Teplotní rozdíly mezi Teplotní rozdíly mezi radiačním štítem a radiačním štítem a

ČS meteorologickou budkouČS meteorologickou budkou

Daniel Bareš; Martin Možný; Jiří Novák; Martin Stalmacher

Český hydrometeorologický ústav observatoř Doksany

doksany@chmi.cz

Kolísání teploty vzduchu je často diskutovanou otázkou v souvislosti s nedávnou změnou klimatu (Hansen et al., 2010).

Otázka přesnosti měření je nesmírně důležitá v operativní meteorologii a klimatologii.

Přesné měření teploty vyžaduje minimalizaci negativních dopadů; umístění stanic a teploměrů (např. záření a překážky).

Světová meteorologická organizace (WMO) definuje měření teploty vzduchu jako:

Měření prováděné čidlem, které je vystaveno přirozenému proudění vzduchu v místě, jež je chráněno před přímým slunečním zářením (WMO, 1996).

Úvod:

a) Modifikace Stevensonovy meteorologické budky (Kocourek 1956)

c) Od roku 1997 postupný přechod k automatizovanému měření, se zavedením odporových teploměrů umístěných v lamelovém stínění

b) Česko-slovenská modifikace nahradila původní zastíněné dno drátěným sítem. Tím došlo ke zvýšené radiační výměně s terénem v těsné blízkosti dna. Později byly původní dřevěné nahrazeny plastovými.

V současné době je operativní meteorologie založena pouze na těchto automatizovaných měřeních, ale některé stanice si udržují paralelní manuální měření s teploměrem v meteorologické budce.

Mnoho krátkodobých srovnávacích měření v aerodynamických tunelech a polních pokusech odhalily poměrně velké rozdíly v měření kvůli změnám v oblasti ochrany před zářením.

Rozdíly byly největší za určitých povětrnostních podmínek (bezvětří, jasné a slunečné dny, jasno se sněhovou pokrývkou).

Studie zkoumající rozdíly (Brock et al, 1995;. Barnett et al, 1998;. Lin et al, 2001;. Van der Meulen a Brandsma, 2008). (Petäjä 2004, Nagy 2006;. Lacombe et al, 2011).

V této studii jsme zkoumali výsledky 10 let časové řady srovnávacích měření v Doksanech, se zaměřením především na průměrné, maximální a minimální teploty vzduchu.

a) Srovnávací měření bylo provedeno na OBS v Doksanech mezi dubnem 2000 a prosincem 2009

b) Ruční měření teploty vzduchu Průměrná denní teplota, Tmean byla vypočítána podle rovnice:

Tmean = (T07 + T14 + 2 * T21) / 4.

c) klimatologické normy:

průměrná roční teplota vzduchu 8,5 °C

průměrný roční srážkový úhrn 456 mm.

a) Průměrná 74% všech rozdílů bylo 0,5 °C 97% bylo 1 °C 100% bylo 2 °C

b) Minimální

60% rozdílů bylo 0,5 °C 79% bylo 1 °C 99% bylo 2 °C

c) Maximální

62% všech rozdílů bylo 0,5 °C 70% bylo 1 °C 98% bylo 2 °C

Denní rozdíly v teplotách vzduchu

Průměrné měsíční rozdíly teploty vzduchu

a) Průměr rozdíl mezi -0,5 °C až 0,29 °C

b) Minimum rozdíl -0.45 °C až 0,96 °C

c) Maximum rozdíl -1.22 °C až -0,21 °C

Průměrný rozdíl v zimním období

-0,19 °C průměrné teploty vzduchu

-0,44 °C maximální teploty vzduchu

-0,25 °C minimální teploty vzduchu

Průměrný rozdíl v průběhu léta

0,21 °C průměrné teploty vzduchu

-1,13 °C maximální teploty vzduchu

0,73 °C minimální teploty vzduchu

Závislost na oblačnosti a rychlosti větru

TS zachytí až 20% slunečního záření odraženého od travního porostu a až 80% ze sněhové pokrývky během klidného a slunečného dne.

RS zachytí pouze 2-7% slunečního záření.

a) zataženo s rychlostí větru < 3 m/s rozdíl -0,4 °C až -0,2 °C.

rychlost větru > 3 m/s, rozdíl -0,1 °C až 0 °C

b) jasný den s rychlostí větru < 3 m/s rozdíl -0,3 ° C.

rychlost větru > 3 m/s rozdíl od -0,2 °C až 0 °C

Klimatologická pozorování ve 14:00

Rozdíly teplot vzduchu mezi TS a MRS v závislosti na:

a) Rychlosti větru (R2 = 0,47, P <0,01)

b) Oblačnosti (R2 = 0,14, P <0,01)

c) Odraženém záření (solární radiaci) (R2 = 0,23, P <0,01)

Variabilita odraženého záření

Nejvyšší záření se vyskytuje v polovině července, a nejnižší v prosinci.

