toky sluneční energie v krajině energie v biomase. příčiny...

83
Toky sluneční energie v krajině - energie v biomase. Příčiny změny klimatu doc. RNDr. Jan Pokorný, CSc. a kol. ENKI, o.p.s. Třeboň [email protected] XXX. Seminář energetiků 21. -23. leden 2020

Upload: others

Post on 18-Dec-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Toky sluneční energie v krajině -

energie v biomase. Příčiny změny

klimatu

doc. RNDr. Jan Pokorný, CSc. a kol.

ENKI, o.p.s. Třeboň

[email protected]

XXX. Seminář energetiků 21.-23. leden 2020

Page 2: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

SINE SOLE NIHIL SUM bez Slunce nejsem nic

• Slunce ohřívá Zemi o 290 oC

• bez Slunce by bylo na Zemi 10 K (-263 oC)

• Co děláme v krajině se sluneční energií

prostřednictvím vody a rostlin?

• Zemědělec a lesník, územní plánovač ovlivňují

distribuci sluneční energie i množství a kvalitu

odtékající vody a ovlivňují místní klima

Page 3: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Vlhkost vzduchu, teplota

Sluneční

záření

Meteostanice

Page 4: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Shortwave radiation

Sensor (Rs)

Long wave radiation

Sensor (RL)

Solar energy panel

Air Temperature

&

Relative Humidity

Data logger

Soil Temperature

Computer

Page 5: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Sluneční záření při jasné a zatažené obloze

Page 6: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Denní průběhy přicházejícího slunečního záření

Page 7: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Odražené sluneční záření z vodní hladiny,

betonového povrchu atd.

Page 8: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Denní průběh hodnot zjevného tepla a latentního tepla

výparu (evapotranspirace) na betonovém povrchu, poli,

louce a mokré louce (stovky wattů na m2

.

Page 9: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Stáří 5 mld. let

SLUNCE

Uvolňovaná energie

3,8 x 1026 J / sec.

Page 10: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

180 000 TW

10 TW

Tok sluneční energie k Zemi

Tok energie v ekonomice – co

si platíme

Slunce ohřívá planetu o c. 290 K

Bez sluneční energie by atmosféra byla tuhá!

Page 11: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Sluneční energie přicházející na

vnější vrstvu atmosféry

• V průběhu roku:

1351 Wm-2 až 1431 Wm-2

(+,- 3%) eliptická trajektorie

• Dlouhodobě stabilní výkyvy několik Wm-2

• (0.1%)

• Solární konstanta = 1367 W m-2

• (v konstatntní vzdálenosti od Slunce)

Page 12: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Zjevné teplo (ohřátý vzduch), které se uvolňuje z

několika km2 je srovnatelné s výkonem JETE

2000MW.

Výrazně ovlivňujeme teploty a proudění vzduchu a

vodní páry hospodařením v krajině

Page 13: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 14: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

ENERGIE V BIOMASE

Roční produkce biomasy (tedy i uhlí)

0,5 %

z celkového množství energie přicházející za rok

Maximální produkce: 1 kg sušiny z 1 m2

1 kg obsahuje 5 kWh (18MJ) Počítána 100 % sušina

Page 15: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Sluneční energie přicházející na hranici atmosféry a radiační zesílení

působené skleníkovými plyny (podle IPCC)

Page 16: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Intergovernmental Panel on Climate

Change (IPCC)

Charakteristika klimatické změny:

• Střídání sucha a povodní

• Vichřice

• Přívalové srážky

• Extrémy a nepravidelnost (období sucha a záplav), sníh v Saudské Arábii, chlad v noci u Viktorina jezera.

• Vzestup teplot v korelaci se skleníkovými plyny

• Ubývání ledovců, zejména horských

Page 17: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Dačicko

Průměrné teploty ve vegetačním období (1901 – 2018);

(ČHMÚ, 2018). .

Page 18: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 19: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Dlouhodobé roční srážky se dříve pohybovaly podle Atlasu podnebí ČSR

(1958)

mezi 600 – 750mm .

Page 20: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 21: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

http://www.ferdinand-engelbeen.be/klimaat/co2_measurements.html

Vztah/korelace mezi koncentrací CO2 a teplotou

povýšen na kauzalitu

Page 22: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 23: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• Mezivládní panel klimatické změny

(IPCC) vysvětluje změnu klimatu

výhradně skleníkovým efektem

působeným nárůstem koncentrace

skleníkových plynů (oxid uhličitý,

metan, oxidy dusíku).

