I. Sekce klimatických analýz a modelování

Vědecká náplň sekce pokrývá široké spektrum témat spojených s výzkumem klimatu a jeho chováním. Zabývá se otázkami analýzy minulého a současného klimatu, dále modelováním klimatu včetně extrémních jevů a dlouhodobých trendů. Využívány jsou rovněž globální a regionální klimatický model a to pro modelování budoucího stavu či rekonstrukce minulého klimatu. Dalším důležitým tématem řešeným v rámci sekce je kvantifikace dopadů změny klimatu na produkci zemědělských plodin spolu s hledáním vhodných strategií pro minimalizaci jejich negativních následků.

Hlavní cíle sekce:

a) vytvoření metodiky modelování klimatických extrémů a trendů klimatických prvků s využitím charakteristik historického klimatu a kvantifikace vztahů mezi atmosférickou cirkulací a přízemními klimatickými prvky,

b) vyvinutí a provozování regionálního klimatického modelu vybaveného pokročilejší generací fyzikálních parametrizací a schopného operovat ve velmi vysokém prostorovém rozlišení a vytvoření nástrojů pro konstrukci lokálních pravděpodobnostních scénářů klimatické změny včetně vlastní konstrukce těchto scénářů změny klimatu,

c) vytvoření regionální prostorové studie vlivu GZK na výnos polních plodin s využitím růstových modelů a vypracování návrhu adaptačních opatření s důrazem na působení sucha, chorob a škůdců.

Vedoucí
prof. Mgr. Ing. Miroslav Trnka, Ph.D.
mirek_trnka@yahoo.com

Adresa
Bělidla 986/4a, 60300 Brno

Zástupce vedoucího pro aplikovaný výzkum
RNDr. Aleš Farda, Ph.D.
farda.a@czechglobe.cz

Adresa
Bělidla 986/4a, 60300 Brno

Zástupce vedoucího pro vzdělávání
prof. RNDr. Petr Dobrovolný, CSc.
dobro@sci.muni.cz

Adresa
Bělidla 986/4a, 60300 Brno

Podřízená oddělení
Oddělení analýzy proměnlivosti a změn klimatu
Oddělení klimatického modelování
Oddělení dopadů změny klimatu na agrosystémy
Oddělení atmosférických toků a dálkového transportu látek

Oddělení analýzy proměnlivosti změn klimatu


Dobrovolný Petr, prof., RNDr., CSc. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Brázdil Rudolf, prof., RNDr., DrSc.
Chromá Kateřina, Mgr., Ph.D.
Dubrovský Martin, RNDr., Ph.D.
Huth Radan, RNDr., DrSc.
Mikšovský Jiří, Mgr., Ph.D.
Pešice Petr, RNDr., Ph.D.
Řezníčková Ladislava, Mgr., Ph.D.

Doktorandi :
Dolák Lukáš, Mgr., Ph.D.
Geletič Jan, Mgr., Ph.D.

 

Poznání současné (pozorované) proměnlivosti klimatu a jeho trendů je zásadní pro pochopení a zpřesnění odhadu změn, které se očekávají na základě simulací klimatických modelů ve formě scénářů klimatické změny v budoucnu. Oddělení se zabývá analýzou proměnlivosti atmosférické cirkulace v euro-atlantské oblasti a přízemních klimatických prvků ve střední Evropě, s důrazem na území ČR, po dobu přístrojových a předpřístrojových pozorování. Důraz je kladen na období od 50. let 20.století, odkdy jsou k dispozici rozsáhlé soubory pozorovaných dat a odkdy výrazně sílí antropogenní vlivy na klima.

Hlavní cíle oddělení:

a) popis klimatických poměrů (teplota, srážky) v předpřístrojovém období průzkumem archivních a přírodních proxy dat,

b) rekonstrukce a analýza hydrometeorologických extrémů a klimatických anomálií v předpřístrojovém období s využitím standardní paleoklimatické metodiky,

c) vyhodnocení vztahů mezi rekonstruovaným klimatem a přírodními klimatotvornými faktory,

d) vývoj metod popisu cirkulace atmosféry pomocí klasifikace cirkulačních polí a jejich vzájemné srovnání,

e) kvantifikace vztahu mezi atmosférickou cirkulací a přízemními klimatickými prvky, s důrazem na teplotu a srážky a na perzistenci cirkulace, a popis časové proměnlivosti tohoto vztahu,

f) popis dlouhodobých změn (trendů) širšího spektra klimatických proměnných na území ČR, včetně jejich závislosti na ročním období,

g) monitoring extrémních hydrometeorologických jevů (přívalové deště, lokální povodně) na výzkumných lokalitách, analýza jejich mezo- a mikrometeorologických příčin,

h) vývoj statistických metod modelování klimatických extrémů v nestacionárním kontextu,

i) odhad dlouhodobých trendů četnosti výskytu, návratových period a intenzity hydrometeorologických extrémů aplikací modelů extrémních hodnot na pozorovaná data.

