Měření mikroklimatu v Kateřinské jeskyni v roce 2009 a 2010 Monitoring of microclimate in Kateřinská cave in 2009 and 2010
Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno Mendelova univerzita
H. Středová, P. Fukalová, T.Středa, J. Rožnovský „Mikroklima a mezoklima krajinných struktur a antropogenních prostředí“ 2.- 4. February 2011
I. Představení projektu (Project introduction)
Projekt SP/2d5/07 PROGRAM VĚDA A VÝZKUM Ministerstvo životního prostředí České republiky
Stanovení závislosti jeskynního mikroklimatu na vnějších klimatických podmínkách ve zpřístupněných jeskyních ČR Assessment of cave microclimate dependence on external climatic conditions in accessible caves in CR Řešitelská organizace: Správa jeskyní České republiky Spoluřešitelská organizace: Český hydrometeorologický ústav, pobočka Brno
Cíle projektu (Project tasks): DÚ 1 Vyhodnocení mikroklimatu jeskyní a vazby na vnější prostředí Evaluation of cave microclimate in relation with external environment • Stanovení mikroklimatu jeskyní na základě předchozího monitoringu a dat získaných v rámci projektu • Vybudování klimatologických stanic k monitoringu vnějšího prostředí • Analýza vlivu vnějších stavů počasí na mikroklima jeskyní • Stanovení vlivu návštěvnosti na dynamiku mikroklimatu • Predikce vnějších klimatických podmínek podle scénářů změny klimatu a možné ovlivnění mikroklimatu jeskyní
ČHMÚ
DÚ 2 Vytvoření a ověření funkčnosti jednotného kontinuálního sledování mikroklimatických poměrů jeskyní Creation and verification of caves microclimate monitoring
Cíle
• Instalovat síť meteorologických stanic pro monitoring vnějších klimatických podmínek • Instalovat automatické stacionární monitorovací systémy a systémy měření teploty pro monitoring jeskynního mikroklimatu • Zjistit současný stav mikroklimatických režimů jednotlivých jeskynních systémů a vliv vnějších klimatických podmínek na tyto systémy • Experimentálně zjistit změny jeskynního mikroklimatu, způsobené vlivem zpřístupnění jeskyní – prorážky vchodů, chodeb • Zjistit změny jeskynního mikroklimatu, způsobené vlivem protékajících vodních toků
SJČR
Zájmové oblasti 1. Mikroklimatické poměry jeskyní • Punkevní jeskyně – Stacionární systém měření provozovaný Správou jeskyní ČR
• Kateřinská jeskyně – Stacionární systém měření provozovaný Správou jeskyní ČR – Ambulantní měření Českého hydrometeorologického ústavu
• Amatérská jeskyně – Doplňková hydrologická měření Českého hydrometeorologického ústavu
Zájmové oblasti 2. Mezoklimatické poměry oblasti • Propast Macocha – Vertikální profil měření teploty a vlhkosti vzduchu
• Účelové klimatologické stanice - AMET – – – – – –
Macocha Výtok Punkvy Punkevní jeskyně Ostrov Sloup Kateřinská jeskyně - Ekotechnika
Ad 1.) Mikroklimatické poměry jeskyní Punkevní jeskyně
Kateřinská jeskyně
Amatérská jeskyně
Chrochtadlo Řícený dóm
Bahňáky
Macocha
tlakové hladinoměry ALA
Ad 2.) Mezoklimatické poměry oblasti Vertikální profil v propasti Macocha Vertical profile in Macocha Abyss
Účelové klimatologické stanice (Amet) Special climatological stations
II. Měření mikroklimatu v Kateřinské jeskyni (Monitoring of microclimate in Kateřinská cave)
Kateřinská jeskyně Lokalizace (Localization): • Severní část CHKO Moravský kras (kaňon Suchého žlebu) • NPR Vývěry Punkvy Základní údaje (Basic information): • Dva propojené dómy (Hlavní dóm a Dóm Chaosu) s přilehlými chodbami • Nadmořská výška: 342 m n.m. • Zpřístupnění veřejnosti: v roce 1910 • Průměrně jeskyni navštíví 63 619 návštěvníků (1991-2008) • Celková délka: 950 m (zpřístupněná část: 420 m, návštěvní okruh: 580 m) • Nejkrásnější partie: útvar Čarodějnice a Bambusový lesík • Významné zimoviště 11 druhů netopýrů a vrápenců (uzavření XII, I, II) Základní klimatická charakteristika (Climatic characterization): • Stálá teplota vzduchu v jeskyni: 7 až 8 °C • Relativní vlhkost vzduchu: cca 99 %. Probíhající výzkumy (Running research): • Pokračující speleologický průzkum • Mikroklimatický výzkum • Hydrochemické, geologické a další výzkumy