• Ignoruje úlohu vody a rostlin

Page 24: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Temperature (°C)

Wat

er v

apour

conce

ntr

atio

n (

g.m

-3)

Wat

er v

apor

conce

ntr

atio

n (

ppm

)

Relative humidity 100%

Relative humidity 50 %

Koncentrace CO2 400 ppm

metan 1.5 ppm

Vodní pára několik tisíc ppm

až několik desítek tisíc ppm

several thousands up to

hundred thousands ppm

Koncentrace vodní páry ve vzduchu je proměnlivá a

mnohonásobně vyšší nežli koncentrace ostatních skleníkových

plynů, které se nákladně monitorují. Obrat vodní páry ve vzduchu

je rychlý

Page 25: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Obsah vodní páry a CO2 ve vzduchu Obsah vodní páry je vysoký a proměnlivý,

například při 21°C obsahuje vzduch nasycený

vodou 22 400 ppm (18 gramů v m3)

Vzduch nasycený vodou při 40°C obsahuje

62 200 ppm.

Obsah CO2 se zvýšil z 280 na 400 ppm od

roku 1750

Obsah metanu se zvýšil z 0.6 na 1.5 ppm

1,37 x 10-5 W.m-2 ppb CO2

z těchto hodnot se vychází při výpočtu globálního efektu

Page 26: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

LATENTNÍ TEPLO se spotřebovává při výparu vody a uvolňuje při

kondenzaci

ochlazení ohřev

Energie ve vodní

páře

Objem vodní páry!!

Více než 1000 litrů kondenzace

Mírné změny tlaku vzduchu

Vyrovnávání teplot na Zemi

Page 27: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Teplý povrch Chladný povrch

Page 28: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Rn=J+P+G+H+L*E od poloviny 20. století

základní kurz

Zásadní je poměr mezi

H (zjevné teplo) a

LE (evapotranspirací)

Page 29: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Rozdíl v příkonu sluneční energie za

oblačného a jasného dne

• Sluneční energie za jasného dne

• cca 8 kW m−2

• maximální tok:1000 W m–2

je řádově vyšší nežli při zatažené obloze

• např. 0.78 kWh m–2

• maximální tok 100 W m–2)

Page 30: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Termovizní kamera nesená vzducholodí

Heliem plněná vzducholoď, délka 8m. Vybavená řídícím a naváděcím systémem,

výškoměrem a GPS naváděcím systémem. Elektromotor poháněný z akumulátoru. Pracovní

rychlost 5 m/s; výška do 1000 m, maximální doba letu 30 minut. Závěs na gondole udržuje

termovizi v pravém úhlu k povrchu zemskému. Frekvence snímání se řídí rychlostí letu.

Užitný vzor Jirka a kol 2011 (NPV 2B06023)

Page 31: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

ChKO Třeboňsko, okolí obce Domanín

rovinatá kulturní krajina je ideální pro

dálkový průzkum země

16x snímkování během

9.7.2010

od 4:50 do 20:10

Page 32: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Krajinný pokryv ovlivňuje povrchové teploty

Page 33: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

877 W/m2

51 °C

Page 34: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

82 W/m2

26,9 °C

Transpirační proud

20 litrů za hodinu

14kW chlazení

Fotosyntéza 0,2kW

Page 35: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

50 – 100 průduchů na mm2

Každý průduch působí

jako ventil,

reaguje na teplotu,

vlhkost vzduchu

a množství vody v rostlině.

Průduchy odpařují vodu a

přijímají oxid uhličitý

vydávají kyslík

Page 36: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Slunce Stín stromu a stín slunečníku

Page 37: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Klimatizační jednotka na obrázku má příkon

3,4 kW. Kam odevzdává teplo strom?

Page 38: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Ekosystémová služba stromu

• Strom transpiruje/vypaří např. 200 litrů za den

• 0.7 kWh/l skupenské teplo výparu vody

• 200 x 0.7 = 140 kWh

• 140 kWh se neuvolnilo jako zjevné teplo. Strom „uchladil“ 140kWh.

