Ako sucho monitorujeme

Ako sucho monitorujeme

Integrovaný systém pre sledovanie sucha (Monitor sucha) sa zameriava na meteorologické a poľnohospodárske sucho, a to s ohľadom na ich častejší výskyt a na ekonomické dopady pre SR a tiež preto, že sú nutným predpokladom obidvoch kategórií, ktoré nasledujú (hydrologické a socioekonomické sucho).

 Monitor sucha bol vyvinutý v spolupráci Ústavu výskumu globálnej zmeny AV ČR v.v.i. (CzechGlobe) a Mendelovej univerzity v Brne (MENDELU). Vstupné údaje pre výpočty sú na základe zmluvnej spolupráce poskytované Slovenským hydrometeorologickým ústavom (SHMÚ). Monitor sucha predstavuje nástroj, ktorý v sebe kombinuje výsledky pozemných meraní, dynamický model vodnej bilancie a metódy diaľkového prieskumu Zeme. Čo sa týka kvality a rozsahu vstupných údajov, použitých metód, stupňa rozlíšenia a spôsobu overovania celého systému, sa jedná o novú kapitolu v monitoringu sucha na území SR.

_____________________________________________________________________________________

Architektúra Monitoru sucha vychádza z troch základných pilierov a využíva:
 
  • 1) verifikovaný model vodnej bilancie SoilClim, ktorý bol vyvinutý v rámci spoločných projektov medzi tromi zapojenými pracoviskami, ktorý maximálne využíva vstupné údaje z pozemných meraní SHMÚ interpolovaných na 500 m grid. Výpočet berie do úvahy pre každý grid tak isto charakteristiku vegetačného krytu (resp. spôsob využitia územia) s prihliadnutím na aktuálny stupeň vývoja, úroveň sklonu, expozíciu a samozrejme na základné fyzikálne vlastnosti pôdy.
  • 2) Aktuálny stav pôdnej vlhkosti odhadnutý modelom je porovnávaný s 50 ročným dlhodobým priemerom (1961-2010) pôdnej vlhkosti stanoveným pre každý deň, pričom hodnoty sú vyjadrené v jednoduchej 7 stupňovej farebnej škále.
  • 3) Monitoring sucha je na základe predchádzajúcich 2 pilierov doplnený o nezávislú analýzu dopadov sucha na vegetáciu vďaka konfrontácii aktuálnych a archívnych satelitných snímkov stavu vegetácie ( s rozlíšením 250 m) získaných družicami Aqua a Terra – systémom MODIS a spracovaných v spolupráci MENDELU, CzechGlobe a Geografického ústavu Masarykovej univerzity.

____________________________________________________________________________________

Všetky údajové zdroje sú unifikované do jednotného gridového systému a sú uložené a aktualizované na vyhradenom diskovom poli na pracovisku Agrometeorologického observatória

ČHMÚ v Doksanoch. Jadrom systému je dynamický model obsahu vody v pôde - SoilClim (Hlavinka et al., 2010, Trnka et al., 2013). Tento model vychádza z prác Allena et al. (1998 a 2005), obsahuje ale celý rad modifikácíí a úprav tak, aby vyhovoval pre podmienky SR. Súčasná verzia modelu umožňuje odhadnúť hodnotu aktuálnej a referenčnej evapotranspirácie a obsah pôdnej vlhkosti (vlahy) v dvoch vrstvách koreňového profilu pre 11 vegetačných typov. Obsahuje v sebe dynamický rastový a fenologický model. Celý systém bol doteraz úspešne validovaný na 15 lokalitách v strednej Európe (ČR a Rakúsko) a na 12 lokalitách v USA, a to konfrontáciou s údajmi získanými z meraní evapotranspirácie na špičkových lyzimetroch, meraní (na meraniach) Bowenovho pomeru i Eddy Covariance. Validácia bude doplnená o nové stanice Bowenovho pomeru, Eddy Covariance a scintilometrov, ktoré sú súčasťou budovanej meracej siete v rámci CzechGlobe. Pôdny profil je v modeli SoilClim rozdelený do 2 vrstiev pričom vrchná vrstva zahŕňa prvých 40 cm pôdneho profilu (tj. ornica a priľahlá podorničná vrstva) a potom druhá vrstva pôdy od hĺbky 40 cm do maximálnej hĺbky korenenia (maximálne však do 1 metra). Model uvažuje povrchový odtok aj intercepciu (zachytenie) a zohľadňuje dôsledky zmien výšky porastu či albeda povrchu v priebehu sezóny. V rámci charakteristík gridu berie do úvahy vplyv expozície, svahovitosti a zatienenia horizontu na radiačnú bilanciu, zahŕňa odlišný dopad snehových zrážok na vodnú bilanciu a berie do úvahy i možný vply podzemnej vody (na základe dostupných informacií).