Pro splnění těchto cílů bude využíváno následujícího klíčového přístrojového vybavení:

V experimentálním povodí Milešovský potok budou instalovány hydrologické stanice, jejichž pomocí budou identifikovány špičkové průtoky a v součinnosti s meteorologickým radarem umístěným na vrcholu Milešovky a měřícími přístroji instalovanými na meteorologickém stožáru umístěném na blízké observatoři Kopisty analyzovány mikrometeorologické podmínky vzniku intenzivních srážek. Pomocí videodistrometru budou analyzovány vlastnosti souborů kapek intenzivních srážek. Vzájemná synergie těchto přístrojů pomůže lépe pochopit procesy vedoucí k extrémním srážkám a následným lokálním povodním a obecně lépe popsat oblačné a srážkotvorné procesy. Pro realizaci statistických výpočtů bude využit výpočetní server.

Oddělení klimatického modelování


Farda Aleš, RNDr., Ph.D. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Lhotka Ondřej, Mgr., Ph.D.
Štěpánek Petr, Mgr., Ph.D.
Zahradníček Pavel, Mgr., Ph.D.

Doktorandi :

Ostatní :
Meitner Jan, Mgr.
Skalák Petr, Mgr.

 

Numerické modely atmosféry, ale například i hydrosféry (světový oceán), kryosféry a biosféry představují v současné době nejsofistikovanější dostupné nástroje použitelné pro modelování klimatu a jeho vývoje. Pro simulace jsou využívány zejména globální klimatické modely, které provádějí své výpočty na vhodně geometricky rozložené síti bodů pokrývající povrch celé planety. Mimořádné nároky na výpočetní sílu superpočítačů ovšem výrazně limitují maximální použitelné rozlišení tohoto typu modelu (v současnosti cca. 1 bod modelu reprezentuje 10 000 km2 zemského povrchu). Pro získání podrobnějších informací je třeba zvolit alternativní metody, jako je například tzv. dynamický downscaling: použití regionálního klimatického modelu ve vysokém rozlišení na výstupy globálního modelu. Tento modelovací systém je používán k rekonstrukci minulého klimatu (historické a paleo-klimatické simulace), výzkumu současného klimatu (re-analýzy a výzkum sezónních pravděpodobnostně-deterministických předpovědí) a projekcím budoucího klimatu na základě předem definovaných scénářů emisí skleníkových plynů. Jednotlivé scénáře vycházejí ze základních socio-ekonomických variant budoucího vývoje lidské společnosti. V rámci výzkumu budoucího klimatu se vědecké aktivity dále zaměřují i na vyčíslení nejistot spojených s jeho projekcemi a studium změn v četnosti a intenzitě extrémních jevů, jakými jsou zejména extrémní srážky, období sucha, vlny veder, mimořádné mrazy a výskyt vichřic.

K hlavním cílům oddělení patří:

a) provozování globálního klimatického modelu ARPÉGE-Climat (CNRM-CM5) vyvíjeného v rámci Météo-France pro provádění simulací minulého klimatu, projekce budoucího klimatu,

b) provozování a vývoj regionálního klimatického modelu ve vysokém rozlišení ALARO-Climate vycházejícího z modelu ALADIN, který bude provozován samostatně ale i v součinnosti s modelem ARPÉGE-Climat,

c) zpracování modelových dat se zaměřením na území ČR a střední Evropy pro potřeby širší vědecké komunity v rámci i mimo centrum excelence CzechGlobe.

Pro splnění těchto cílů bude využívána následující infrastruktura:

a) interní počítačové sítě a databáze Oddělení klimatického modelování.

b) superpočítač, post-processingový systém a zálohovací kapacity poskytované centrem excelence IT4Innovations.

Oddělení dopadů změny klimatu na agrosystémy


Trnka Miroslav, prof., Mgr., Ing., Ph.D. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Bartošová Lenka, Ing., Ph.D.
Büntgen Ulf, Dr., Ph.D.
Fischer Milan, Ing., Ph.D.
Hlavinka Petr, Doc., Ing., Ph.D.
Lukas Vojtěch, Ing., Ph.D.
Pozníková Gabriela, Ing., Ph.D.
Rybníček Michal, doc., Ing., Ph.D.
Žalud Zdeněk, prof., Ing., Ph.D.

Doktorandi :
Hlaváčová Marcela, Ing.
Jurečka František, Ing.
Wimmerová Markéta, Ing.

Ostatní :
Balek Jan, Bc.
Bláhová Monika, Mgr.
Orság Matěj, Ing., Ph.D.
Pohanková Eva, Ing.
Semerádová Daniela, Ing., Ph.D.