• Kolik bychom zaplatili za elektrickou energii 140kWh spotřebované klimatizačním zařízením? (c.420 Kč)

• Strom má dvojí klimatizační efekt (a) chladí, b) ohřívá mísa chladná

Page 39: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• Odvodnění a odstraňování vegetace má za

následek vzrůst povrchových teplot v letních

dnech s nízkou oblačností. Tento vzestup

teplot není zaznamenán standardním

měřením teploty v meteorologické budce.

• aneb

• změny teplot jsou mnohonásobně vyšší nežli

zaznamená teploměr „v meteorologické

budce“

Page 40: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Třeboňské náměstí s pohledem do parku

Page 41: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Slunný den – teploty na střechách, na dláždění

a teplota stromů v parku

Page 42: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Shrnutí: odvodněním, odlesněním

měníme zásadně toky sluneční energie

ve stovkách wattů na metr čtverečný.

Suché plochy se ohřívají stoupá z

nich teplý vzduch (zjevné teplo).

Vegetace zásobená vodou se

chladí výparem vody (latentní,

skupenské teplo)

Page 43: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• Suché plochy se ohřívají, od nich se

ohřívá vzduch, který unáší vodní páru

vysoko do atmosféry a vysušuje okolí.

• Porosty se neohřívají, vodní pára se může

v noci vracet kondenzací na rosu.

Vyrovnávají se tak teploty mezi dne a nocí

Page 44: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• Vytváříme z krajiny step a poušť a divíme se, že se krajina tak chová

• Stromy jsou exponovány vysoké povrchové teplotě a ohřátému suchému vzduchu. Usychají

• Potřebujeme ochladit krajinu zadržením vody a podporou trvalé vegetace, která chladí

• Nárůst koncentrace skleníkových plynů způsobil navýšení toku tepla o 1- 3W.m-2, vysušením zvyšujeme tok tepla o stovky W.m-2

Page 45: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• Na suché pole neprší

• Suchý vzduch stoupající z přehřátých

ploch vysušuje okolí a brání přísunu

vlhkého vzduchu

• Stromy a les se chladí výparem vody a

udržují krátký oběh vody. Velké lesní celky

přitahují vodu z oceánu

Page 46: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Zásadní rozpor v chápání výparu vody z

rostlinných porostů (evapotranspirace)

Evapotranspiraci je třeba omezit, je to

„plýtvání vodou“ (cíl: nízký transpirační

koeficient, co nejnižší spotřeba vody)

X

Evapotranspirace chladí, vyrovnává teploty

v čase a prostoru a přitahuje vodu

Page 47: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 48: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Zrychlený výpar vody

Page 49: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Ohřátý vzduch vysušuje

• Mokřady a lesy se chladí výparem vody, vodní pára pomalu stoupá vzhůru, relativní vlhkost vzduchu je vysoká (aktuální evapotranspirace (ET) je blízká potenciální ET). ET = několik mm za den

• Odvodněné plochy se ohřívají, ohřátý vzduch stoupá vzhůru a nedosahuje rosného bodu. Vzduch 40 oC obsahuje 50g vody v m3 (při 20% vlhkosti 10g). Při rychlosti 1,0m/s se „z m2 “ za 1hodinu transportuje vzhůru 36000g vody (36 litru) = mechanismus vysychání krajiny, tedy až stovky litrů za den

Page 50: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

ČVUT Praha,Fakulta dopravní Mgr. I. Kameníková

Page 51: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

ČVUT Praha, Fakulta dopravní, Mgr. I. Kameníková

Page 52: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

ČVUT Praha Fakulta dopravní, Mgr. I. Kameníková

Page 53: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

ČVUT Praha Fakulta dopravní, Mgr. I. Kameníková

Page 54: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Inverze teplot

ve dne v lese

udržuje vodu

v porostu

V korunách 31 C

Při zemi 21 C

31 C

21,3 C

Page 55: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Teplota na povrchu porostu 33 C, teplota půdy až 49 C

Teplý vzduch unáší vodní páru vzhůru – porost se vysušuje

33 C

41 – 49 C

Page 56: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Zásadní úloha lesa

• Biotic pump – Makarieva, Gorshkov

• Mechanizmus „nasávání“ vody lesem z

oceánů.