Model poskytuje pre každý grid informácie o aktuálnej a referenčnej evpotranpirácii, o obsahu vody v pôde v oboch vrstvách vyjadrenej, buď ako miera nasýtenia pôdneho profilu v %, alebo ako obsah pôdnej vlahy v mm. Finálnym produktom je mapa intenzity sucha, ktorá je pre každý grid stanovená porovnaním aktuálnej hodnoty obsahu pôdnej vlahy v daný deň s distribúciou hodnôt pôdnej vlahy dosiahnutej v období 1961-2010 v časovom úseku ± 10 dní od posudzovaného dátumu. Získaná hodnota potom vyjadruje pravdepodobnosť opakovania daného obsahu pôdnej vlahy v daný deň a je použitá pre priradenie zodpovedajúcej intenzity sucha (S0 – S5) podľa škály uvedenej v Tabuľke 1.

Tabuľka 1: Stupnica intenzity sucha a korešpondujúca farebná škála

Výsledné mapové produkty zahŕňajú najmä mapu intenzity sucha v celej hĺbke pôdneho profilu (Obr. 1) doplnenú o intenzitu sucha vo vrstve 0 až 40 cm a 41 až ~100 cm. Tieto mapy využívajú stupnice definované v Tabuľke 1 a môžu byť podľa potreby doplnené o indikáciu predpokladaných dopadov spôsobených výskytom krátkodobého sucha (K) a dlhodobého pôsobenia deficitu vodnej bilancie (D). Týmito symbolmi sú označované regióny, kde epizóda sucha o intenzite S3 a horšej trvá 1– 3 mesiace v prípade krátkodobého sucha a aspoň 3 mesiace v prípade sucha dlhodobého.

 

Obr. 1. Základná mapa ISSS zachytávajúca intenzitu sucha v profile 0 – 100 cm (alebo do maximálne možnej hĺbky prekorenenia), ktorá je vydávaná každý pondelok do 15:00 h na základe situácie v nedeľu o 7:00 h stredoeuropského času a pomocné mapy pre hĺbky 0-40 a 41-100 cm. Tabuľka v legende zachytáva percento územia nachádzejúceho sa v jednotlivých kategoriách sucha.

Ako dodatočná informácia je potom k dispozícii aj mapa relatívneho nasýtenia pôdneho profilu (Obr. 2) a nasýtenia oboch sledovaných vrstiev pôdy.

Obr. 2. Relatívne nasýtenie pôdneho profilu v povrchovej vrstve, kde 1 = pôda nasýtená na hodnotu poľnej vodnej kapacity a 0 = nulový obsah vody disponibilný pre rastliny. Pomocné mapy zachytávajú stav v povrchovej vrstve (0-40 cm) a v hlbšej vrstve (41-100 cm).

Mapové podklady sú doplnené krátkym komentárom, ktorý striedavo pripravujú jednotliví pracovníci tímu, a to vždy v priebehu pondelňajšieho dopoludnia, pričom aktuálna týždenná mapa odzrkadľuje stav v nedeľu o 7 hodine ráno. Dôležitú úlohu pri posudzovaní dopadov prípadných epizód sucha na vegetáciu majú databázy družicových dát (najmä index normalizovanej odchýlky stavu vegetácie – NDVI) z družíc Aqua a Terra. Hodnoty NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) poskytujú veľmi cennú informáciu o stave vegetácie a môžu byť využité, okrem iného, pre indikáciu miest s fyziologickým stresom (napr. ako dôsledok nedostatku vlahy). Hlavným prínosom družicových snímok je získanie informácie o aktuálnom stave vegetácie na celom území, a to v jednom okamihu a pre každý pixel snímky, čo pochopiteľne pri pozemných pozorovaniach nie je možné, a tak v podstate poskytujú informáciu s vyšším rozlíšením ako konvenčné metódy (Brown et al., 2008). Úzka korelácia medzi hodnotami NDVI a dostupnosti pôdnej vlahy, resp. sucha, bola preukázaná Brownom et al. (2008). Tadesse et al. (2005) demonštroval využiteľnosť NDVI pre strednodobú prognózu vývoja suchých epizód a najmä ich dôsledkov pre vegetáciu. V súčasnej dobe ISSS využíva databázu hodnôt NDVI pokrývajúcu celé obdobie meraní (2000-2013) a slúži na nezávislé overenie priestorovej homogenity ISSS.
Okrem využívania družicových údajov prebieha neustála konfrontácia aktuálneho stavu vodnej bilancie s vlastnými pozemnými meraniami, ktoré uskutočňuje CzechGlobe a MENDELU na vybraných lokalitách. Výsledky sú porovnávané taktiež s výnosmi hlavných poľnohospodárskych plodín.