Akreditační materiály studijního programu B1301 GEOGRAFIE Žádost o rozšíření akreditace bakalářského studijního oboru Geografie o kombinovanou formu studia Studijní opory Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého v Olomouci 2012 Univerzita Palackého v Olomouci
Katedra geografie
POLITICKÁ GEOGRAFIE
(pracovní verze určená k ověření ve výuce)
Miloš Fňukal
„Rozšíření akreditace studia učitelské geografie na PřF UP v Olomouci o kombinovanou formu“
CZ.1.07/2.2.00/18.0014
Vytvořeno jako pracovní verze distanční studijní opory určená k ověření ve výuce.
Obsah
Úvod ................................................................................................................................................................5
Vysvětlivky k ikonám .......................................................................................................................................6
1
2
3
4
5
Teoreticko-metodologické základy předmětu .............................................................................................7
1.1
Obsah a předmět studia politické geografie .......................................................................................7
1.2
Definice politické geografie.................................................................................................................9
1.3
Základní témata politické geografie, její metody ..............................................................................10
1.4
Kde se můžete dozvědět víc? ..........................................................................................................10
Geopolitika ................................................................................................................................................12
2.1
Vymezení geopolitiky........................................................................................................................12
2.2
Klasické geopolitické školy a jejich představitelé .............................................................................13
2.2.1
Německá škola .............................................................................................................................13
2.2.2
Anglosaská škola ..........................................................................................................................15
2.3
Multipolární teorie .............................................................................................................................20
2.4
Nová geopolitika ...............................................................................................................................21
2.5
Kritická geopolitika ............................................................................................................................22
Politická mapa světa .................................................................................................................................23
3.1
Prostorově-politická organizace společnosti ....................................................................................23
3.2
Stát jako základní politický region ....................................................................................................24
3.2.1
Státní moc.....................................................................................................................................25
3.2.2
Státní suverenita, nezávislé státy .................................................................................................27
3.2.3
Kolik je na světě nezávislých států? .............................................................................................28
3.2.4
Závislá území................................................................................................................................30
3.2.5
Mezinárodní území .......................................................................................................................31
Státní území ..............................................................................................................................................33
4.1
Části státního území .........................................................................................................................33
4.2
Nároky pobřežních států na moře ....................................................................................................34
4.3
Zvláštní součásti státního území ......................................................................................................37
4.4
Státní území de iure a de facto.........................................................................................................37
4.5
Vlastnosti státního území .................................................................................................................38
4.6
Způsoby zisku a ztráty státního území .............................................................................................42
Státní hranice ............................................................................................................................................45
5.1
Definice státní hranice ......................................................................................................................45
5.2
Stanovení hranic ...............................................................................................................................46
5.2.1
6
Zásady vytyčování hranic .............................................................................................................47
5.3
Výzkum hranic v politické geografii ..................................................................................................47
5.4
Typologie hranic ...............................................................................................................................47
Formy a typologie států .............................................................................................................................50
6.1
Historické formy států ...................................................................................................................... 50
6.2
Republiky a monarchie .................................................................................................................... 50
6.2.1
Monarchie .................................................................................................................................... 51
6.2.2
Republiky ..................................................................................................................................... 52
6.3
6.3.1
Unitární státy ................................................................................................................................ 54
6.3.2
Složené státy ............................................................................................................................... 57
6.4
7
8
9
Unitární a složené státy ................................................................................................................... 54
Ideologické typologie států .............................................................................................................. 59
6.4.1
Aristotelovo členění států ............................................................................................................. 59
6.4.2
Demokracie a totalita ................................................................................................................... 59
Administrativní členění států..................................................................................................................... 62
7.1
Administrativní členění států ............................................................................................................ 62
7.2
Administrativní členění České republiky .......................................................................................... 63
7.2.1
Obce............................................................................................................................................. 63
7.2.2
Kraje ............................................................................................................................................. 67
7.2.3
Další administrativní územní jednotky ......................................................................................... 68
7.2.4
Statistické jednotky EU NUTS ..................................................................................................... 68
7.2.5
Další statistické jednotky.............................................................................................................. 69
Národní identita a nacionalismus ............................................................................................................. 71
8.1
Národ ............................................................................................................................................... 71
8.2
Vztah národa a státu ........................................................................................................................ 73
8.3
Nacionalismus.................................................................................................................................. 73
8.4
Právo národů na sebeurčení ........................................................................................................... 76
Geografie voleb ........................................................................................................................................ 78
9.1
Definice voleb .................................................................................................................................. 78
9.2
Druhy voleb ...................................................................................................................................... 78
9.3
Volební právo a volební systém....................................................................................................... 79
9.3.1
Většinový volební systém ............................................................................................................ 80
9.3.2
Volební systém poměrného zastoupení ...................................................................................... 81
9.3.3
Smíšené volební systémy ............................................................................................................ 82
9.4
Volební geografie ............................................................................................................................. 83
9.4.1
Podmíněnost hlasování ............................................................................................................... 83
9.4.2
Geografické vlivy na hlasování .................................................................................................... 84
9.4.3
Vlivy vymezení volebních obvodů a způsobu přepočtu hlasů ..................................................... 84
Závěr ............................................................................................................................................................ 87
Použité zdroje............................................................................................................................................... 88
Profil autora .................................................................................................................................................. 89
Úvod
Vážení studenti, do rukou se Vám dostává pracovní verze studijního textu Politická geografie. Tento text je
vytvořen v souladu se zásadami pro tvorbu distančních studijních opor, proto má možná pro Vás poněkud
nezvyklou formu. V budoucnosti by měl sloužit Vašim kolegům z připravované kombinované formy studijního
oboru Geografie. Cílem pracovníků katedry geografie je zpracovat pro ně studijní opory tak, aby i ve
specifických podmínkách „domácí přípravy“ kombinované se sobotními tutoriály získali stejnou sumu
znalostí jako Vy, účastníci prezenčního studia. Na rozdíl od Vás budou tito Vaši kolegové studovat při
zaměstnání, a tudíž budou mít jen omezené možnosti konzultovat nejasné nebo obtížně srozumitelné
pasáže textu. Budeme Vám proto vděčni, když autory této studijní opory na taková místa upozorníte.
Přípravu distanční formy studijního oboru Geografie zajišťuje projektový tým Operačního projektu Vzdělání
pro konkurenceschopnost – CZ.1.07/2.2.00/18.0014 „Rozšíření akreditace studia učitelské geografie na PřF
UP v Olomouci o kombinovanou formu“, do kterého je zapojena většina členů katedry geografie, mj. všichni
vyučující. Z prostředků projektu je hrazena zejména příprava studijních opor. Ty jsou postupně
zpracovávány podle jednotné metodiky tak, aby byly během akademického roku 2012–13 ověřeny ve výuce.
Jejich definitivní verze budou recenzovány jak z odborného, tak didaktického hlediska.
Vysvětlivky k ikonám
Průvodce studiem
Prostřednictvím průvodce studiem k vám promlouvá autor textu. V průběhu
četby vás upozorňuje na důležité pasáže, nabízí vám metodickou pomoc a
nebo předává důležitou vstupní informaci ke studiu kapitoly.
Příklad
Příklad objasňuje probírané učivo, případně propojuje získané znalosti
s ukázkou jejich praktické aplikace.
Úkoly
Pod ikonou úkoly najdete dva druhy úkolů. Buď vás autor vybídne k tomu,
abyste se pod nějakou otázkou zamysleli a uvedli svůj vlastní názor na
položenou otázku, nebo vám zadá úkol, kterým prověřuje získané znalosti.
Správné řešení zpravidla najdete přímo v textu.
Pro zájemce
Část pro zájemce je určena těm z vás, kteří máte zájem o hlubší studium dané
problematiky. Najdete zde i odkazy na doplňující literaturu. Pasáže i úkoly jsou
zcela dobrovolné.
Řešení
V řešení můžete zkontrolovat správnost své odpovědi na konkrétní úkol nebo
v něm najdete řešení konkrétního testu. Váže se na konkrétní úkoly, testy!
Nenajdete zde databázi správných odpovědí na všechny úkoly a testy v textu!
Shrnutí
Ve shrnutí si zopakujete klíčové body probírané látky. Zjistíte, co je pokládáno
za důležité. Pokud shledáte, že některému úseku nerozumíte, nebo jste učivo
špatně pochopili, vraťte se na příslušnou pasáž v textu. Shrnutí vám poskytne
rychlou korekci!
Kontrolní otázky a úkoly
Prověřují: do jaké míry jste pochopili text, zapamatovali si podstatné informace
a zda je dokážete aplikovat při řešení problémů. Najdete je na konci každé
kapitoly. Pečlivě si je promyslete. Odpovědi můžete najít ve více či méně skryté
formě přímo v textu. Někdy jsou tyto otázky řešeny na tutoriálech. V případě
nejasností se obraťte na svého tutora.
Pojmy k zapamatování
Najdete je na konci kapitoly. Jde o klíčová slova kapitoly, která byste měli být
schopni vysvětlit. Po prvním prostudování kapitoly si je zkuste nejprve vyplnit
bez nahlédnutí do textu! Teprve pak srovnejte s příslušnými formulacemi
autora. Pojmy slouží nejen k vaší kontrole toho, co jste se naučili, ale můžete je
velmi efektivně využít při závěrečném opakování před testem!
7
1
Teoreticko-metodologické základy
předmětu
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
definovat politickou geografii
vyjmenovat základní témata, kterými se politická geografie zabývá
vyhledat základní politickogeografické učebnice v češtině a slovenštině
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 30 minut.
Průvodce studiem
První kapitolu budeme věnovat definování politické geografie a „vymezení“ jejich
hranic. Nebude to komplikované, i když se dosud političtí geografové na jednotné
definici nedohodli. Zbytek kapitoly budeme věnovat informacím o tom, co vlastně
přesně politická geografie zkoumá a kde lze najít další informace.
1.1 Obsah a předmět studia politické geografie
V předmětu Úvod do studia geografie bude věnována značná pozornost precizní
definici geografie. Nám pro tuto chvíli stačí zopakovat nejběžnější z nich:
„Geografie je věda, která se zabývá diferenciací krajinné sféry v prostoru a čase.“
Nejde při tom jen o popis uspořádání rozličných jevů v našem okolí, případně o
zaznamenání jejich přesunů v předem vymezeném časovém úseku, ale především
o odhalení vzájemných vazeb a podmíněností, o nalezení „důvodů“, proč jsou
uspořádány tak, jak jsou.
„Množina“ objektů a jevů, které jsou v geografií zkoumány z prostorového hlediska,
je velmi široká (neživá příroda, obyvatelstvo, různé lidské aktivity …). Politická
geografie jako dílčí geografická disciplína se takto zajímá o politické jevy a
procesy. Na jedné straně tedy stojí geografické prostředí, na druhé politická
organizace prostoru a v politické geografii půjde především o odhalování a
objasňování toho, jaké mezi nimi existují vazby, resp.:
•
•
jak prostředí ovlivňuje prostorovou dimenzi politiky,
jak politika ovlivňuje prostředí.
Příklad
Jak může politika ovlivnit prostředí si asi umí představit každý. Už jednoduchý
pocit „cizosti“, který zažíváme v zahraničí, je nejen důsledkem jiné kultury a
jazyka, ale i odlišných technických norem, způsobu využití krajiny, odlišných
způsobů plánování dopravních sítí apod., tedy v podstatě politických rozhodnutí.