 

Změna klimatu přináší potřebu změn v agrosektoru, jejichž projevy lze již v současnosti sledovat v oblasti samotného pěstování konkrétních plodin, jejich zastoupení na orné půdě, ve fenologickém vývoji plodin a škodlivých organismů, přístupu pěstitelů k odrůdové skladbě či změně v technologiích. Stejně tak se prvovýrobci musí vyrovnávat s dopady zvýšené variability klimatu ve smyslu zvýšeného výskytu extrémních meteorologických událostí, z nichž klíčovou roli hraje z ekonomického pohledu výskyt zemědělského sucha. Kromě atmosférických vlivů a genetických vlastností samotné plodiny je nedílnou součástí pěstebního procesu půda a procesy v ní probíhající. Ty jsou zásadně ovlivněné teplotními a vlhkostními poměry, které přímo závisí na energetické bilanci aktivního povrchu a vláhové bilanci dané lokality.

Hlavní cíle oddělení:

Hlavním cílem je posouzení dopadů změny klimatu na pěstování nejvýznamnějších polních plodin, kdy budou sledovány především výnosové hladiny v historických, současných a očekávaných klimatických podmínkách a současně budou formulovány podle jednotlivých oblastí a typů agrosystémů návrhy adaptačních opatření vedoucí ke zmírnění dopadů změny klimatu či k akceleraci dopadů pozitivních. Pro splnění hlavního cíle budou realizovány následující dílčí cíle:

a) stanovení potenciálního a reálného výnosu vybraných polních plodin (především pšenice ozimá a ječmen jarní)

b) sledování fenologického vývoje vybraných plodin a dřevin

c) vymezení ekologické niky vybraných chorob a škůdců

d) provedení analýzy zemědělského sucha a jeho významu v polní produkci

e) posouzení půdního klimatu

f) výzkum změny agroklimatických podmínek pěstování

Klíčová infrastruktura (přístroje, stavby, laboratoře):

Pro dosažení cílů budou využívány systémy měření radiační a energetické bilance, stejně jako teploty a vlhkosti půdy, jak na bodové, tak i prostorové úrovni jako např. štěrbinový scintilometr nebo systém eddy kovariance. Pro založení a vedení polních pokusů bude využito přesných zemědělských strojů jako je maloparcelní sklízecí mlátička či maloparcelní secí stroj. Analýzy půdních vzorků či biomasy budou prováděny ve specializovaných laboratořích.

Oddělení atmosférických toků a dálkového transportu látek


Holoubek Ivan, prof., RNDr., CSc. - vedoucí

Vědečtí pracovníci :
Mbengue Saliou, MSc., Ph.D.
Serfozo Norbert, Ing., Ph.D.
Szabó-Takács Beáta, Dr.
Vítková Gabriela, Mgr., Ph.D.

Doktorandi :
Komínková Kateřina, Mgr.

Ostatní :
Holubová Šmejkalová Adéla, Mgr.

 

Činnost Oddělení atmosférických toků a dálkového transportu látek je založena na zajištění a využívání měření prováděných na Atmosférické stanici Křešín u Pacova. Ta je realizována jako 250 m vysoká věž s příslušnou infrastrukturou. Stanice nabízí jedinečnou příležitost k environmentálnímu monitoringu a výzkumu díky široké škále měření sledujících velké množství chemických látek, fyzikálních a meteorologických parametrů. Zásadní je kombinace měření pro několik atmosférických programů, zahrnujících zejména skleníkové plyny a dále vybrané znečišťující látky a aerosoly. Důraz je také kladen na zajištění odpovídající kvality dat a jejich toku do několika českých a mezinárodních databází, z nichž je část veřejně přístupná. Důležitým aspektem činnosti oddělení je také technické řešení měření v extrémních podmínkách (vysokých výškách).

Cíle oddělení

Mezi hlavní cíle oddělení vyplývající z členství Ústavu výzkumu globální změny v síti ICOS (www.icos-infrastructure.eu ) patří příspěvek k:
- dlouhodobým měřením koncentrací skleníkových plynů a dynamiky jejich toků,
- dlouhodobým pozorováním potřebným k pochopení současného stavu a předvídání budoucího chování globálního cyklu uhlíku a emisí skleníkových plynů a
- sledování a hodnocení účinnosti sekvestrace uhlíku a/nebo aktivit vedoucích ke snížení emisí skleníkových plynů na globální úrovni, včetně popisu zdrojů a propadů dle geografických oblastí a sektorů činnosti.

Další cíle zahrnují:
- příspěvek ke studiu změn radiační bilance pomocí měření a interpretace optických vlastností atmosférických aerosolů a
- studium časové variability, dálkového transportu a vertikálního gradientu koncentrací charakteristických pro středoevropské pozadí pro vybrané znečišťující látky (rtuť a troposférický ozon).