• Souvislé lesní porosty udržují vysoké

dešťové srážky hluboko do vnitrozemí

• a) inverze teplot

• b) pokles tlaku nad lesy po kondenzaci

vodní páry

Page 57: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

How does precipitation vary in space and time in

world’s forested versus unforested regions?

Red numbered arrows: transects from Fig. 2 of Makarieva, Gorshkov, Li (2009) Ecol. Complexity 6: 302

White arrows: transects from Fig. 6 of Makarieva, Gorshkov, Li (2013) Theor. Appl. Climatol. 111: 79

Page 58: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

KONGO

OB

AMAZONKA

MACKENZIE

S. AMERIKA

JENISEJ

LENA

Z. AFRIKA ↑

Z. AFRIKA ↓

J. AMERIKA

S. AUSTRÁLIE

V. ASIE

Page 59: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• Na pevnině je málo vody, odtekla by během několika let

• Voda na pevnině se doplňuje z oceánu vzdušným prouděním v nižší troposféře

• Vítr přináší vodu odpařovanou v oceánu

• Vlhký vzduch stoupá nad pevninu, ochlazuje se vodní pára kondenzuje, prší

•(„na suché pole neprší“)

Pevnina je

nad

mořskou

hladinou a

gravitací z

ní voda

odtéká

Page 60: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Přetahování o vodu Nad chladnou vegetací je nižší tlak vzduchu a proudí nad

ní vzduch. Pokud je pevnina suchá, bez vegetace, tak

odevzdává vodu oceánu a vysychá

Page 61: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

PRINCIP BIOTICKÉ PUMPY

(Makarieva, Gorškov)

• Intenzivní výpar nad lesími porosty → zvýšená kondenzace →

snížení tlaku → pokles vertikálního tlakového gradientu →

pohyb vzduchu mimo lesy → nasátí vzduchu od oceánů

• Vzduch od oceánů je vlhký → podpora procesů biotické

pumpy

• Po vypadnutí srážky → suchý vzduch zpět nad oceány

Page 62: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Chceme vodu přijímat nebo odevzdávat?

• Vznik AKCEPTORSKÝCH (nízký tlak vzduchu, převládá vzestupné adiabatické proudění) a DONORSKÝCH (vysoký tlak, převládá sestupné adiabatické proudění) oblastí

• Rozdíl teploty mezi oblastmi se vzestupným a sestupným prouděním (až 3C)

• Rozdělení atmosféry do oblastí se srážkami a bez srážek

• DONORSKÉ a AKCEPTORSKÉ oblasti jsou spojeny horizontálním prouděním

Page 63: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

PŘÍKLADY

• Sibiřské lesy – Zdroj vlhkosti: Severní ledový, Atlantický a Tichý oceán

– Zničení evropských lesů

– Dost vlhkosti, přetrvání těchto lesů díky dostatečné dotaci vody z oceánů

– Biotická pumpa „chrání“ klima v Evropě i přes likvidaci evropských lesů

– Odlesnění na Sibiři → znepravidelnění západních větrů přes Evropu → 2010 extrémní vedra na Sibiři, povodně v Evropských a Asijských státech

• Dnes dezertifikované oblasti Austrálie, Sahara, Arábie – V důsledku eliminace příbřežní lesní zóny

Page 64: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Toky sluneční energie v ekosystémech

• Fotosyntéza (primární produkce): až 10 W m-2

• Evapotranspirace : stovky W m-2

• Rozklad organických látek/dekompozice: desítky W m-2

• Ohřev porostu: nejvýše desítky W m-2

• Radiační zesílení od roku 1750: 1 – 3 W m-2

• Sluneční energie na vnější hranici atmosféry během roku 1321 W m-2 - 1413 W m-2

• Sluneční energie na za slunného dne až 1000W m-2

Page 65: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 66: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Schéma využití sluneční energie v podmínkách ČR.

Za rok dopadne na m2 vodorovné plochy přibližně 1100 kWh.

Přibližně 20% se odrazí (z vodní hladiny pouze 5 -7%,

z betonové plochy 25%). Fotosyntézou do biomasy se naváže

méně než 1% sluneční energie, fotovoltaické panely využijí

okolo 13% na výrobu elektrické energie, termální kolektory až

30% (záleží na požadované teplotě a možnosti využití v létě).