Ještě zřejmější je vliv politiku na prostor v oblastech, kde bylo politickým
rozhodnutím změněno obyvatelstvo (např. v našem pohraničí) nebo tam, kde
vedle sebe leží města, která díky státním investicím získala nebo ztratila na
ekonomické atraktivitě (např. zastupitelé Chrudimi svého času odmítli, aby přes
jejich město vedlo něco tak nedůvěryhodného, jako je železnice, a proto ji bylo
nutno vést přes tehdy mnohem menší a „zapadlé“ Pardubice).
8
Základním mechanismem politického vlivu na prostor je přitom rozpočtová
politika státu – prostý fakt, že se prostorově přerozdělují daně z míst, kde vznikly,
do míst, kde jsou utraceny.
Jak ale prostředí ovlivňuje politiku? Uveďme si jednoduchý příklad:
Prohlédněte si pozorně mapu výsledků volebního soupeření o post polského
prezidenta v roce 2005. Na mapě vidíte výsledky hlasování v druhém kole, kdy
proti sobě stál konzervativní a „europesimistický“ kandidát Kaczyński (modrá
barva) a liberální a „eurooptimistický“ kandidát Tusk. Podpora obou kandidátů
byla evidentně výrazně koncentrovaná. Jednoduchý rozbor demografické
struktury obyvatelstva (město a venkov, národnosti, zaměstnání, apod.) snadno
ukáže, že liberální kandidát měl výraznější podporu ve městech a v oblastech
obývaných národnostními menšinami:
velká města
Bělorusové
Je ale zřejmé, že na rozhodování voličů mělo vliv ještě něco jiného – ve
venkovském prostoru se totiž volební chování západního a východního Polska
výrazně odlišuje. Situaci snad vysvětlí, pokud do mapy zakreslíme politické
hranice existující před rokem 1914 (plná čára) a v letech 1918–1939 (čárkovaná
čára):
9
Jak je vidět, na rozhodování voličů mají vliv i staré, už téměř století neexistující
hranice, nebo spíše rozdílné politické tradice a „historická zkušenost“ se státem,
kterou měli předci dnešních Poláků na územích patřících před rokem 1918
Německu (západ země), Rusku (střed a severovýchod) a Rakousku
(jihovýchod).
Politická geografie „pracuje“ hlavně se státy a národy. Zjednodušeně bychom
mohli říct, že ji zajímá:
•
•
výzkum všech jevů, jejichž existence nebo rozmístění je závislé na
politických poměrech státu či oblasti (hlavně studium toho, jak toto
rozmístění stát ovlivňuje)
výzkum všech jevů, jejích existence nebo rozmístění je závislé na existenci
národů.
1.2 Definice politické geografie
Nyní uvedeme dvě definice politické geografie od předních českých politických
geografů:
•
•
Politická geografie je dílčí geografická disciplína zabývající se vzájemným
vztahem a působením geografického prostoru s politickými procesy a jevy
v něm (Šindler, 1996).
Politická geografie je chápána jako studium procesů, které vytvářejí národy
a státy ve složitých vazbách a souvislostech s geografickým prostředím
(Gardavský, 1994).
Vedle nich se v literatuře objevuje bezpočet dalších charakteristik, které –
s trochou nadsázky řečeno – mají společné jen to, že je v nich použito slovo
„politický“. Nejasnost definice politické geografie vyplývá z faktu, že je výrazně
interdisciplinární. Prakticky proto nemá vlastní teoretická východiska, ale přebírá je
z politologie a částečně sociologie, historie i ekonomie.
10
Předmětem výzkumů politické geografie jsou především ty části zemského
povrchu, které jsou vymezeny hranicemi a mají určitou organizaci – tedy státy.
Zásadním paradigmatem, které politická geografie řeší, je otázka vlivu státu a jeho
politiky na utváření geografického prostředí (krajinné sféry).
1.3 Základní témata politické geografie, její metody
Typická témata, kterými se zabývají političtí geografové, jsou:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Politická mapa světa a její změny
Poloha státu a její hodnocení
Hranice
Klasifikace států podle nejrůznějších hledisek
Volební geografie
Vývoj organizace prostoru (změny center a periferií a podobně)
Téma závislosti a světového řádu
Vztah mezi státem a národem
Vztah mezi státem a obyvatelstvem (jak se vzájemně ovlivňují)
Globální problémy lidstva (válka a mír, ekologické hrozby, populační
exploze …)
Metodologicky se politická geografie profiluje spíše jako společenská věda,
nejběžnější metodou je hledání podobností forem (homologie) a funkcí (analogie),
resp. klasifikace a vymezení typů politických jednotek (taxonomie, typologie),
případně další metody historie a sociální geografie. Jen v omezené míře se
uplatňuje terénní průzkum.
Postavení politické geografie v současném systému věd není jasně určeno a je
předmětem moha diskuzí. Záleží na konkrétním geografovi, jaký přístup k
vymezení vědy zvolí. Nečastěji je politická geografie považována za jednu ze
součástí socioekonomické geografie. Hlavním důvodem je společný cíl výzkumu –
hledání zákonitostí, vztahů a korelací mezi procesy fyzicko-geografickými a socioekonomicko-geografickými.
1.4 Kde se můžete dozvědět víc?
Zájemci, které některé politicko-geografické téma zaujme hlouběji, mohou pro
podrobnější informace sáhnout k některé „klasické“ učebnici, případně i
k popularizačním příručkám, např.:
•
•
•
•
•
Baar, V., Rumpel, P., Šindler, P. (1996): Politická geografie. Ostravská
univerzita, Ostrava.
Ištok, R. (2003): Politická geografia a geopolitika. Prešovská univerzita,
Prešov.
Šindler, P. (1986): Základy politické geografie. PedF, Ostrava.
Tomeš. J. a kol. (1997): Školní atlas Dnešní svět. Terra, Praha.
Waisová, Š. a kol. (2007): Atlas mezinárodních vztahů. Čeněk, Plzeň.
11
SHRNUTÍ
Politická geografie je dílčí geografická disciplina, která zkoumá zákonitosti
rozložení politických jevů a procesů v prostoru. Svým charakterem jde o hraniční
obor, který má vedle geografie také řadu styčných bodů s politologií, historií a
sociologií. Základní problémy, které politická geografie řeší, jsou: politická mapa
světa a její změny, poloha státu a její hodnocení, hranice, klasifikace států podle
nejrůznějších hledisek, volební geografie, vývoj organizace prostoru (změny center
a periferií a podobně), závislost a světový řád, vztah mezi státem a národem, vztah
mezi státem a obyvatelstvem (jak se vzájemně ovlivňují), globální problémy lidstva
(válka a mír, ekologické hrozby, populační exploze …).
Kontrolní otázky a úkoly
1. Jaký je předmět výzkumu politických geografů? Čím se političtí geografové
zabývají?
2. Jak můžeme jednoduše definovat politickou geografii?
3. Uveďte ze své osobní zkušenosti 3 příklady toho, jak politika ovlivňuje
prostor, ve kterém žijete.
4. Seznamte se s korespondenčními úkoly uveřejněnými na
geomoodle.upol.cz (6 úkolů na semestr) a nezapomeňte je
v požadovaných termínech zaslat tutorovi!
Pojmy k zapamatování
Politická geografie, stát, národ
12
2
Geopolitika
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
hlavní geopolitické teorie
nejvýznamnější geopolitické myslitele i způsob, kterým
uvažování státníků
hlavní užití teorií v praxi
ovlivňovali
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
První kapitolu budeme věnovat definování politické geografie a „vymezení“ jejich
hranic. Nebude to komplikované, i když se dosud političtí geografové na jednotné
definici nedohodli. Zbytek kapitoly budeme věnovat informacím o tom, co vlastně
přesně politická geografie zkoumá a kde lze najít další informace.
2.1 Vymezení geopolitiky
Význam slova „geopolitika“ není ustálen a v různých kontextech může
označovat jednak vědní disciplinu, jednak charakteristický způsob uvažování a
konečně také „praktickou aktivitu“ státu. Ve všech těchto významech geopolitika
využívá a aplikuje teoretické poznatky politické geografie.
Geopolitika jako praktická aktivita státu nebo jiné politické jednotky (např.
integračního seskupení) zahrnuje jednání zaměřené k udržení nebo rozšíření sféry
vlivu a prosazení svých (národních, nadnárodních) zájmů. Ty mohou být vůči
ostatním státům nebo politickým uskupením negativní (získání surovinových
zdrojů, ovládnutí nových trhů na úkor jiných zemí) nebo pozitivní (nastolení míru,
politické a sociální stability aj.).
Geopolitiku jako charakteristický způsob uvažování můžeme vnímat jako
způsob analýzy politických problémů výrazně upřednostňující (zdůrazňující,
hledající) teritoriální souvislosti politických jevů.
Geopolitika jako vědní disciplína bývá chápána jako buď jako obor zabývající se
vztahem mezi politickými jevy a procesy a geografickým prostorem, resp. jako
teoretická koncepce pokoušející se popsat zákonitosti pohybu moci a síly
v prostoru.
Označení „geopolitika“ či „geopolitický“ měnilo své významy i v čase. Poprvé bylo
použito Švédem Rudolfem Kjellénem v roce 1899, kdy jím označil využití
geografických znalostí k určitým cílům státu. Postupem času se ale vlastně stalo
téměř synonymem politické geografie. Za druhé světové války bylo zdiskreditováno
zneužitím německé geopolitiky pro propagační účely nacistického Německa a
prakticky se přestalo používat. Od 70. let se vrací už v dnešním zúženém
významu. V posledních letech jsme pak svědky jistého „nadužívání“ pojmu, který
v běžném, zejména žurnalistickém, jazyce bývá používán i jako synonymum slov
„světová politika“, „velmocenský“ nebo prostě „mocenský“ a občas degraduje na
pomocné slovo bez zřejmého významu zdůrazňující nebo zesilující vlastní tvrzení
(geopolitický je pak totéž, co „důležitý, významný“).
13
Okruh zájmu geopolitiky jako vědní discipliny nám přiblíží několik možných členění
geopolitiky:
•
•
•
Členění geopolitiky
z hlediska prostoru, pro který se aplikuje: vnější geopolitika (zkoumá
vztahy mezi státy) a vnitřní geopolitika (inner geopolitics, zkoumá vztahy
uvnitř státu),
podle prostorového měřítka: globální geopolitika (zkoumá vztahy na
globální úrovni, mezi mezinárodními organizacemi a globálními
velmocemi), makroregionální geopolitika (na úrovni skupin států –
regionální mezinárodní organizace, konfesní společenství), státní
geopolitika (na úrovni státu), regionální a lokální geopolitika (menší územní
celky),
podle formy: praktická geopolitika (slouží k „aplikaci“ geopolitiky při
formulování národních zájmů, identifikaci vnějších hrozeb, reakci na
hrozby, apod.) a akademická geopolitika (slouží k formulování
všeobecných zákonitostí),
2.2 Klasické geopolitické školy a jejich představitelé
Podle základních principů a států, ve kterých tento koncept vznikl, rozlišujeme dvě
základní geopolitické školy – německou a anglosaskou. Německá geopolitika se
zabývala hlavně postavením států ve vztazích se sousedy, státy často přirovnávala
k organizmům (organická teorie státu). Anglosaská geopolitika projevovala menší
zájem o stát, pozornost věnovala hlavně otázce celosvětové mocenské rovnováhy.
