznamenával sráţky dvakrát častěji neţ Campbell ARG 100 (Obr. 15) a jeho konečná hodnota byla o 2,173 mm vyšší (Obr. 16).


1,2 1 0,8 Campbell

0,6

AMET

0,4 0,2 0 30

395

760

1125

1490

1856

čas [min]



12 10

y = 0,0028x R² = 0,8278

8 y = 0,0045x - 1,4635 6 R² = 0,8818

Campbell AMET

4


2 0 0

1000

2000

3000

čas [min]


36

325 a 326 Juliánské dny odpovídají 21. a 22. listopadu. Sráţky byly zaznamenány v noci, proto jsou v grafu uvedeny oba dva dny (Obr. 17) coţ vysvětluje záporné hodnoty na ose x.

Campbell ARG 100 zaznamenal úhrn sráţek vícekrát, ale vyšší hodnoty byly

naměřeny u AMETU o 0,797 mm (Obr. 18)


.

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Campbell AMET

čas [min]

Obr. 17: Porovnání sráţkoměrů Campbell ARG 100 a AMET pro 325/326. Juliánský den v jednotlivých časových úsecích

4 y = 0,0119x + 1,7296 R² = 0,9634


3,5 3 2,5

Campbell

2

AMET

1,5 y = 0,0105x + 1,2131 R² = 0,9567

1 0,5


0 -100

-50

0

50

100

150

200

čas [min]

Obr. 18: Porovnání naměřených hodnot a jejich konečný rozdíl sráţkoměrů Campbell ARG 100 a AMET pro 325/326. Juliánský den

37

5.2. Porovnání naměřených měsíčních a čtvrtletních úhrnů Pro srovnání byl pouţit i standardní sráţkoměr METRA. Tento sráţkoměr je kontrolován jednou týdně, vţdy ve čtvrtek v 7 hod. SEČ. Proto byly hodnoty sečteny do jednotlivých měsíců, aby se hodnoty daly porovnat (Tab. 4). Tab. 4: Porovnání hodnot jednotlivých měsíců u všech tří sráţkoměrů Měsíc

Srážkoměr

Odchylka [mm]

Odchylka [%]

Campbell

Amet

METRA

C-A*

C - M **

C-A*

C - M **

leden

14,7

17,9

14,9

3,2

0,2

0,5

0,0

únor

5,4

9,1

5,1

3,7

0,3

0,2

0,0

březen

13,7

15,5

2,9

1,8

10,8

0,3

1,5

duben

23,9

26,0

21,2

2,1

2,7

0,5

0,7

květen

53,9

53,2

50,6

0,7

3,3

0,4

1,8

červen

0,0

0,0

0,4

0,0

0,4

0,0

0,0

červenec 48,2

66,3

38,7

18,1

9,5

8,7

4,6

srpen

0,8

0,9

0,4

0,1

0,4

0,0

0,0

září

56,9

19,2

55,6

37,7

1,3

21,4

0,7

říjen

27,3

35,7

25,4

8,3

1,9

2,3

0,5

listopad

14,7

19,2

14,3

4,5

0,4

0,7

0,1

9,0

5,9

2,2

0,9

0,1

0,1

prosinec 6,8

* Campbell – Amet, ** Campbell – METRA V 1. čtvrtletí jsou sráţky velmi nízké. Sráţkoměry Campbell ARG 100 a Metra naměřily velmi podobné hodnoty, AMET naměřil o 7 mm více (Obr. 19).

38


30 y = 0,4307x + 2,4725 R² = 0,9152

25

y = 0,316x + 3,3561 R² = 0,9052

20

Campbell y = 0,3014x + 4,111 R² = 0,907

15 10

AMET METRA Lineární (Campbell) Lineární (AMET)

5

Lineární (METRA)

0 0

20

40

60

80

čas [dny]

Obr. 19: Porovnání měsíčních hodnot sráţkoměrů Campbell ARG 100, AMET a METRA v 1. čtvrtletí roku 2008

Ve 2. čtvrtletí bylo naměřeno podstatně více sráţek všemi třemi sráţkoměry. Pouze AMET naměřil zhruba o 20 mm více neţ Campbell ARG 100 a METRA (Obr. 20).

100

y = 1,5379x - 138,09 R² = 0,8833


90 80

y = 1,3813x - 136,72 R² = 0,8544

70 60

Campbell AMET

50

METRA

40 30

y = 1,0073x - 91,04 R² = 0,6498

20 10

Lineární (Campbell) Lineární (AMET) Lineární (METRA)

0 90

110

130

150

čas [dny]

Obr. 20: Porovnání měsíčních hodnot sráţkoměrů Campbell ARG 100, AMET a METRA ve 2. čtvrtletí roku 2008.