Do 10% sluneční energie ohřívá půdu. Největší podíl sluneční

energie se uplatní při výparu vody. Pokud schází voda a rostliny,

sluneční energie se nespotřebovává na výpar vody, ale ohřívá

povrch a od ohřátého povrchu se ohřívá vzduch, který stoupá

do atmosféry.

Page 67: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní
Page 68: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Distribuce sluneční energie za slunného dne: na m2

vodorovné plochy přichází až 1000W, fotosyntézou do

biomasy se váže několik wattů, FV panel vyrábí na

130W.m-2, fototermální panel váže několik set W.m-2.

Voda a vegetace dobře zásobená vodou váží několik

set W.m-2 na výpar vody. Pokud je povrch suchý,

několik set W.m-2 se spotřebovává na ohřev povrchu,

od kterého se ohřívá vzduch, který stoupá do

atmosféry. Část přicházející sluneční energie ohřívá

půdu (do 100 W.m-2), část se odráží (50 W.m-2 z vodní

hladiny, 250 W.m-2 z betonového povrchu, 170 - 200

W.m-2 z vegetace)

Page 69: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Trnobranský 2015, dipl práce, FŽP ČZU, vedoucí práce J. Pokorný

Bioplyn a štěpku lze skladovat – kolik by stála baterie?

Page 70: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

K úvaze • Na vytvoření 1kg biomasy spotřebuje

rostlina/strom 5kWh sluneční energie a vznikne

5 – 10kg živé hmotnosti rostliny (obsahuje

vodu), která za rok vypaří 500 kg vody, což

představuje 350kWh chlazení a 350kWh ohřevu;

vyrovnávání teplot + biotická pumpa 700kWh.

• Jsou tu rostliny na to, abychom je přednostně

pálily?

• Energie z uhlí poháněla průmyslovou revoluci a

dosavadní rozvoj a šetřila lesy/klima. V

zatopených lomech je kvalitní voda

Page 71: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

O. Hermann Bacher : „Ak to pôjde v Darewadi,

tak to pôjde kdekoľvek...“

• - náklady v Darewadi (1500 ha)

boli len 12 miliónov rupií (cca

270.000 € v kurzoch v r. 1996)

• Výnosy z poľnohospodárstva

stúpli približne 6x a dosiahli 56

miliónov rupií (cca 850.000 €)

• Počet studní stúpol 20x, plocha

poľnohospodársky obrábanej

pôdy 2x, vlastníci televízorov

40x, motorky z 0 na 83. Objavili

sa i prvé štyri traktory.

• obyvateľstvo sa začalo vracať

späť z miest

Darewadi v r. 1996

...a v r. 2009

Page 72: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Zvyšovanie hladiny podzemnej vody

(Darewadi)

increase of underground water level

Page 73: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• V ČR v dnešní postfaktické době

(Postfaktumzeitalter) je rozvíjeno

několik protichůdných tezí o funkci

lesa (vegetace) ve vodním režimu

krajiny a klimatu.

Page 74: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Neshody, kontraverze: (Poradní sbor

„Koncepce sucho“, schváleno vládou 28.7.

2017) • Rybníky mají otevřenou hladinu vody, vypařují mnoho vody,

nebudeme je stavět (K)

• Mokřady nemohou zadržovat vodu, jsou jí plné. Vypařují mnoho vody. Nepodporovat (P)

• Stromy vypařují mnoho vody, kazí hydrologickou bilanci. Uschlý les vypařuje méně než živý

• Uschlý les na Šumavě nemá podstaný vliv na hydrologii. Přízemní vegetace les nahradí (JH, profesoři UK)

• Odpověď: krajina vysychá ohřátým vzduchem z odvodněných ploch. Stali jsme se donorem vody (vodní páry), vysycháme progresivně.

• Trvalá vegetace a voda ochlazují krajinu a přitahují vodu

Page 75: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Les chladí sebe a své okolí, tlumí extrémy teplot a

tlumí extrémy vodního režimu evapotranspirací

• Odlesnění vede k vysychání krajiny, extrémům teplot, zrychluje se odtok vody. Zkušenost historických civilizací prokázala opakovaně positivní úlohu lesa v klimatu, proto je tato funkce zakotvena v Lesním zákonu od počátku.