2.2.1 Německá škola
Zakladatelem německé školy je Friedrich Ratzel (1844–1904). Ve své práci se
opíral o dvě teorie. Jednou z nich byl geografický determinismus. Ten hlásá, že
charakter socioekonomické geosféry (dokonce i lidské chování) je úzce příčinně
spjat s vlastnostmi fyzickogeografické sféry. Proto můžeme například z vlastností
prostřední odvodit charakter hospodářství, ale i fyzické, psychické a charakterové
vlastnosti obyvatelstva Vlastnosti obyvatelstva se pak odrážejí i v jednotlivých
státech – ty se chovají také podle fyzicko-geografických podmínek. Ratzel vychází
ze specifického středoevropského pojetí prostoru, kdy největší důraz je kladen na
půdu a území. Dále vychází z koncepce sociálního darwinismu. Sociální
darwinisté tvrdí, že teorie přírodního výběru tak, jak ji popsal biolog Charles
Darwin, „platí“ i ve vztazích v lidské společnosti (podobně jako v přírodě i ve
společnosti vyhrává „nejsilnější“, probíhá v ní boj o přežití, apod.). Ratzel si všiml,
že státy mají řadu znaků živých organismů (označoval je za agregátní organismy,
které drží pohromadě morální a duchovní síly) a z toho odvodil, že i jejich vztahy
se řídí principy přírodního výběru. Podle Ratzela mezi nimi dochází k neustálému
boji o přežití. Kontrola nad územím a jeho neustálé rozšiřování jsou těmi
nejdůležitějšími úkoly státu (podobně jako organismy bojují o přežití, státy bojují o
životní prostor). Každý „zdravý“ stát se musí vyvíjet – růst a k tomu potřebuje
dostatečný životní prostor. S pojmem Lebensraum – „životní prostor“ v
mezinárodních vztazích se setkáváme právě právě u Ratzela. Cílem růstu státu je
zaujmout na zemském povrchu tak velký prostor, aby mu zajistil bezpečnost před
sousedy. Takové státy mají podle Ratzela rozlohu minimálně 5 mil. km², označuje
je jako reálné velmocí (Weltmacht).
Friedrich Ratzel
14
Rudolf Kjelén
j
Na Ratzela bezprostředně navazuje Švéd Rudolf Kjellén (výslovnost š ellén,
[ɕɛlleːn
ɕɛlleːn]), který stát vnímá jako vyspělý organismus vyššího řádu, smyslově
rozumnou bytost („tělo“ je území, „duše“ je obyvatelstvo). Podle něj je stát politicky
účelným organismem, nikoliv nějakým uskupením, které usiluje o dodržování práva
či spravedlnosti mezi obyvateli navzájem. Cílem státu je boj o moc s ostatními
státy, konflikty jsou proto nevyhnutelné. Protože jsou války „přírodním“ důsledkem
faktu, že státy jsou organismy, jde o přirozené procesy, které nelze odsuzovat
z morálních pozic. Války jsou dokonce nástroje pokroku lidstva, které vyřazují
z boje o moc zestárlé a nemocné státy. Díky této koncepci jsou státy konkurenty o
přežití a o vštěpení světu své národní ideje. Toho jsou ale schopny pouze velmoci.
Státy podléhají biologickým procesům (růst, stáří, choroby), liší se i „stářím“ a
perspektivami rozvoje. To na začátku 20. století hodnotí tak, že je klade do fází
dne. Na úsvitu se probouzí Japonsko, Německo a USA jsou v dopoledních
hodinách, Anglie a Rusko v pravém poledni, Francie v předvečer a RakouskoUhersko před soumrakem.
Karl Haushofer
Vrchol i úpadek německé školy spojuje ve své osobě Karl Haushofer. Ve svých
pracích čerpá z myšlenek Ratzela (Lebensraum), Kjelléna (stát jako biologický a
politicky samoúčelný organismus) a Mackindera (rozdělení světa do mocenských
regionů – bude probráno později). Dochází k přesvědčení, že životního prostoru
není „dost pro všechny“. Zdravé „dynamické národy“ početně rostou a nutně
potřebují k svému rozvoji nový životní prostor, naopak příznakem úpadku
„statických národů“ za vrcholem demografického rozvoje je ztráta vůle expandovat.
Státní hranice jsou podle něj permanentním bojovým polem, místem, kde národy
„osvědčují svoji zdatnost“. Dochází k přesvědčení, že tehdejší velmoci, musí svou
expanzivní politikou ovládnout jim „svěřená“ teritoria. Vládnutí nespočívá pouze v
ekonomické dominanci, ale také v dominanci politické a ideologické.
Svět se podle Haushofera dělí do 4 panregionů:
•
•
•
•
Pan-Amerika (s vedoucím státem USA)
Euro-Afrika (Německo)
Pan-Rusko (Rusko)
Dálněvýchodní sféra (Japonsko)
Panregiony chápe jako transkontinentální bloky spojené ekonomicky (jsou
hospodářsky soběstačné, nezávislé na ostatních panregionech) i ideologicky
(dominují jim společné ideje). Haushofer předpokládal, že státy si konkurují
životním prostorem (pouze) uvnitř panregionů, ne přes jeho hranice (státy
z různých panregionů pak mají bezkonfliktní vztahy). Jádro panregionu leží vždy
na severu, kde mu dominuje jedna světová velmoc, jih pak tvoří hospodářskou i
politickou periferii.
15
Obr. 1 Haushoferovy panregiony
2.2.2 Anglosaská škola
Jak jsme již uvedli, anglosaská geopolitika věnovala pozornost hlavně otázce
celosvětové mocenské rovnováhy. Záhy přišla s tzv. binární koncepcí, podle které
ve světě existují dva základní typy států: země s námořní mocí (základem jejich
armády je námořnictvo) a země se suchozemskou mocí (v jejich armádě převažuje
pozemní vojsko). Mezi námořní a suchozemskou mocí probíhá neustále
soupeření, přičemž státy v rámci své skupiny mají společné zájmy a proto
spolupracují. Tuto dichotomii vidí již ve starověkém konfliktu mezi Řeky a Peršany
a mezi Athéňany a Sparťany. V moderním pojetí je anglosaská politika označována
za geostrategii, tedy jakýsi návod jakým způsobem by se státy měly v zájmu
zachování svých zájmů v mezinárodním prostředí chovat.
Za zakladatele školy je považován americký admirál Alfred T. Mahan (1840–
1914). Ten Alfred T. sice také nahlížel na stát jako na živý organismus, ale
mnohem důležitější je jeho Mahan „bipolární“ pojetí vztahu mezi pevninskou a
námořní mocí. Mahan upozornil na fakt, že světový oceán je vysoce strategickým
polem pro ekonomický a následně i politický rozmach státu (souvislá a
nepřerušovaná plocha, která umožňuje jednotný celosvětový systém komunikace).
Pro osudy států je proto kontrola moře zásadní. Mahan v této souvislosti opakuje
slavnou tezi Waltera Raleigha (1552–1618): „Kdo vládne na moři, vládne obchodu,
kdo vládne obchodu, disponuje bohatstvím světa, kdo disponuje bohatstvím světa,
je vládce světa.“ Navíc je podle něj námořní moc v technologické výhodě: díky
moři má rychlejší systém komunikace a lepší schopnost manévrování než pozemní
vojska.
Podle Mahana jsou hlavními představiteli námořní moci Spojené království a USA,
oba státy jsou oddělené Atlantikem a Tichým oceánem od euroasijské pevniny.
Jedinou myslitelnou a reálnou silou, jakou mohou tuto pevninu ovlivnit, je síla
námořní. Snaží se proto vybudovat silné loďstvo (vojenské i obchodní) a námořní
opěrné body (základny) po celém světě.
Námořní a pozemní moc
Alfred T. Mahan
16
Pozemní moc reprezentuje hlavně Rusko, které má sice poměrné dlouhé pobřeží,
ale přesto je od oceánu izolováno (severní pobřeží je většinu roku zamrzlé,
evropské pobřeží pak blokují úžiny). Dlouhodobým záměrem Ruska je dosáhnout
volného, jižního moře a tím participovat na výhodách námořních mocností. Proti
této snaze se musí postavit ostatní mocnosti, aby tomu zabránili.
Konflikt mezi pozemní a námořní silou se proto projevuje nejvíce konflikty v tzv.
pásu nestability, protínajícím mezi 30° a 40° s. š. Asii. Území na sever od pásu
kontroluje Rusko, jižně od něj Spojené království a USA. Dle Mahana do pásu
nestability patří Suez, Palestina, Turecko, Mezopotámie, velká část Persie,
Afghánistán, Pamír a oblast kolem řeky Jang-c' Ťiang (Yángz Jiāng) / Čchang
Ťiang (Cháng Jiāng).
Mahanovu bipolární teorii dále rozvíjejí Halford J. Mackinder, Nikolas J. Spykman,
Donald W. Meinig a Colin S. Gray.
Halford J. Mackinder
Mackinderovo
„vnímání světa“
Brit Halford J. Mackinder (1861–1947) publikoval své geopolitické úvahy na
začátku 20. století. Koncepčně vycházel z Mahanových prací, zdroj moci ale již
neviděl v námořní síle, nýbrž v pozemním prostoru. Během 19. století se totiž
bouřlivě rozvíjela železnice, takže pozemní doprava už rychlostí a operativností
nezaostávala za námořní. Tím se podle Mackindera zbavila pozemní moc jednoho
ze svých hlavních handicapů. Poměr sil námořní a pozemní moci se podle
Mackindera v historii mění, do 1492 převažovala pozemní moc (kočovníci z Asie),
od velkých námořních objevů do 19. století (v tzv. „Kolumbově éře“) převažovala
moc námořní, 20. století je pak obdobím dominance pozemní moci. Je také třeba
podotknout, že na rozdíl od doby Mahana, který zažil USA a Británii ve fází
výrazného vrcholného mocenského rozmachu, Mackinder ve svých pracích
zohlednil již poněkud slábnoucí moc Britského impéria ve světě a mocenský
vzestup „pozemních mocností“ Německa a Ruska.
Mackinder identifikuje na zeměkouli 3 velké celky:
•
•
•
Světový ostrov (World Island) – souvislý kus pevniny (Evropa, Asie a
Afrika) kde žije většina obyvatel a tam se formují dějiny,
Světový oceán (World Ocean) – soubor všech moří na Zemi a
ostrovy ve Světovém oceánu (Amerika, Austrálie, Británie, Japonsko …)
– jakási oceánská periférie, která bude aktivně přispívat do historie až v
(blízké) budoucnosti.
V rámci Světového ostrova si všímá rozlehlosti ruského impéria a nedostupností
jeho vnitrozemských oblastí, které jsou pro Rusko zdrojem síly. V těchto oblastech
nemá podle něj námořní moc žádný vliv (je pro ni nedostupná), neboť všechny
řeky z této oblasti tečou do zamrzajícího Severního ledového oceánu, nebo do
vnitřních moří a jezer. Oblasti střední Asie označil dokonce za „pivotní oblast
dějin“.