39

Nejvíce sráţek bylo naměřeno ve 3. čtvrtletí. V letním období nebývá sráţkových dnů tolik, ale jejich intenzita je vysoká (Obr. 21). Campbell ARG 100 naměřil nejvyšší sráţky, naopak nejniţší naměřil AMET. 120 množství srážek [mm]

100 80

y = 1,8511x - 338,7 R² = 0,9664 y = 1,4786x - 257,55 R² = 0,8547

Campbell AMET

60

METRA 40

y = 1,6649x - 305,96 R² = 0,9614

20


0 180

200

220

240

260

čas [dny]

Obr. 21: Porovnání měsíčních hodnot sráţkoměrů Campbell ARG 100, AMET a METRA ve 3. čtvrtletí roku 2008.

Ve čtvrtém čtvrtletí mnoţství sráţek klesá a počet sráţkových dnů se zvyšuje. Campbell ARG 100 a METRA naměřily velmi podobné hodnoty, zatímco AMET naměřil o 20 mm sráţek více (Obr. 22). 70

y = 0,9036x - 235,91 R² = 0,9544


60 50

y = 0,6861x - 178,82 R² = 0,9581

Campbell

40

AMET

30

METRA

20

y = 0,7285x - 195,72 R² = 0,9769

10


0 280

300

320

340

čas [dny]

Obr. 22: Porovnání měsíčních hodnot sráţkoměrů Campbell ARG 100, AMET a METRA ve 4. čtvrtletí roku 2008. 40

Tab. 5: Porovnání hodnot jednotlivých týdnů během roku u všech tří sráţkoměrů Srážkoměr den

Odchylka [mm]

Campbell AMET METRA C – A*

Odchylka [%]

C – M**

C – A*

C – M**

10 17 24 31 38 52 59 94 101 108 112 115 121 128 143

5,63 0,80 5,83 2,41 3,22 1,61 0,60 13,67 2,41 2,41 18,90 0,20 0,40 3,82 49,65

5,51 1,55 7,75 3,10 4,03 0,60 4,50 15,50 2,48 2,48 15,19 5,89 0,31 3,72 49,12

6,40 0,60 5,50 2,40 3,00 1,80 0,30 2,90 1,70 1,70 9,70 8,10 0,10 2,80 47,70

0,12 0,75 1,92 0,69 0,81 1,01 3,90 1,83 0,07 0,07 3,71 5,69 0,09 0,10 0,53

0,77 0,20 0,33 0,01 0,22 0,19 0,30 10,77 0,71 0,71 9,20 7,90 0,30 1,02 1,95

0,01 0,01 0,11 0,02 0,03 0,02 0,02 0,25 0,00 0,00 0,70 0,01 0,00 0,00 0,26

0,04 0,00 0,02 0,00 0,01 0,00 0,00 1,47 0,02 0,02 1,74 0,02 0,00 0,04 0,97

190 191 199 206 213 227 234 241

11,46 1,01 25,73 10,05 1,81 19,50 35,58 0,80

15,50 1,24 35,96 13,64 2,79 7,75 8,68 0,93

8,80 1,10 23,30 5,50 2,80 18,50 34,30 0,40

4,04 0,24 10,23 3,59 0,98 11,75 26,90 0,13

2,66 0,10 2,43 4,55 0,99 1,00 1,28 0,40

0,46 0,00 2,63 0,36 0,02 2,29 9,57 0,00

0,30 0,00 0,62 0,46 0,02 0,20 0,45 0,00

283 290 297 304 318 324 332

12,06 12,26 1,61 1,41 14,07 0,60 6,83

15,19 16,74 1,86 1,86 18,60 0,62 8,99

10,90 1,30 11,90 1,30 11,60 2,70 5,90

3,13 4,48 0,25 0,45 4,53 0,02 2,16

1,16 10,96 10,29 0,11 2,47 2,10 0,93

0,38 0,55 0,00 0,01 0,64 0,00 0,15

0,14 1,34 0,17 0,00 0,35 0,01 0,06

* Campbell – Amet, ** Campbell – METRA Do tabulky jsem zanesla hodnoty za týden, ale označila je číslem dnu, kvůli sráţkoměru METRA, ze kterého se hodnoty odečítají jednou za týden Hodnoty z 94, 112, 115, 199, 234 dnů jsem do srovnávání nepouţila kvůli velkým odchylkám