Vchod do jeskyně
Fotografie
Vrápenec,netopýr
Bambusový lesík
Čarodějnice Venkovní meteostanice
Vstupní chodba v zimě
Metodika (1) Vymezení kritických zón s největší dynamikou teplot nejvýraznějším vlivem návštěvníků na mikroklima na základě: Definition of critical areas with the highest dynamics of temperature and the most significant visitors influence on the microclimate on the basis of: •výsledků terénní observace (observation results) •série ambulantních měření (series of occasional measurements)
Měřené charakteristiky (observed parameters): •teplota vzduchu (air temperature) •teplota povrchu skalní stěny (rock surface temperature) •vlhkost vzduchu (air moisture)
Měřící intervaly (measurement intervals): •1 min - čidla v jeskyni (zachycení diferencí klim. prvků vlivem návštěvnosti) •15 min - exteriérové čidlo a kontrolní čidlo v interiéru
Metodika (2) Hodnocené období (evaluated season): •Měření uvnitř a vně jeskyně v 15 min kroku (čidla 31 a 32) červen 2009 až červenec 2010 (13 měsíců) (June09-July10) → zachycení stratifikace a roční dynamiky teploty a vlhkosti vzduchu •Podrobný monitoring kritických míst uvnitř jeskyně v 1 min kroku kontinuálně od března 2010 (vyhodnoceno do řijna 2010 – 8 měsíců) (March09-Dec10)
Použitá čidla (sensors): •vysoce přesná čidla HOBO U23 Pro V2 s dataloggerem
Rozmístění čidel (measurement points): •před vchodem do jeskyně (čidlo 31), •v přístupové chodbě (čidla 55 a 56), •v místech nejvyššího vlivu návštěvníků (čidla 54, 53 a 32) •ve vertikálním profilu (VP) - exponované místo uprostřed prohlídkové trasy
Měřící technika, rozmístění čidel Prohlídková trasa s vyznačením umístění čidel HOBO
Čidlo HOBO - měření teploty a vlhkosti vzduchu
IČ teploměr - měření teploty skalní stěny
Výsledky monitoringu (monitoring results) Roční dynamika teploty vzduchu vně (čidlo 31) a ve střední části jeskyně (čidlo 32) (Annual air temperature dynamics inside and outside the cave)
Závislost vnitřní teploty na vnější (čidla 31 a 32) (Dependence of internal temperature on external temperature)
patrný vliv vnější teploty, způsobující teplotní změny uvnitř jeskyně o 2 °C (minimum 6,56 °C, maximum 8,56 °C).
vyjádřená polynomem 2. stupně s odhadem trendu
9,0
8,6
8,8
8,4
28,0
8,6
8,2
24,0
8,4
20,0
8,2
16,0
8,0
12,0
7,8
8,0
7,6
4,0
7,4
0,0
7,2
-4,0
7,0
7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8
09/09/10
14/08/10
18/07/10
21/06/10
25/05/10
29/04/10
6,0
02/04/10
-24,0
06/03/10
6,2 08/02/10
6,2
-20,0 12/01/10
6,4
16/12/09
6,4
-16,0
19/11/09
6,6
6,6
24/10/09
6,8
27/09/09
-8,0 -12,0
31/08/09
°C
Teplota vnitřní = 7,449+0,0564*x-0,001*x^2 r=0,70
8,0
Teplota vnitřní (°C)
vnější teplota vnitřní teplota
32,0
°C
36,0
6,0 5,8 -20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
Teplota vnější (°C)
20,0
25,0
30,0
35,0
Závislost vnitřní teploty na vnější (všechna vnitřní čidla a čidlo vnější) Dependence of internal on external temperature (all sensors) Prohlídková trasa s vyznačením umístění čidel HOBO
9,0 8,0 7,0
čidla vnitřní (°C)
6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 -1,0 -2,0 -20
-16
-12
-8
-4
31:51: 31:32: 31:53: 31:54: 31:55: 31:56:
r2 = 0,5830; r2 = 0,5233; r2 = 0,5134; r2 = 0,4445; r2 = 0,5487; r2 = 0,5862;
y = 2,8988 + 0,2433*x y = 7,271 + 0,0467*x y = 7,8448 + 0,0135*x y = 7,3119 + 0,0253*x y = 4,659 + 0,141*x y = 4,5283 + 0,1767*x
0
4
12
8
čidlo 31 (venkovní) °C
16
20
24
51 32 53 54 55 56
28
32
Četnosti jednotlivých teplot čidlo 51 – u vchodu
čidlo 55 – vstupní chodba
9000
9000
Průměr = 5,6372; Sm.odch. = 2,082; Max = 7,6245; Min = -1,6313
14000
41%
Průměr = 6,3; Sm.odch. = 1,2332; Max = 7,454; Min = 2,343