17
Po první světové válce Mackinder vymezil na pevnině 3 oblasti podle míry
dominance pozemní a námořní síly:
•
•
•
Heartland je rozšířená pivotní oblast (vedle bezodtokých oblastí Střední
Asie a úmoří Severního ledového oceánu i povodí Baltského a Černého
moře a severní čínské a indické toky). Heartland vnímá jako vnitrozemí
Světového ostrova bez přístupu k nezamrzajícím mořím, jednoznačnou
sféru dominance pozemních mocností. K čistě geografickým
charakteristikám přidává také charakteristiky ekonomické – země
Heartlandu mají obrovský přírodní potenciál – zásoby surovin, úrodnou
půdu a díky železnici také možnost jejich efektivní přepravy. Díky těmto
skutečnostem vládce Heartlandu dominuje celému světu, je také trvalým
zdrojem expanze do oblastí s lepšími podmínkami pro vznik velkých
civilizací (Čína, Indie, Evropa, Blízký Východ). Ale Mackinder sám
neztotožňoval Heartland s Ruskem. Rusko sice v té době Heartlandu
dominovalo, ale tak tomu být nemusí vždy. Mezi vládci Heartlandu
nicméně Mackinder vidí jistou mocenskou kontinuitu (mongolská říše,
Rusko, SSSR)
Vnitřní půlměsíc přiléhá k Heartlandu. Jde o oblast aktivního soupeření
pozemních a námořních sil, patří do ní hlavně Německo, tehdejší země
Rakouska-Uherska a Osmanské říše, Indie a Čína.
Vnější půlměsícem je od vnitřního půlměsíce oddělen mořem nebo
pouští, proto je nedostupný pro pozemní mocnosti a je jednoznačnou
sférou námořní moci. Do vnějšího půlměsíce byly řazeny zejména Velká
Británie, Subsaharská Afrika, Japonsko, Austrálie a Amerika.
Pokud by se podařilo „pozemní“ mocnosti z Heartlandu ovládnout část Vnitřního
půlměsíce (a tím se dostat na pobřeží Světového oceánu), získala by tato mocnost
absolutní dominanci nad světem. K tomu by mohlo dojít dvěma způsoby: buď
zevnitř (Rusko by ovládlo část Vnitřního půlměsíce, např. Indii, nebo Východní
Evropu), nebo zvnějšku (některý ze států Vnitřního půlměsíce –
nejpravděpodobněji Německo – by ovládl Rusko). Mackinder proto vidí jako klíčový
vztah mezi západní částí Heartlandu a střední Evropou. Známý je jeho výrok: „Kdo
vládne východní Evropě, ovládá Heartland. Kdo vládne Heartlandu, ovládá
Světový ostrov. Kdo vládne Světovému ostrovu, ovládá svět.“ Proto i na základě
tohoto Mackinderova axiomu měly po 1. světové válce vítězné mocnosti snahu
zabránit případnému spojenectví Ruska a Německa vytvořením „nárazníkového“
pásma v podobě mnoha menších vzájemně znepřátelených (a proto spojenecké
svazky se Západem hledajících) států ve střední a východní Evropě.
18
Obr. 2 Mackinderova teorie Heartlandu
Mezi dvěma světovými válkami Mackinder přišel s novým pohledem na vzájemný
poměr námořní a pozemní síly. Vytvořila se podle něj rovnováha sil mezi dvěma
mocenskými póly, které tvoří:
•
•
Ameroevropa neboli Úmoří Vnitrozemského oceánu, tj. úmoří
Severního Atlantiku, který přestal být dopravní překážkou a na jehož
březích se rozkládá prostor života západní civilizace (dominují ji USA,
Francie, Británie)
Heartland (ovládá ho SSSR).
Vzhledem k tomu, že mezi Amerevropou a Heartlandem existuje faktická
rovnováha sil, mohou se mezi nimi vytvořit nekonfliktní vztahy a dokonce mohou
spolupracovat proti silám, které se tuto rovnováhu snaží narušit (např. proti
Německu během 2. světové války).
Nikolas J. Spykman
Nikolas J. Spykman (1893–1943) úzce navazuje na práci Mackindera, ale udržuje
spíše realistický pohled na vztahy mezi západem a východem, od kterého se
Mackinder ve svých posledních dílech odklonil. Spykman se soustředil hlavně na
pohyb moci a síly v geografickém prostoru a snažil se dokázat, že geografický
prostor je základní determinantou pro utváření zahraniční politiky státu. Základní
jednotkou jsou sice v mezinárodních vztazích státy, ale skutečnými „geopolitickými
hráči“ jsou podle něj pouze velmoci. Malé státy mají podřízené postavení, z
hlediska velmocí: „představují vakuum v oblasti vysokého politického tlaku. Jejich
život není dán jejich silou, ale tím, že nikdo neusiluje o jejich území, nebo tím, že
mají být uchovány jako nárazníkové státy či jako závaží v mocenské rovnováze
zájmů silných národů. Když tato rovnováha zmizí, malé státy obvykle zmizí s ní…“
Spykman dělí svět obdobně jako Mackindera na 3 zóny:
•
•
•
Heartland (vnitrozemí Eurasie)
Rimland (pásmo izolující Heartland od nezamrzajících moří, územně
totožný s Mackinderovým vnitřním půlměsícem)
Vnější ostrovy a kontinenty (Offshore Islands and Continents)
19
Na rozdíl od Mackindera ale klade mocenský zdroj do Rimlandu, pásu
obklopujícího Heartland. Do něj patří celá Evropa mimo Británie, Blízký východ,
indický subkontinent a Dálný východ. Tato oblast leží mezi mocí mořskou a
pevninskou mocí a její ovládnutí jednou mocností by znamenalo zásadní posun ke
globální dominanci. Proto jeho závěr zní: „Kdo kontroluje Rimland, ovládá Eurasii,
kdo ovládá Eurasii, kontroluje osudy světa.“ USA jsou podle Spykmana ostrovem
ve Světovém oceánu, tento ostrov ale není izolovaný. Pro obranu USA je klíčové
zabezpečení dvou částí Eurasie, které leží nejblíže k území USA: Dálného
východu a Evropy. Mocenské postavení USA by přitom na Dálném Východě
ohrožovalo spojenectví SSSR a Číny, v Evropě pak hlavně její politická integrace.
Spykmanovy teorie se odrazily v zahraniční politice SSSR (který se značně
angažoval ve snaze ovládnout některé státy Rimlandu) a zejména USA, které
naopak považovaly za důležité sovětskému pronikání do Rimlandu (např. garance
obrany Turecka a Řecka, válka v Koreji (1950–1953), válka ve Vietnamu).
Spykmanův vliv se také odrazil v tzv. koncepci zadržování komunismu
(containment) – vytvoření soustavy vojenských paktů namířených proti SSSR
tvořených vždy USA a skupinou spojenců v Rimlandu (NATO, CENTO –
Bagdádský pakt, SEATO – Pakt pro jihovýchodní Asii).
Profesor Utažské univerzity Donald W. Meinig v roce 1956 přichází s kritikou
Mackinderových i Spykmanových teorií. Domnívá se, že chápání Heartlandu a
Rimlandu jako čistě prostorových kategorií je chybné. Prostor je sice důležitý
činitel, není jej ale možné používat bez současné analýzy kulturních charakteristik,
které utvářejí charakter jednotlivých národů a států. Tyto charakteristiky jsou
dynamické v čase, proto může Rimland inklinovat jak k Heartlandu, tak k moři –
případně inklinaci měnit (např. Čína, ale dokonce i Británie neinklinovala celou
svou historii k moři). Pro zjednodušení bere v úvahu jedno základní kritérium –
vztah k souši, či moři. Toto použil při vymezení světa na pět oblastí:
•
•
•
Heartland, který chápe jako stepní a pouštní oblasti Eurasie, na západě
ho ohraničuje Volhou a Kaspickým mořem, a na severu pásem lesů a na
východě čínskou provincií S'-čchuan (Sìchuān). Heartland je obýván
převážně pevninskými národy, které mají podobné základní znaky –
způsob obživy pastevectví, jednoduché zemědělství. Z této oblasti je
možné šířit tlak na všechny světové strany. Příkladem mu jsou Mongolové,
kteří pronikli až na Moravu. K Heartlandu přiléhají dva pásy:
Vnitřní (Kontinentální) a Vnější (Mořský) Rimland. Nejsou vymezeny
striktně geograficky, ale povahou národů, které zde žijí. Vnitřní Rimland je
obýván suchozemskými národy a vnější „mořskými“. Do této oblasti je
řazen prakticky Spykmanům Rimland, ale do pevninské skupiny patří
například Indie po průniku Britů a Čína. Následným pásem jsou ostrovy
Vnějšího půlměsíce, rozdělené na:
Vnitřní a Vnější ostrovy. Vnitřní ostrovy konvergují k souši a vnější k
moři.
Vzhledem k tomu, že příslušnost zemí k Vnitřnímu nebo Vnějšímu Rimlandu,
případně k Vnitřním nebo Vnějším ostrovům se může měnit, nemá soupeření
pozemní a námořní moci pouze mocenský, ale také kulturní aspekt. Meinig uvádí,
že boj o myšlení a duše lidí je možná důležitější součást geopolitiky než vojenská
síla a doporučuje proto USA nejen „vyvážet vojáky“, ale i vlastní kulturu a způsob
života. Podobně ostatně uvažoval v té době i SSSR (ideologické ovlivňování
rozvojových zemí).
Donald W. Meinig
20
Colin S. Gray
Bipolární směr geopolitiky (geostrategie) završil Colin S. Gray (* 1943), který ve
svých teoriích zohlednil zlepšení vztahů mezi Sovětským svazem a USA z jejichž
vzájemných vztahů vymizel jakýkoliv silový aspekt. Dle něj je konflikt mezi pozemní
a námořní mocí „věčným konfliktem“. Heartland ovládaný Ruskem je podle něj
silný hlavně díky velikosti svého prostoru – díky němu má dostatek času na
konsolidaci své síly v případě útoku (např. útok Napoleona v roce 1812, Hitlera
v roce 1941). Dominance Heartlandu se projevuje pouze západním směrem, neboť
na východě se mu vytvořil silný konkurent v podobě Číny. Hlavní zájem má
Heartland podle Graye o oblast Perského zálivu.
Hlavní problém USA vidí v jejich nezájmu angažovat se ve světě s odvoláním na
geografickou vzdálenost. Gray tvrdí, že mezinárodní vztahy – respektive ochota
angažovat se – nejsou formulovány na základě normálních, ale podle „mentálních“
map. Důležitost oblasti v představách politiků klesá přímo úměrně se vzdáleností
od jejich země, i když mají reálnou schopnost použít sílu i v odlehlé oblasti.
Podporuje také doktrínu zadržování komunismu ve světě, od které americká
administrativa začala po období tání ustupovat.
2.3 Multipolární teorie
Saul B. Cohen
Hlavním představitelem multiporálních geopolitických teorií je Saul B. Cohen,
který ve svých teoriích reagoval na vývoj v 60. letech 20. století, kdy rostly rozpory
v západním i východním bloku (SSSR – Čína) a začaly se množit regionální
konflikty „mimo pravidlo“ bipolárně rozděleného světa.
Odmítl striktně bipolární chápání světa i představu, že svět tvoří jakousi
„geopolitickou jednotu.“ Podle něj má naopak podobu soustavy navzájem
odlišných a ovlivňujících se makroregionů. Ty se vytvářejí na dvou hierarchických
úrovních: celosvětové (geostrategické regiony) a regionální (geopolitické regiony).
Teorie geopolitických
a geostrategických
regionů
Geostrategické regiony jsou dva, odpovídají mocenským sférám vlivu USA a
SSSR, resp. tradičnímu dělení na Východ a Západ (resp. pozemní a námořní moc)
a jsou značně nejednotné. Geopolitické regiony jsou pak menší jednotky, které
jsou (až na Jižní Asii) mocensky podřízeny regionům geostrategickým, jsou
relativně politicky, kulturně i hospodářsky jednotné. V jejich rámci se projevují
integrační tendence.