Závislost na sněhové pokrývce

Vysoká variabilita odraženého záření v zimním období je důsledkem změn v albedo.

Albedo sněhové pokrývky (0,4-0,9)

závisí na mnoha faktorech:

hloubka a stáří sněhové pokrývky množství slunečního záření oblačnost

Data pro každý rok barevně odlišena

a) Teplotní rozdíly mezi TS a MRS při jasném dnu s rychlostí větru méně než 3 m/s dosáhla až 2,6 °C během dne; až -1 °C v noci. Data z 11. – 12. 9. 2010

b) Teplotní odchylky až 4,1 °C, při sněhové pokrývce data z 8. 2. 2010

Vliv na rozdílnost teplot vzduchu ukázala studie (Huwald et al., 2009)

Záření v kombinaci se sněhovou pokrývkou může zvýšit rozdíl až cca na 8 °C při rychlosti větru 0 m/s

(Gill, 1983).

Největší rozdíly jsou v oblastech s nejvyšším výskytem větru o rychlosti nižší než 3 m/s, jako například v údolí řek a pánevních oblastech Čech (Tolasz et al., 2007).

Výskyt bezvětří se na stanicích ČHMÚ pohybovala od 11% až 41% (Churáňov 11%; Kostelní Myslová 14% ; Kocelovice 18%; Doksany 41%; Milešovka 3% v letech 2000 - 2011.

Průměrné denní maximální rozdíly teplot mezi TS a MRS se pohybovaly od 0,1 do 0,6 °C (Milešovka 0,09 °C, Churáňov 0.2 °C, Kostelní Myslová 0,23 °C, Kocelovice 0.32 °C, Doksany 0,6 °C) v období 2000 - 2011.

Nejvyšší naměřený rozdíl teplot mezi TS a MRS byl 4,8 °C na stanici Kostelní Myslová.

Budějovice 2.4Čáslav 2Doksany 5.1Dukovany 6.3Holešov 4.8Husinec 2.05Cheb 4.9K. Myslová 4.7Kocelovice 7.1Kopisty 2.96Košetice 5.7Kroměříž 3.9Kuchařovice 6Lenora 2.08Liberec 6.3Olomouc 4.17Opava 5Pardubice 5.1Plzeň Bolevec 1.77Praha Libuš 4.6Praha Ruzyně 6.2Přerov 4.95Strážnice 4.46Tuřany 5.1Tušimice 6UL Kočkov 6.4

15 stanic má nižší průměry rychlosti větru než porovnávaná OBS Doksany

Průměrná roční rychlost větru v období 2000 - 2010

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Bud

ějov

ice

Čás

lav

Dok

sany

Duk

ovan

y

Hol

ešov

Hus

inec

Che

b

K.

Mys

lová

Koc

elov

ice

Kop

isty

Koš

etic

e

Kro

měř

íž

Kuc

hařo

vice

Leno

ra

Libe

rec

Olo

mou

c

Opa

va

Par

dubi

ce

Plz

eň

Pra

ha L

ibuš

Pra

ha

Pře

rov

Str

ážni

ce

Tuř

any

Tuš

imic

e

UL

Koč

kov

ryc

hlo

st

vě

tru

(m

/s)

Simulované a skutečné rozdíly

statisticky významný vztah mezi TS a MRS pro

a) denní maximální teploty vzduchu (R2 = 0,93, P <0,01)

b) denní minimální teploty vzduchu

(R2 = 0,86, P <0,01). ROVNICE

AT = B0 - b1U - b2N + + b3R Li

U rychlost v m / s, N výši oblačnosti, R odražené záření ve W/m2, Li chyby při měření, a B0, B1, b2, b3 jsou koeficienty, které se odhadují.

Koeficienty byly upraveny pomocí výsledků desetileté série srovnávacích měření z Doksan. (Trnka et al, 2005;. Hlavinka et al, 2010;.. Trnka et al, 2010).

Vliv na analýzu časových řad

Přechod z TS MRS měření byla spojena s poklesem -0.34 °C průměrné teploty vzduchu v zimním období.

Průměrná teplota vzduchu v létě se zvýšila o 0,26 °C

Průměrná maximální teplota vzduchu v létě klesla o -1.11 °C

Průměrná minimální teplota vzduchu se zvýšila o 0,91 ° C.