41

6. ZÁVĚR Naměřené hodnoty sráţkových úhrnů byly získány na agroklimatologické stanici v Ţabčicích. K dispozici jsem měla sráţkoměry Campbell ARG 100, AMET a METRA. Porovnávala jsem naměřené hodnoty z roku 2008 pro zvolená časová období. Výše uvedenými automatickými sráţkoměry byly měřeny hodnoty během dnů po patnácti minutách, proto jsem zvolila porovnání těchto sráţkoměrů po dnech. Náhodně jsem si vybrala dny z celého roku s různým úhrnem sráţek. Dále jsem porovnávala měsíční a čtvrtletní úhrny sráţek. Pro porovnání delších období jsem pouţila standardní sráţkoměr METRA, ze kterého jsou hodnoty odečítány jednou týdně v 7 hod. SMČ. Největší nepřesnosti se objevily v měsících s větším úhrnem sráţek neţ 10 mm za měsíc. Naopak při nízkých úhrnech se sráţkoměry lišily méně. Rozdíl mezi automatickými sráţkoměry Campbell ARG 100 a AMET můţe být způsoben jejich kalibrací na rozdílné hodnoty. Campbell je kalibrován na 0,201 mm, zatímco AMET na 0,31 mm. Důsledkem rozdílné kalibrace je zápis sráţek v rozdílných časech. Po srovnání jak denních, tak měsíčních naměřených hodnot je zřejmé, ţe sráţkoměr AMET vykazuje vyšší naměřené hodnoty neţ CAMPBELL. Po srovnání naměřených hodnot jsem zjistila, ţe METRA při úhrnech do 5 mm podhodnocuje hodnoty od Campbellu o 0,25 mm. Dále jsem zjistila, ţe nejvyšší rozpory byly ve druhém čtvrtletí, kdy s vysokou pravděpodobností byl sráţkoměr METRA zatíţen systematickou chybou v důsledku evaporace. Naopak AMET se liší od Campbellu při sráţkových úhrnech do 5 mm o 0,6 mm a mnošství sráţek nadhodnocuje. Největší rozpory byly opět v letním období. Práce potvrdila, ţe pro měření sráţek je důleţitý typ daného sráţkoměru, ţe i za stejných podmínek se prakticky vţdy naměřené hodnoty liší. Přínosem této práce bylo stanovení vzájemných rozdílů mezi sráţkoměry, které v případě jejich výpadků mohou slouţit k dopočítání a homogenizaci dat na základě měření jiného typu.

42

7. POUŽITÁ LITERATURA

BRÁZDIL, R.; ŠTĚPÁNKOVÁ, J.: Korekce systematických chyb při měření sráţek na Milešovce v období 1956 – 1996. Brno, Meteorologické zprávy 1998, č. 51, s. 142 - 14 DUCHÁČKOVÁ, M.: Prostorová variabilita sráţek v krajině. Diplomová práce. Brno: MZLU v Brně, 2005 HEIM, R. R. jr.: A rewiew of twentieth – century drought indices used in United states. American meteorological society, 2002 Bull. Amer. Meteor. Soc., 1149 - 1165 LAPIN, M.: PRIADKA, O.: Korekcie systematických chýb urania atmosférických zráţí. Meteorologické zprávy 1987, č. 40, s. 9 – 14 NOSEK, M.: Praktická klimatologie:Metody zpracování klimatických pozorování. 1. vyd. Praha 1954 ROŢNOVSKÝ, J.; SVOBODA, J.: Agroklimatologická oblast Ţabčic. Brno, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita 1995, s. ROŢNOVSKÝ, J.; HAVLÍČEK, V.: Bioklimatologie, MZLU Brno 1998,s. ŘEZÁČOVÁ, D. a kol.: Fyzika oblaků a sráţek, Praha, Academia 2007, s. VYSOUDIL, M.:Meteorologie a klimatologie. 2.vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2006, s. SEVRUK, B.: Adjustment of tipping – bucked precipitation gauge measurment Atmospheric research 1996, č. 42, s. 237 – 246 SLABÁ,

N.:

Návod

pro

pozorovatele

meteorologických

stanic

ČSSR.

Hydrometeorologický ústav 1972 SVOBODA, J.; ŢALUD, Z.: Bioklimatologie – návody do cvičení. MZLU Brno 1997 43

Praha

Elektronicke zdroje: ČHMU - Česky hydrometeorologicky ustav [on-line] http://www.chmi.cz [5. 1. 2009] Meteoservis – vyrobce automatickych meteorologickych systemů. http://www.meteoservis.cz [cit. 5. 1. 2009]

44

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav agrosystémů a bioklimatologie Porovnávání kvality měření srážek

Recommend Documents