Tab. 1 Cohenovy geostrategické a geopolitické regiony
Geostrategický region
Přímořský svět závislý na obchodu
(Trade Dependent Maritime World)
Eurasijský kontinentální svět (Eurasian
Continental World)
(mimo geostrategické regiony)
Geopolitické regiony
Angloamerika a Karibik
Jižní Amerika
Přímořská Evropa a Maghreb
Subsaharská Afrika
Ostrovní Asie a Oceánie
Heartland s východní Evropou
Východní Asie
Jižní Asie
21
Vedle Jižní Asie, která leží mimo oba geostrategické regiony a je potenciálně
jádrem třetího geostrategického regionu, leží podle Cohenova členění ještě 2
území: Jihovýchodní Asie a Střední Východ. Ta neklasifikuje jako geopolitické
regiony, ale jako „pásma otřesu“, protože jsou politicky fragmentovaná a
nestabilní, bez tendencí k integraci. O obě pásma otřesu mají zájem USA i SSSR
jako vedoucí státy geostrategických regionů a vlastně pouze v nich probíhá jejich
soupeření, příslušnost ostatních oblastí není sporná. Vzhledem k tomu je pro
obranu USA nutné udržování mocenských pozic pouze na těchto místech, nikoliv v
celém Rimlandu.
Obr. 3 Cohenovy geostrategické a geopolitické regiony (verze 1982)
Svoji teorii Conen několikrát revidoval. Poprvé v roce 1982, kdy pod vlivem růstu
intenzity konfliktů v Africe přehodnotil Subsaharskou Afriku na třetí pásmo otřesu.
Další novinkou byla teze o pěti světových velmocích, za které považoval USA,
SSSR, Čínu, Japonsko a sjednocující se západní Evropu. Každá z velmocí si pak
podle něj vytváří vlastní sféru vlivu v rámci příslušného geostrategického regionu.
Vedle nich uvádí i 27 mocností „druhého řádu“ (např. Austrálie, Brazílie, Nigérie,
Polsko) a tvrdí, že i další země jsou ve vzájemných hierarchických vztazích nad- a
podřízenosti, existují státy „třetího“, „čtvrtého“ i „pátého“ řádu. Tehdejší
Československo klasifikoval jako stát třetího řádu.
Revize v roce 1991 reagovala na situaci po faktickém zhroucení východního bloku
a poměrně přesně odhadla následující vývoj. Východní Evropu v této revizi Cohen
označil za přechodový region mezi oběma geostrategickými regiony, který se
v budoucnosti buď jako celek připojí k západu, nebo si jeho východní část ponechá
orientaci na Heartland. Z pásem otřesu zůstalo podle Cohena aktivní už jen jedno
– Střední Východ. Afrika se stabilizuje na běžný geopolitický region a Jihovýchodní
Asie byla rozdělena mezi přilehlé sousední geopolitické regiony.
2.4 Nová geopolitika
S kritikou klasických směrů přicházejí již v 60. letech 20. století manželé
Sproutovi. Ti vytýkají „starým směrům“ dva aspekty: přílišnou orientaci na
geografický prostor a geografický determinismus. Tyto dva základní pilíře „staré“
geopolitiky nahrazují posibilistickým přístupem. Jeho základem je teorie
environmentální triády. Ta je tvořena subjektem, okolím subjektu a jejich funkčním
vztahem. Geografický determinismus je pouze jedním z faktorů, kterým okolí
subjektu ovlivňuje subjekt samotný. Existuje však obrovský počet všech dalších
faktorů, který subjekt ovlivňují. Rovněž subjekt sám nutně ovlivňuje své okolí, ale
pouze v intencích, které mu toto okolí umožní. Na tyto koncepce navazují např.
Harvey Starr, John O´Loughlin a další.
22
Většinou zdůrazňují významu subjektů, aktérů (lidské aktivity), odmítají geografický
determinismus. Svět chápou jako pestrou mozaiku heterogenních regionů.
2.5 Kritická geopolitika
Jako kritická geopolitika se neoznačuje žádná ucelená teorie, ale směr, který
poukazuje na problémy, které geopolitika přináší do mezinárodních vztahů.
Představiteli jsou Richard Ashley (odmítá universalismus mezinárodních vztahů,
zdůrazňuje jedinečnost, originalitu), Simon Dalby a hlavně Gearóid Ó Tuathail
(Gerard Toal). Ó Tuathail se snaží ukazovat na nebezpečí geopolitiky, která není
pouze vědou, ale hlavně metodou, která dává vládcům právo organizovat,
okupovat a spravovat prostor. Zjednodušeně řečeno, teoretikové se všemožně
snažili své teorie přivést do praxe a právě v tomto je geopolitika problematickou
vědeckou disciplínou. Mackinderovy názory, rozdělení světa a vztahy mezi
oblastmi hodnotí jako „racionalistický pohled imperialisty, který chce eliminovat
nejasnost, nahodilost a chaos mezinárodních vztahů“. Kritickou geopolitiku vidí
spíše jako snahu o změnu v uvažování, o změnu metod a o zabránění
zjednodušujícím tendencím klasické geopolitiky. Dále se ve svých pracích pokouší
vyhýbat národnímu subjektivismu a zařadit se tak svým „nadnárodním“ úhlem
pohledu do metodického přístupu, který vyžaduje současná geopolitika.
SHRNUTÍ
Geopolitika je chápana buď jako věda, která studuje zákonitosti a vliv
geografického prostředí na politické struktury nebo je to věda která studuje pohyb
moci v prostoru. Anglosaská škola ji navíc ale chápe jako geostrategii, návod pro
státy jak by se v zájmu naplnění svých zájmů měly chovat. Německá škola zase
dala státům nástroj a ospravedlnění pro „přirozenou“, expanzionistickou politiku v
mezinárodních vztazích. Postupně vznikají i jiné politiky, které jsou založeny na
jiných základech než je pojetí moci, teritoria a síly státu a přinášejí do geopolitiky
sociální a kulturní aspekty.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Popište geopolitiku jako vědeckou disciplínu – z jakých základů čerpá, v
jaké době vznikla a jak se vyvíjela.
2. Jaké jsou východiska německé geopolitiky, jaký byl její vývoj, hlavní
představitelé.?
3. Jaká jsou východiska anglosaské geopolitiky, její vývoj, hlavní
představitelé?
4. Uveďte základní kritiku jednotlivých škol geopolitiky
Pojmy k zapamatování
pozemní a námoří moc, Heartland, Rimland, Eurasie, Mahan, Ratzel, Mackinder,
Cohen, geopolitika, moc, území
23
3
Politická mapa světa
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
vyjmenovat typy územních útvarů na politické mapě světa
vysvětlit znaky nezávislých států i obtíže se zařazením některých z nich
odlišit pojmy kolonie, nesamosprávné území a závislé území
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Politické mapy jsou součástí každého atlasu a setkáváme se s nimi prakticky
denně. V této kapitole se budeme věnovat hlubšímu rozboru toho, jaké politickoúzemní útvary na ní můžeme najít, jaké znaky musí splňovat nezávislé státy a
které části zeměkoule jsou „mezinárodní“.
3.1 Prostorově-politická organizace společnosti
Za prostorově-politické systémy se označují objektivně vzájemně spjaté elementy
politické sféry společnosti ve vymezeném teritoriu. Z hlediska geografického lze
považovat za prostorové vyjádření politických systémů tzv. politické regiony.
Politické regiony jsou základní prostorovou jednotku a objektem zkoumání politické
geografie.
Existují dva typy prostorově-politických systémů:
•
•
Systémy de iure (institucionalizované) – fungují v hranicích vymezených
právními akty a zpravidla mají nějaké centrální politické orgány (např. stát,
okres, obec, autonomní republika, volební obvod).
Systémy de facto (neinstitucionalizované) – hranice jejich působení
není stanovena žádnými formálními právními akty a zpravidla nemají
orgány politického řízení. Geograficky nemají podobu homogenního
regionu (jako systémy de iure), ale nodálního regionu s jádrem a periférií
(např. kulturní regiony, oblasti aktivit separatistických hnutí, světové
politické regiony).
Politické regiony zpravidla mají hierarchickou strukturu. Nejnižší jednotkou je
primární administrativní jednotka (obec), dále pokračujeme přes jednotky územněsprávního členění a stát ke společenství států.
Politický region je výsledkem úsilí člověka o politickou organizaci prostoru. Pro
jednotlivce představuje politickou organizaci prostoru dům a rodinný pozemek, pro
rod rodové teritorium, pro kmen kmenové teritorium a pro národ národní teritorium.
Z výše uvedeného je zřejmé, že důležitým prvkem politických regionů je také jistá
forma sociálního pouta mezi obyvateli politického regionu. Někteří autoři v této
souvislosti používají označení tohoto sociálního pouta jako „politického
společenství“. Důležitým jevem při vytváření politických regionů je také vytvoření
centrálního střediska, ve kterém se koncentrují politické aktivity komunity na
daném území.
24
3.2 Stát jako základní politický region
Termín stát se používá zcela běžně a jeho působení se v našich životech odráží
každodenně. Formální definice říká, že „stát je taková institucionalizovaná forma
společenského života na určitém území, která prostřednictvím všeobecně
závazných pravidel chování, za kterými stojí jeho mocenské autorita, působí na
společenské vztahy“. Co to ale v praxi znamená?
•
•
•
stát je forma společenského života – tj. určitá organizace vztahů mezi
lidmi, nezbytným předpokladem státu je tedy obyvatelstvo
zmíněná forma společenského života má instituce – čili vztahy mezi lidmi
nejsou organizovány na základě (pouhých) obecných pravidel, ale pomocí
„úřadů“, které mohou určovat pro všechny závazná pravidla a které mají
právo plnění těchto pravidel vynucovat silou – stát má tedy státní moc,
jde o formu společenského života na konkrétním území, čili každý stát
musí mít nějaké území.
Každý stát má tedy několik charakteristických znaků. Základními jsou: státní území
omezené státními hranicemi, trvale sídlící obyvatelstvo, státní moc. Současná
geografie se zabývá především státním územím, vymezováním státních hranic a
charakteristikami obyvatelstva. Politický systém zkoumají především politické vědy
(politologie) a ekonomický systém je předmětem zájmu ekonomů (ekonomie).
Stát je základním typem politického regionu. Vyskytují se názory, že státy jsou
dokonce „jediný reálně existující region“ vůbec. Stát je hlavním fenoménem, který
určuje průběh a výsledky ekonomických, politických, sociálních, ekologických a
jiných procesů, které jsou v rámci jeho prostorového vymezení uzavřené. Stát je
hlavním předmětem studia politické geografie.
K označení států slouží řada symbolů: název státu, hlava státu (osoba, která
„zastupuje stát navenek“), státní vlajka, státní znak, hymna. Tyto symboly neslouží
jen k odlišení států navzájem, ale také k upevnění (případně možnosti vyjádření)
sounáležitosti
obyvatelstva
s
jinak
poměrně
abstraktní
institucí
(„institucionalizovaná forma společenského života“).
Pro zájemce: Co všechno prozradí o státu státní symboly?