Průměrná min. teplota vzduchu v zimním období se snížila o -0.38 °C.

Rozdíly v denních amplitudách kolísaly mezi -0.52 °C až -1.07 °C (-0,52 ° C v zimě, -0,92 ° C, na jaře, -1,07 ° C v létě a -0,79 ° C, na podzim).

Průměrné max. teplotní rozdíly mezi Doksany a Milešovkou kolísaly od -4.09 °C až -5,1 °C (-4,09 °C v zimě, -4,68 °C na jaře, -5,1°C v létě a -5,09 °C na podzim) na TS

od -2.92 °C až -4.17 °C (-3,65 °C v zimě, -3,14 °C na jaře, -2,92 °C v létě a -4,17

°C, na podzim) pro MRS.

Průměrné minimální teplotní rozdíly mezi Doksany a Milešovkou

Pro srovnávací období se rozdíly pohybovaly:

TS

od -1.21 °C do -1.86 °C

(-1,86 °C v zimě, -1,21 °C, na jaře, -1,71 °C v létě a -1,53 °C, na podzim)

MRS

od -0.56 °C do -1,8 °C

(-1,8 °C v zimě, -0,98 °C na jaře, -0,56 °C v létě a -1,11 °C, na podzim)

Screen TemperatureWinter

(December - February)Spring

(March - May)Summer

(June - August)Autumn

(September - November)MRS Tmax 0.01 0.86 0.3 0TS Tmax 0.62 0.55 0.19 0.39

MRS Tmin 0.65 0.25 0.23 0.16TS Tmin 0.46 0.17 -0.07 0.05

Linear trends (°C / 10 years)

Srovnání liniových trendů maximálních (Tmax)a minimálních (Tmin) teplot vzduchu na OBS Doksany mezi (TS) a (MRS) pro období2001-2010.

V letech 2001 až 2010 v Doksanech MRS ukázaly rostoucí trend denních (Tmin) ve všech ročních obdobích, s (Tmax) rostoucích na jaře a v létě. Za stejné období, TS ukázala nárůst maximálních denních teplot vzduchu ve všech ročních obdobích, a minimální růst teploty v zimě a na jaře

Jednou z možných příčin nehomogenity v teplotních řadách v ČR je pokračující automatizace pozorování. Je potřebné určit, zda lidské a automatizované pozorování může být spojeno s cílem vytvořit homogenní časovou řadu.

Nehomogenita teplotních řad může negativně ovlivnit výsledky analýz biometeorologických a klimatických modelů (Možný a kol., 2012).

Přechod na měření teploty s MRS způsobil výrazný pokles průměrné a minimální teploty v zimě a významný nárůst v létě vzhledem k měření z TS. Kromě toho, maximální teploty byly nižší v průběhu celého roku. Největší rozdíly se objevily u minimální a maximální teploty, zatímco nejmenší byly pozorovány u průměrných denních teplot vypočítaných z klimatologických pozorovacích časů.

Závěr

Průměrný teplotní rozdíl mezi PS a MRS se pohyboval od 0,3 °C až 2,8 °C. Chyba vzrostla během jasných dní s rychlostí větru méně než 3 m/s, a k teplotní odchylce až 4,1°C došlo v případě sněhové pokrývky.

Rozdíly mezi TS a MRS u průměrné teploty byly nižší než 0,2 °C pokud byla zatažená obloha a rychlost větru nebyla vyšší než 3 m/s.

Teplotní data z10-tiletých časových řad získaných z MRS nebyly v souladu s historickými daty z TS. Údaje z MRS mohou být opraveny na TS data pomocí modelu SITEDI.

Použití surových dat z TS a MRS může mít negativní dopad na analýzy časových řad. Sezónní pokles nebo zvýšení teploty způsobené změnou měření by mohlo vést k nesprávným závěrům.Největší dopad byl pozorován u maximálních denních teplot vzduchu.

Je důležité zvážit, zda údaje o teplotě v České republice a na Slovensku se získávají buď z TS nebo MRS při analýze a modelování teplotních dat ve střední Evropě

Studie byla publikována:

Ministry of Education, Youth and Sports project OC10010,

LD11041 and National Agency for Agriculture Research project Q191C054.

Dr. Trnka’s work is also supported by a CzechGlobe Centre project (CZ.1.05/1.1.00/02.0073).

Poděkování

Vol. 21, No. 2, 125-133 (April 2012)

Meteorologische Zeitschrift,

Děkujeme za pozornost

kolektiv OBS Doksany