• Alexander von Humboldt, G.P. Marsh 1864 (Man and Nature), mostem k moderní vědě o klimatu lesa jsou postupná vydání monografie R.Geigera (Climate near the Ground), 4 vydání Environmental Physics (Monteith, Unsworth). V. Úlehla (Napojme prameny – O utrpení našich lesů, 1947). Funkce lesa shrnuty v PolicyBrief pro COP21 v Paříži 2015.

Page 76: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Obnovou lesa v degradované krajině lze vrátit srážky,

vodu, obnovit úrodnost a ztlumit extrémy počasí.

• Napodobování vertikální struktury lesa v kulturní krajině je strategií jejího setrvalého užívání, obnovený krátký oběh vody zaručuje distribuci sluneční energie přes výpar, vyrovnávání teplot, recyklaci živin, primární produkci, obnovu půdy (ukládání uhlíku): -

• Rajastan v Indii, zakládání terasovitých drobných vodních nádrží na dešťovou vodu, obnova lesa ze 7% na 40% pokryvu, 1000km2 (Bhatacharya, 2015).

• Darewadi, Indie, na 1500ha aridní půdy byla obnovena trvalá vegetace, zadržování dešťové vody, zvýšila se hladina vody ve studních, obnovena zemědělská produkce, (Rao, Mathur 2012).

• Tamera (Portugalsko), Natural Sequence Farming Austrálie (Peter Andrews), Keňa (Macharia, Oserian Farm).

• Vykácej les (Sci Am), FG review, INTECOL 2018)

• Připravují se rozsáhlé projekty na Arabském poloostrově

Page 77: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

• V srpnu 2015 byla sklizena řepka a obilí na

1 800 000ha polí, do atmosféry z nich proudilo teplo cca 9000GW (12 GW je instalovaný výkon elektráren v ČR, z toho JE Temelín má 2GW).

V Severní Americe se následkem odvodnění mokřadů uvolňuje na 180 000GW.

Ve východní Africe pokrýval v polovině 20. století les 50% území, nyní 2%. Jak taje ledovec na Kilimandžáru?

Page 78: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Doporučení IPCC pro politiky a decisní sféru

- co se platí?

• sekvestrace GHG (skleníkové plyny, zejména oxid

uhličitý, metan

• geosekvestrace

• snižování produkce metanu v žaludku přežvýkavců

• V doporučení IPCC pro politiky není

zmíněn přímý efekt vegetace a vody na

regionální klima. IPCC redukuje úlohu

vegetace na albedo a sink/source of CO2 • (osobní jednání JanP s DG Environment)

Page 79: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Zastavit desertifikaci a vrátit zpět

funkční vegetaci:

Zlepšení klimatu a dostatek vody

Více biomasy, více potravy

Zvýšení biodiverzity

Sekvestrace uhlíku

Recyklace a zadržení živin, úrodnost půdy

zaměstnanost

Nějaký negativní efekt??

Kravčík, M., Pokorný, J., Kohutiar, J. et al: 2009, Water for Recovery of Climate

www.waterparadigm.org

Eiseltová, M., Pokorný, J., Hesslerová, P., Ripl, W. 2011 Evapotranspiration – A

Driving Force in Landscape Sustainability In: Ayse Irmak (ed.)Evapotranspiration –

Remote Sensing and Modeling, InTechopen, pp 305 – 328, Rijeka, Croatia

Page 80: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Program na podporu aplikovaného

společenskovědního a humanitního výzkumu,

experimentálního vývoje a inovací

TAČR ETA

• Sluneční energie, voda v krajině,

vegetace: nová metodika vzdělávání

pracovníků městských úřadů a inovace

školní výuky k tématu efektu

hospodářských zásahů na regionální klima

• Jihočeská univerzita v Českých

Budějovicích ENKI, o.p.s., Město

Dačice

Page 81: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Vegetace chladí: Porost akacie: 20 C

holá půda, písek: až 70 C

Page 82: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

Uschlý les na Šumavě, povrchová teplota

kmenů dosahuje 70 oC (Třístoličník)

Page 83: Toky sluneční energie v krajině energie v biomase. Příčiny ...static.tot.s9.upgates.com/d/d5e2ad8ab485ce-09-pokorny.pdf · Pevnina je nad mořskou hladinou a gravitací z ní

V živém, vzrostlém lese povrchová teplota

nepřesahuje 36 oC, takový les vyčesává

vodu z mraků.