Státní symboly v sobě často neobsahují pouze prostou informaci o identitě státu, ale slouží i
k demonstraci politického, ideologického nebo kulturního směřování státu. V oficiálních názvech státu
se zpravidla zdůrazňuje státní forma (Česká republika, Spolková republika Německo), někdy etnická
příslušnost obyvatel (Egyptská arabská republika) či jejich náboženství (Íránská islámská republika),
výjimečně i ideologie (Vietnamská socialistická republika). Podobně volba barev vlajky může vyjadřovat
politické sympatie nebo jazykovou sounáležitost s jinými zeměmi (např. slovanská kombinace bílá –
modrá – červená odvozená z vlajky Ruska, „africké“ barvy žlutá – zelená – červená převzaté z vlajky
Etiopie nebo „arabské“ barvy červená – bílá – černá – zelená kombinující barvy význačných
muslimských dynastií). Protože se prostřednictvím státních symbolů demonstruje vztah obyvatelstva ke
státu, bývají jejich změny vnímány dost emotivně (např. velká část obyvatelstva Moravy se odmítá
ztotožnit s označením „Česko“ a preferuje úřední název „Česká republika“)
25
3.2.1 Státní moc
Zastavme se krátce u jednoho z „definičních“ znaků státu, u pojmu státní moc.
Jde o sílu, která je schopna zabezpečit (třeba i donucovacími prostředky)
formování, upevnění a ochranu soustavy společenských vztahů ve státě.
Jednoduše řečeno jde o to, že stát „určuje pravidla“, podle kterých se společnost
řídí, a zajišťuje jejich plnění. Stát má dokonce právo si plnění pravidel vynutit, jako
jediná síla ve státě má totiž právo na legitimní použití násilí (může např. na základě
soudního rozhodnutí umístit jedince, který porušuje závazná pravidla chování do
vězení – nikdo jiný než stát přitom toto právo nemá). Pro uplatňování státní moci
přitom platí tzv. princip teritoriality: státní moci podléhají všechny osoby (bez
ohledu na občanství) i organizace nalézající se na území státu.
Existence státní moci je nutná k tomu, aby stát mohl plnit své funkce vzhledem
k obyvatelstvu (tj. organizovat společenské vztahy) i zahraničí (tj. zajišťovat
obranu). Nositeli státní moci jsou státní orgány, tj. zákonem vytvořené subjekty
mající právo rozhodovat jménem státu (úřady, soudy, vláda, parlament). Vedle nich
jsou ve státě i specifické složky plnící zvláštní úkoly (policie, armáda, ad.).
Podle charakteru své činnosti se zpravidla rozlišuje moc zákonodárná, výkonná
a soudní. V demokratických zemích jsou tyto složky státní moci odděleny (zajišťují
je rozdílné státní orgány) a vzájemně se kontrolují.
Zákonodárná moc (legislativní) obecně určuje pravidla vztahů mezi obyvateli
státu (zákony), státní rozpočet a schvaluje mezinárodní smlouvy.
Zákonodárnou moc představuje nejčastěji parlament. Parlamenty jsou specifická
přímo volená kolektivní rozhodovací tělesa, která mají vždy „kolegiální charakter“
(neexistuje hierarchická stavba, všichni poslanci mají jeden hlas, rozhoduje se
kolektivně). Mají vždy celostátní působnost a vždy disponují určitými základními
pravomocemi (pravomoc přijímat zákony a státní rozpočet).
Parlamenty mohou být organizovány jako jednokomorové nebo dvoukomorové. V
jednokomorových parlamentech tvoří všichni poslanci jeden sbor, dvoukomorový
parlament pak tvoří dva sbory, které se většinou liší pravomocemi a někdy i
způsobem vytvoření (horní komora nemusí být volena – jmenování, dědičné
členství apod.). Dolní komora bývá volena přímo a zastupuje obyvatelstvo státu
jako celek, horní komora pak reprezentuje zájmy dílčí, zejména:
•
•
•
•
zájmy členských států federací (v těchto případech paritní zastoupení
členů federace – např. v Senátu USA má každý členský stát bez ohledu na
velikost 2 senátory)
zájmy územních jednotek a zákonodárný korektiv dolní komory v
decentralizovaných státech (Francie – Senát tvoří zástupci zastupitelstev
departementů a obecních rad, Itálie – Senát volen v krajích, Španělsko –
Senát částečně volen regiony)
zákonodárný korektiv dolní komory (a konzervativní stabilizátor politického
života) (Británie, ČR)
(výjimečně) vnášení lobbistických zájmů do parlamentu (Irsko, Slovinsko –
horní komory volí zájmové a oborové korporace, jejich pravomoci jsou ale
velmi slabé)
Zákonodárná moc
26
Jednokomorový parlament je typický pro unitární republiky, dvoukomorový pro
monarchie a federativně uspořádané republiky (ne ale výlučně).
Výkonná moc
Soudní moc
Výkonná moc (exekutivní) ve státě je vykonávána hlavou státu a vládou. V širším
slova smyslu se považují za výkonné orgány všechny orgány kromě
zákonodárných a soudních. Tyto orgány se nazývají exekutivou nebo veřejnou
správou. Hlava státu je osoba, která zastupuje stát navenek (podpisy smluv,
pověřování diplomatických zástupců apod.). Pravomoci hlavy státu ve vztahu k
vnitrostátním záležitostem závisí na typu státu, v některých zemích jsou prakticky
nulové (např. japonský císař má ústavou přímo zakázáno zasahovat do vnitřní
politiky státu), jinde hlava státu vede i vládu (např. v prezidentských republikách,
typicky v USA). Vláda (rada ministrů, kabinet …) je nejvyšší správní orgán státu.
Její mocenské postavení je zakotveno v ústavě, je kolektivním orgánem, jehož
členy jsou ministři, pověřeni řízením jednotlivých resortů. V čele vlády stojí
předseda vlády (premiér).
Soudní moc má dva hlavní úkoly: rozhoduje v oblasti občanskoprávních,
rodinných a pracovních vztahů a v záležitostech trestných činů a kontroluje činnost
ostatních státních orgánů a interpretuje zákony. Výkonem soudní moci jsou
pověřeny nezávislé soudy.
Organizace státní moci je jedním ze základních kritérií pro formální klasifikace
států (na republiky a monarchie, na demokracie, autoritářské a totalitní státy).
V praxi není důležité jen legislativní vymezení úkolů jednotlivých složek státní
moci, ale také skutečnost, jestli jsou tyto pravomoci vůbec vykonávány a jak
efektivně jsou vykonávány (např. pravomoci policie se v jednotlivých zemích příliš
neliší, jistě ale bude z hlediska společenských vztahů v dané zemi zásadní rozdíl,
jestli se jí podaří odhalit pachatele u 80 % trestných činů, nebo pouze u 10 %).
V některých případech je ústřední vláda státu tak slabá nebo neefektivní, že její
faktická moc je na většině státního území velmi malá nebo žádná. Takové země se
označují jako zhroucené státy (failed state). Zhroucení státu je značně tíživé pro
místní obyvatelstvo, protože jejich vláda ho nedokáže ochránit před kriminalitou ani
mu nezaručuje základní veřejné služby. Rovněž do mezinárodně-politických vztahů
vnáší zhroucené státy řadu komplikací – na jejich teritorium se totiž často uchylují
mezinárodní kriminální gangy nebo teroristé.
Hrubou představu o míře, s jakou státní moc skutečně kontroluje a ovlivňuje dění
ve státě, může poskytnout tzv. Failed States Index (FSI). Index byl navržen
organizací Fund for Peace v roce 2005 a je pravidelně publikován v časopise
Foreign Policy. Vychází z 12 indikátorů, každý z nich je hodnocen 0–10 body (0
nejnižší a 10 nejvyšší míra zranitelnosti), 4 indikátory jsou sociální, 2 ekonomické a
6 indikátorů je politických. Součet dosahuje hodnot 0–120 bodů (0 absolutně
funkční stát, 120 absolutně nefunkční):
•
•
•
•
nad 90 bodů: státy vysoce ohrožené (alert),
60–90 bodů: státy ohrožené (warning),
30–60 bodů: státy málo ohrožené (moderate),
do 30 bodů: státy neohrožené (sustainable).
27
Pro zajímavost si uvedeme některé znaky, které podle tvůrců indexu ukazují, že
státní moc nefunguje dobře: demografické tlaky (např. vysoký počet nebo hustota
obyvatel ve vztahu k disponibilním zdrojům), masivní pohyb uprchlíků nebo vnitřně
vysídlených osob, kolektivní nepřátelství vůči skupinám obyvatel, trvalý odchod
obyvatelstva, ekonomická nerovnost skupin obyvatelstva, prudký ekonomický
pokles, kriminalizace a delegitimizace státu (např. korupce), zhoršení veřejných
služeb, nerespektování lidských práv, bezpečnostní aparát mimo státní kontrolu
(např. existence polovojenských jednotek podřízených elitám, politickým stranám
nebo jiným skupinám), frakcionalizace elit na základě skupinových znaků
(kulturních, etnických, rasových apod.), intervence cizích států.
Obr. 4 Hodnoty FSI v roce 2008
Pro zájemce: Kde si „umějí vládnout“?
Nejvyšších hodnot FSI dosahují Somálsko (114,2), Súdán (113), Zimbabwe, Čad, Irák, Kongo,
Afghánistán, Pákistán – v těchto zemích zpravidla ústřední vlády ovládají jen část území, pohraniční
oblasti jsou často úplně mimo kontrolu, a ani na územích pod kontrolou vlády nefungují základní veřejné
služby. Typickým zhrouceným státem je Somálsko, které si fakticky rozdělili na drobné „úděly“ klanoví
vůdci a moc mezinárodně uznané vlády nesahá daleko za hranice hlavního města. Dlouhou dobu se
dokonce poslanci parlamentu scházeli v sousední Keni, protože pořádat schůze v Somálsku se jim
jevilo jako příliš riskantní.
Naopak nejefektivnější je státní moc ve státech severní Evropy (Norsko má FSI 16,8, Finsko 18,4,
Švédsko 19,8), poměrně dobře je na tom i ČR (FSI 42,1, tj. 28. nejlepší výsledek), od výsledků
nejefektivnějších severských zemí nás sráží především korupce.
3.2.2 Státní suverenita, nezávislé státy
Jako státní suverenita se označuje nezávislost státní moci na jakékoli jiné moci
uvnitř i vně hranic státu. Suverenita je základní podmínkou existence státu.
Suverenita má vnější a vnitřní stránku:
•
Vnější suverenita je výrazem nezávislosti státu na jiných státech. Faktická
nezávislost v rozhodování ale nutně musí být spojena s mezinárodním
uznáním státu jako subjektu mezinárodního práva, protože jen na jeho
základě se může stát účastnit rovnoprávně mezinárodních vztahů (uzavírat
smlouvy s jinými státy jako rovnocenný partner).
28
•
Vnitřní suverenita je skutečnost, že státní moc funguje nezávisle na
jakýchkoliv jiných politických organizacích. Podléhají ji všichni obyvatelé
příslušného území a všechny organizace působící na tomto území.
Suverenita státu není nikdy absolutní, nezávislost jeho rozhodování je v reálné
mezinárodní politice omezena právně (mezinárodními závazky státu, např. jeho
členstvím v mezinárodních organizacích), ale také např. jeho postavením v
mezinárodním obchodu (závislost na dovozu surovin, potravin, apod.), případnou
„odkázaností“ na mezinárodní pomoc nebo vojenským a politickým nátlakem jiných
států.