38%
8000
Průměr = 6,5493; Sm.odch. = 1,4926; Max = 7,8617; Min = 1,48
8000
7000
12000
57%
7000 10000
6000 5000 21% 4000 3000
14%
Počet pozorování
Počet pozorování
6000 5000 20%
4000
8000
6000
3000 4000
2000
7%
0%
0 -2,0
3%
2%
1%
7% 1000
3%
2%
0% -1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0%
8,0
3%
0 2,0
3%
2%
6%
6%
0% 2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
teplota
5,0
5,5
10%
2000
2%
0%
6,0
6,5
7,0
0%
7,5
4%
2% 0 1,0
6%
2,0
2% 3,0
0 4,0
teplota
5,0 teplota
čidlo 54 – Medvědí komín
čidlo 53 –Dóm Chaosu 9000
8000 Průměr = 7,6268; Sm.odch. = 0,2545; Max = 8,1033; Min = 7,091
8000
34%
7000
Průměr = 8,014; Sm.odch. = 0,1282; Max = 8,3158; Min = 7,645 39%
7000
6000
6000 Počet pozorování
1000
18%
10%
2000
8%
Počet pozorování
Počet pozorování
čidlo 56 – vstup do Hlavního dómu
5000 4000 15%
3000
14% 12%
9%
7%
8%
7%
8%
7%
2000 5%
1000
1000
1% 0 7,0
4000 3000
2000
0%
26% 5000
0% 7,1
7,2
7,3
7,4
7,5 teplota
7,6
7,7
7,8
7,9
8,0
0% 0%
0 7,6
5%
4%
0%
0%
7,7
7,8
7,9
8,0 teplota
8,1
8,2
0% 8,3
6,0
7,0
8,0
Vývoj teplot v průběhu roku a jejich průběh v závislosti na vzdálenosti od vstupu 300 280 260 240 220
Dynamika teploty vzduchu:
vzdálenost od vchodu (m)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
0
20
40
60
80
100 Den
120
140
160
180
8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0
• poměrně výrazná ve vstupní části • slábne s vzdáleností od vstupu • od části „Bambusový les“ v podstatě homogenní teplota
Teplota vzduchu ve vertikálním profilu 0,5 ;2; 3; 4; 5 m (Př: 15. - 26.6.2010) 8,65 Air temperature measured in vertical profile 8,55 8,45 8,35
T (°C)
8,25 8,15 8,05 7,95 7,85 7,75 0.5 m
7,65 16.6
17.6
18.6
19.6
20.6
21.6
22.6
2m 23.6
3m 24.6
4m 25.6
5m 26.6
Maximální a minimální vertikální gradient Max and min vertical gradient (26.6.) 8,60 8,50 8,47 °C
8,40
8,20 8,17 °C
8,10 7,97 °C 8,00 7,90 7,80 7,87 °C
0.5 m
2m
3m
4m
5m 22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
2:00
1:00
7,70 0:00
T (°C)
8,30
Vertikální profil
13.4.2010 (max. 7,8; min. 3,1; avg. 6,48 °C) 59:05.9
58:33.1
58:00.3
57:27.5
56:54.8
56:22.0
55:49.2
55:16.4
54:43.6
54:10.8
53:38.6
53:05.3
52:32.5
51:59.7
51:26.9
50:54.2
50:21.4
49:48.6
7.5
49:15.8
11:29:05
8.0
48:43.2
48:10.2
47:37.4
47:04.8
46:32.1
45:59.3
45:26.5
11:28:43
11:28:21 7.5
44:53.8
8.7.2010 (max. 8,5; min. 6,6; avg. 7,81 °C) 8.0
44:21.3
°C
11:27:59
11:27:36
11:27:14
11:26:51
11:26:29
11:26:06
11:25:44
11:25:21
11:24:59
11:24:36
11:24:14
11:23:51
11:23:29
11:23:07
11:22:44
11:22:22
11:22:00
11:21:38
11:21:15
11:20:53
11:20:30
11:20:08
11:19:45
11:19:23
11:19:00
°C
Teplota skalní stěny (Rock surface temperature)
9.0
8.5
Četnost měření: cca jednou měsíčně
7.0
6.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
Závěry •
Nejvýraznější dynamika teploty ve vstupní chodbě (dobře patrná i v celé trase) – závislost změn směru proudění vzduchu na změnách vnější teploty, kdy při venkovních teplotách okolo 5°C dochází k reverzi směru proudění vzduchu, což je charakteristické pro typicky dynamické jeskyně.
•
Je patrný vliv vnější teploty, způsobující teplotní změny uvnitř jeskyně o 2 °C (minimum 6,6 °C, maximum 8,6 °C).
•
Nejsilnější vazba mezi vnější a vnitřní teplotou se projevila v březnu.
•
Relativní vlhkost vzduchu v jeskyni i v období vysoké návštěvnosti stabilní hodnota 99 - 100 %.
•
Měření teploty skalního masivu na celé prohlídkové trase infračerveným termometrem. – Rok 2010: diference průměrné teploty masivu 1,4 °C – Teplotní maxima v průběhu roku kolísají o 0,7 °C – Výrazná je diference minimálních teplot (až 4 °C), způsobená prochladnutím vstupní chodby v zimním období (až na -1,6 °C ) – Letní měsíce: stabilní teplota povrchu s přetrvávající nižší hodnotou ve vstupní části (zřejmě důsledek intenzivního provětrávání).
Děkujeme za Vaši pozornost