Pojem suverenita je spojen s dříve široce diskutovanou otázkou, kdo je vlastně
oprávněn o státu rozhodovat, kdo je „nositelem“ státní suverenity, resp.
suverénem? Ve středověku hrál tuto roli panovník, v období buržoazních revolucí
se pak prosadila koncepce, že jediným správným suverénem je národ, resp. lid.
Státy, jejichž státní moc je suverénní (nezávislá na státní moci jiného státu nebo na
jiné politické síle), se označují jako nezávislé státy. Ne všechna území, která
vyplňují politickou mapu světa ale mají tento charakter. Můžeme na ní najít tyto
typy územních politických jednotek:
•
•
•
nezávislé státy, tj. území, která mají obyvatelstvo, území, státní moc,
která je suverénní a schopná i ochotná vystupovat jako subjekt
mezinárodního práva
závislá území, nejednotná skupina území, která nevystupují jako subjekty
mezinárodní práva a v mezinárodních vztazích je zastupuje některý
z nezávislých států
mezinárodní území a prostory, tj. území, která nepodléhají státní moci
žádného státu (např. volné moře, kosmický prostor)
Státy jsou také hlavními – ale ne jedinými – aktéry mezinárodních vztahů. Kdo
v mezinárodních vztazích vlastně může „legálně“ vystupovat není jasně definováno
žádnou mezinárodní smlouvou, jisté ale je, že státy jsou tzv. původními subjekty
mezinárodního práva. Dalšími – tzv. odvozenými subjekty mezinárodního
práva – jsou mezinárodní organizace. Jejich právo vstupovat do mezinárodních
vztahů je odvozeno od států tím, že na ně státy část svých pravomocí přenesou.
Za legitimní účastníky mezinárodně právních vztahů se označují i povstalci proti
vládní moci (pokud jim státy přiznaly statut válčící strany), národně osvobozenecká
hnutí v závislých a koloniálních územích a Mezinárodní výbor Červeného kříže. Do
mezinárodních vztahů zasahují ale i další organizace, i když formálně nemají
„způsobilost“ k mezinárodním právům a povinnostem. Jde hlavně o různé
nadnárodní hospodářské korporace, které nezřídka disponují značným kapitálem
(řádově až v objemu odpovídajícímu středně velkým státům) a např. při umisťování
svých investic jednají přímo se státy.
3.2.3 Kolik je na světě nezávislých států?
Na zdánlivě triviální dotaz na počet nezávislých států můžeme poskytnout jen
přibližnou odpověď: asi 200. Za „stoprocentně“ nezávislé můžeme označit všechny
členské země OSN, těch je v současnosti 193. Členství v OSN jim otvírá přístup do
všech ostatních mezinárodních organizací a až na drobné výjimky se všechny
navzájem uznávají a udržují diplomatické styky.
29
Dalším „nepochybně nezávislým“ státem je Vatikán, který vzhledem ke svému
specifickému postavení duchovního i politického centra katolicismu do OSN
nevstoupil, jeho nezávislost ale nikdo nezpochybňuje.
Vedle toho existuje několik zemí, které se sice snaží vystupovat jako nezávislé
státy, ale mezinárodní společenství je buď většinově neuznává, nebo je jeho postoj
nejednoznačný. Důvodem je zpravidla nedořešený vztah k původnímu vlastníkovi
území, nebo skutečnost, že vlády fakticky žádné území nekontrolují (nevykonávají
skutečnou státní moc). Postavení těchto území a zejména jejich obyvatel je
svízelné: nemají možnost vstoupit do mezinárodních organizací, při pasových
kontrolách nemusí být uznávány jejich dokumenty, apod.
Jde především o tato území:
•
Kosovo, které vyhlásilo v roce 2008 jednostranně nezávislost na Srbsku.
K tomuto kroku nezaujalo mezinárodní společenství jednoznačné
stanovisko, většina států ho odmítá, protože nedošlo k dohodě s původním
suverénem, tj. Srbskem, Jednotné stanovisko nezaujala ani EU – např. ČR
nezávislost Kosova uznala, Slovensko ale ne. V současnosti (červen 2012)
uznává Kosovo pouze 91 členských států OSN (tj. 44 % členů), Taiwan a
Maltézský řád. Vstup Kosova do významnějších světových organizací
blokuje nesouhlas Ruska a Číny.
•
Tchaj-wan, jehož vláda sice kontroluje jen tento ostrov, považuje se ale za
jedinou legitimní vládu celé Číny (k problému podrobněji v kapitole o
státním území). Tuto pozici uznává 23 zemí světa, ostatní uznávají za
legitimní vládu Číny vládu v Pekingu.
•
Západní Sahara, jejíž území je prakticky celé obsazené Marokem. Maroko
považuje tuto bývalou španělskou kolonii (do roku 1976) za své státní
území, v exilu ale působí vláda, která usiluje o nezávislost země pod
názvem Saharská arabská demokratická republika (SADR). V tomto
případě je mezinárodní společenství rozpolcené podobně jako v případě
Kosova: 82 členů OSN uznává právo Západní Sahary na nezávislost,
z nich některé uznávají i SADR, jiné ji za legitimního reprezentanta
Západní Sahary nepovažují. Na druhou stranu 44 zemí podporuje marocké
nároky a řada zemí k problému nezaujímá žádný postoj.
•
Palestina jako arabský stát, který měl podle původního plánu z roku 1948
vzniknout souběžně s Izraelem při rozdělení palestinského mandátního
území na židovskou a arabskou část. Ve skutečnosti ale byl vyhlášen jen
Izrael a zbytek území zabraly sousední arabské státy, v roce 1967 pak byl
Izraelem obsazen i zbytek Palestiny. Palestinské zájmy začala od roku
1964 reprezentovat Organizace pro osvobození Palestiny (OOP). Ta se
dlouhodobě odmítala smířit s existencí židovského státu a teprve po
změně mezinárodního klimatu v druhé polovině 80. let přikročila v roce
1988 v exilu k formálnímu vyhlášení Palestinského státu. Pro tento stát si
nárokovala zbytek bývalého mandátu v Palestině vně mezinárodně
uznaných hranic Izraele, tj. 2 územně nesouvisející oblasti: pásmo Ghazy
a tzv. Západní břeh Jordánu. Nezávislost tohoto útvaru byla postupně
uznána 130 státy světa (leden 2012, 66 % členů OSN), přestože nikdy
neovládal žádné území.
30
Území Palestiny je z pohledu mezinárodního společenství okupované a o
správu nad ním se dělí Izrael a tzv. Palestinská národní správa, která byla
ustavena na základě palestinsko-izraelských dohod z roku 1993.
Palestinská národní správa má pravomoci pouze ve vnitřních
záležitostech, na mezinárodním poli (např. vůči OSN) nadále reprezentuje
palestinské zájmy OOP.
O „příčku níže“ než Kosovo, Tchaj-wan, Západní Sahara a Palestina stojí skupina
efektivně existujících států, kterým ale chybí mezinárodní uznání. Jde vždy o
země, s jejichž odtržením původní vlastník území nesouhlasil, obnovit svou
suverenitu se ale snaží pouze politickými prostředky. V současnosti tuto skupinu
zemí reprezentuje především Severní Kypr (uznává ho jediný stát – Turecko) a
Somaliland (severní část Somálska). Za povstalecké státy se označují území,
která jsou s původním suverénem ve faktickém válečném stavu, nebo existuje
oprávněná obava, že se původní suverén pokusí svoji kontrolu území obnovit
násilně. V současnosti jde především o dvě území odtržená od Gruzie – Jižní
Osetie (uznává ji 5 členských zemí OSN) a Abcházie (uznaný 6 členskými zeměmi
OSN), o Podněstří odtržené od Moldavska a o Náhorní Karabach oddělený od
Ázerbájdžánu.
Dalším útvarem, který má některé znaky nezávislého státu, je Maltézský řád.
Podle mezinárodního práva je Svrchovaný řád maltézských rytířů suverénním
subjektem mezinárodního práva bez vlastního území, jeho mezinárodně-právní
subjektivita je pozůstatkem z dob, kdy řád vládl na Maltě. Řád má však i dnes dvě
malá exteritoriální území (budovu v Římě a pevnost St. Angelo na Maltě), vydává
vlastní mince a poštovní známky a má vlastní značku aut. Udržuje plné
diplomatické styky s 94 státy světa (včetně ČR), v dalších šesti je zastoupen a má
status pozorovatele v OSN.
Za „nezávislé“ označují samy sebe i tzv. mikrostáty. Nejedná se vůbec o státy, ale
o podnikatelské nebo recesistické projekty napodobující státy a jejich instituce
z komerčních pohnutek – kvůli přilákání turistů, vydávání napodobenin mincí nebo
známek, apod. Řada podobných projektů vznikla i v ČR – např. „Valašské
království“, „Jihočeské pohádkové království“, apod.
3.2.4 Závislá území
Závislá území nejsou subjektem mezinárodního práva, podléhají suverenitě
některého z nezávislých států. Historicky, zejména v období feudalismu, existovala
celá řada právních typů závislosti. Některé byly víceméně formální (např. závislost
Českého království na Svaté říši římské), jiné měly podobu odvádění pravidelných
poplatků, apod. Od 19. století se pojem „závislá území“ zúžil na teritoria získaná při
koloniálních výbojích.
Kolonie zakládaly evropské státy hlavně z ekonomických důvodů, jako zdroj
levných surovin a zemědělských produktů i jako odbytiště pro vlastní průmyslové
výrobky. Vznikaly přitom kolonie čtyř odlišných typů:
•
•
osídlenecké kolonie založené na přistěhovalcích z Evropy, kteří tvořili
naprostou většinu jejich obyvatelstva, zatímco domorodci byli
z kolonizovaných území vytlačeni (např. Kanada, sever USA, Austrálie)
okupační kolonie, které Evropané je pouze politicky ovládli, ale do kolonií
se masově nestěhovali a neměnili původně etnickou strukturu (většina
kolonií v Africe)
31
•
•
smíšené kolonie, které byly obdobou osídleneckých kolonií (masové
stěhování Evropanů), přistěhovalé obyvatelstvo se ale smísilo s domorodci
(většina kolonií v Latinské Americe) a
plantážní kolonie, určené k produkci tropických plodin; Evropané se do
nich stěhovali málo, na práci ale byli masově dováženi dělníci z Afriky
nebo Asie, postupně v nich tedy převládlo cizí obyvatelstvo, původem ale
ne z Evropy (např. většina ostrovů v Karibiku).
V současnosti se jako závislá území označují teritoria, která disponují většinou
znaků státu, ale nemají mezinárodně-právní suverenitu. Na rozdíl od klasických
států nemusí mít ani stálé obyvatelstvo (např. norský Bouvetův ostrov). Od státu,
na kterém je závislé, musí být vždy závislé území odděleno, a to buď politicky,
nebo geograficky. Politické oddělení spočívá v tom, že stát závislé území sice
spravuje, ale nepovažuje ho za integrální součást svého území (např. Man,
Francouzská Polynésie …). Územní oddělení: závislé území je od hlavního
státního území značně odděleno (zpravidla leží na jiném kontinentu), má jiné
složení obyvatelstva a jinou historii (např. Francouzská Guyana).
Zejména druhé kritérium je značně vágní, proto nejsou v geografické literatuře
závislá území identifikována jednotně a odpověď na případnou otázku na počet
závislých území by byla ještě obtížnější, než v případě nezávislých států. Běžně se
uvádí 40–50 závislých území.
Současná závislá území však už s představou chudé vykořisťované kolonie
nemůžeme spojovat, většina z nich o nezávislost neusiluje a současný stav jim
v podstatě vyhovuje. Rovněž OSN, které si dalo původně do programu úsilí o
důslednou dekolonizaci, spíše propaguje pro zbylá – většinou plošně malá a málo
zalidněná – území jen vnitřní samosprávu. Už v roce 1946 vytvořila OSN seznam
nesamosprávných území (Non-Self-Governing Territories), v té době jich bylo 72
(bez území nečlenských zemí, tj. Portugalska a Španělska – ta na seznam
zařazena v roce 1955). Pouze na tato území se vztahuje deklarace VS OSN o
poskytnutí nezávislosti koloniálním zemím a národům z roku 1960. V současnosti
je na seznamu jen 16 území.
Od závislých území je třeba odlišovat tzv. speciální entity uznané
mezinárodními smlouvami a dohodami. Jedná se v podstatě o autonomní
území, jejichž zvláštní statut je zabezpečen nejen vnitrostátním právem (jak je
obvyklé), ale i mezinárodní smlouvou. V současnosti se jedná o Ålandy (Finsko),
Svalbard (Norsko), Hongkong a Macao (Čína). Tato území byla ke svým zemím
připojena na základě mezinárodní smlouvy vymiňující pro ně některá zvláštní
práva (např. na Ålandách je jediným úředním jazykem švédština, nerostné
bohatství Svalbardu je volně přístupné i jiným státům než Norsku, v Honkongu a
Macau musí Čína po 50 let zachovat demokratický politický systém, apod.).
3.2.5 Mezinárodní území
V současnosti mají mezinárodní statut:
•
•
•
Antarktida
mezinárodní vody
Kosmický prostor
32
Pojem mezinárodní vody se vztahuje na všechny vodní plochy i zásoby vody vně
hranic kteréhokoliv státu. Jde především o volné moře. Lodě na volném moři
podléhají jurisdikci státu, ve kterém jsou registrovány (pod jehož vlajkou plují).
Pouze v případech potírání pirátství nebo obchodu s otroky může na volném moři
zasáhnout kterýkoliv stát. Specifickým typem mezinárodního území jsou
mezinárodní řeky. Jde o vodní toky, které protékají více státy a na základě
mezinárodní dohody byly „zmezinárodněny“, tj. jsou přístupné pro obchodní lodě
všech států, případně všech států, přes které protékají. Nejdůležitější mezinárodní
řeky jsou Dunaj, Kongo, Niger, Odra, Rýn a Senegal.
Území Antarktidy má mezinárodní statut od roku 1961, kdy vstoupila v platnost
smlouva o Antarktidě z roku 1959. Podle této smlouvy je mezinárodní celý prostor
jižně od 60° j. š. Platí v něm úplná svoboda vědeckého výzkumu, omezení
hospodářských aktivit a úplný zákaz využití pro vojenské účely.
SHRNUTÍ
Základním politickým regionem je stát. Každý stát musí mít 3 znaky: státní území,
obyvatelstvo a státní moc. Státní moc představuje sílu, která ve státě udržuje
systém společenských vztahů a také zabezpečuje obranu státu. Většinou je státní
moc dělena do tří větví – moci zákonodárné, výkonné a soudní. Na politické mapě
světa jsou vedle nezávislých států také závislá území a mezinárodní území.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Jaké znaky musí mít každý stát?
2. Proč není možné jednoduše odpovědět na otázku, kolik je na světě
nezávislých států?
3. Kolik členů má OSN?
4. Co jsou „nesamosprávná území“ podle definice OSN?
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
33
4
Státní území
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
definovat státní území
rozpoznat různé typy omezení státní suverenity
vyjmenovat a odlišit jednotlivé způsoby legálního zisku a ztráty území
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Ve škole se běžně učíme, které místo České republiky leží nejseverněji, které
nejjižněji – ale jak „hluboko“ do litosféry, nebo jak „vysoko“ do atmosféry sahá
náš stát? Na to asi už budeme hledat odpověď obtížněji … Následující text by
Vám měl i na takové otázky odpovědět.
4.1 Části státního území
Z hlediska současné teorie státu je státní území základem každého státu, objektem
výkonu státní moci a oblastí jeho kompetencí. Velice důležité je si uvědomit, že
státní území není pouze plošný areál na zemském povrchu, ale prostor, který
zasahuje i pod povrch a do vzdušného prostoru.
Státní území se skládá z:
•
•
•
•
•
pevninského území včetně vnitřních vodních ploch (řek, jezer a kanálů),
části moře přiléhající k pobřeží státu (pobřežní moře, vnitřní mořské
plochy),
geologického podkladu státního území a pobřežního moře,
vzdušného prostoru nad státním územím a nad pobřežním mořem,
Zvláštní případy (lodě plující pod vlajkou státu v mezinárodních vodách,
území velvyslanectví apod.)
Suverenita státu zasahuje teoreticky až do středu Země. Tím se zásadně liší od
soukromého vlastnictví půdy – pokud jste vlastníkem pozemku, patří vám pouze
nejsvrchnější část (ornice), ale už ne podloží, např. ložiska uhlí (ta jsou státní).
Složitější situace nastává při vymezování hranic ve vzdušeném prostoru, který je
také součástí státního území. Podle mezinárodního práva má totiž každý stát plnou
svrchovanost ve vzdušném prostoru nad svým územím (viz Pařížská smlouva o
letecké přepravě z roku 1919). Na druhou stranu kosmický prostor je mezinárodní.
O tom, v jaké výšce „končí“ vzdušný a „začíná“ kosmický prostor, se vedou na
půdě OSN diskuse už několik desítek let, všeobecně se ale uznává, že letadla se
pohybují (ještě) ve vzdušném prostoru a umělé družice Země (už) v prostoru
kosmickém. Zdá se, že pro většinu států světa je akceptovatelná dohoda umisťující
zmíněnou hranici do výšky 100 km. Suverenita státu nad vzdušným prostorem
není ničím omezena, tj. letadla potřebují pro přelet přes jeho území povolení
(družice ale ne, protože se pohybují „nad“ státním územím).
34
Vymezení území „do hloubky“ a „do výšky“ je jen teoretické, fakticky má smysl
mluvit o státním území jen v těch místech, pro která existují technické prostředky
kontrolovat a případně zabránit narušení suverenity. V případě geologického
podkladu jde o dosažitelnou hloubkou vrtů nebo dolů (cca 10 km), u vzdušného
prostoru o letovou hladinu bojových letadel (cca 20 km).
4.2 Nároky pobřežních států na moře
Nejpropracovanější je otázka ohraničení státního území vzhledem k mořím. Zde
se od starověku uplatňuje zásada, že státní území „nekončí“ pobřežní čárou, ale
„přesahuje“ do moře zhruba do vzdálenosti, pro kterou je ještě možná účinná
obrana z pevniny (dosah pobřežních děl). Toto jednoduché pravidlo se postupně
precizovalo, v současnosti „nezaniká“ suverenita státu ostře, ale postupně se
snižuje v několika na sebe navazujících pásech podél pobřeží. Nároky na pobřežní
moře upravila Úmluva OSN o mořském právu podepsaná v Montego Bay
(Jamajka) 10. 12. 1982 (u nás 240/1996 Sb.):
Obr. 5 Schéma možných nároků na moře
Poměrně složitý problém je, kde vlastně v „politickém smyslu“ končí pevnina.
Nejde totiž o pobřežní čáru zachycenou na běžných mapách, tj. linii rozhraní mezi
vodní plochou a souší pří střední hladině oceánu (izohypsa 0 metrů nad mořem),
ale o uměle vytýčenou čáru označovanou jako základní linie. Základní linie je ve
většině případů linie největšího odlivu, v členitém pobřeží ale může být
zjednodušena přímými úseky, které spojují nejvzdálenější výčnělky pevniny. Části
moře mezi pevninou a základní linií se považují za vnitřní vody. Pojem „vnitřní
vody“ zahrnuje dále veškeré vodní plochy a toky, které nejsou součástí světového
oceánu (jezera, rybníky, řeky). Vnitřní vody jsou přímou součástí státního území a
suverenita státu nad nimi není ničím omezena.
35
Obr. 6 Základní linie na pobřeží ostrova Hokkaidó
Jak jsme již uvedli, základní linie kopíruje pobřeží při odlivu, ale může být
zjednodušena tzv. přímými liniemi. Tato zjednodušení se řídí smluvními pravidly,
které zabraňují pobřežním státům „zaříznout se“ základní linií příliš hluboko do
moře. Jsou možné 2 typy zjednodušení pobřeží: linie podél pobřeží a linie
uzavírající zálivy:
•
•
Linie podél pobřeží mohou být vytvořeny pouze v místech, kde je pobřeží
je velmi členité a má hluboké zářezy, nebo v místech, kde je pás ostrovů
podél pobřeží v jeho bezprostřední blízkosti, nebo v místech kde je pobřeží
velmi nestálé (např. delty). Vytýčené základní linie se nesmí podstatně
odchylovat od celkového směru pobřeží a mořské prostory ležící uvnitř
těchto linií musí být dostatečně těsně spojeny s oblastí země tak, aby
mohly být podrobeny režimu vnitřních vod.
Linie uzavírající zálivy mohou být vytýčeny tam, kde pobřeží zálivu náleží
jedinému státu. Záliv musí být zcela zřetelný, musí platit, že jeho plocha je
stejně velká nebo větší než plocha polokruhu, jehož průměrem je přímka
vedená napříč ústím zářezu pobřeží.
Obr. 7 Pravidlo půlkruhu pro uzavření zálivu
36
Linie uzavírací záliv nesmí být delší než 24 námořní míle (1 námořní míle má délku
1 852 m), toto pravidlo ale neplatí pro tzv. "historické" zálivy, tj. zálivy, který byl
uzavřeny delší linií už před přijetím dnešní právní úpravy a jeho uzavření je
všeobecně respektováno (takto např. Rusko uzavřelo Bílé moře nebo záliv Petra
Velikého).
Za základní linií mohou pobřežní státy nárokovat tyto zóny:
Pobřežní moře / výsostné vody (též „teritoriální vody“) v maximální šířce 12
námořních mil (22,2 km) od základní linie. Pobřežní moře je přímou součástí
státního území pobřežního státu (platí i pro geologický podklad pod a vzdušný
prostor nad pobřežním mořem). Suverenita pobřežního státu je v tomto prostoru
omezena pouze tím, že lodě jiných států mají právo pokojného proplutí (loď cizího
státu může proplout, nesmí ale vyvíjet žádnou hospodářskou činnost a v
pobřežním moři nesmí zastavit nebo zakotvit). V prostoru nad a pod hladinou moře
ale není suverenita státu omezena (proto také neexistuje „právo přeletu“ pro
letadla nebo „právo podplutí“ pro ponorky).
Přilehlá zóna zasahuje maximálně 12 námořních mil (22,2 km) od hranic
pobřežního moře. Zóna už není součástí státního území: vzdušný prostor nad
zónou je mezinárodní a geologické podloží také. Pobřežní stát má právo provádět
v přilehlé zóně kontroly proplouvajících lodí (celní, zdravotní, migrační).
Výlučná ekonomická zóna (Exclusive Economic Zone, EEZ) v šířce maximálně
200 námořních mil (370,4 km) od základní linie. Pobřežní stát v ní má výhradní
právo ekonomického využití (rybolov, těžba apod.), toto právo však může postoupit
(prodat, pronajmout) i jiným zemím. Výlučné ekonomické zóny zabírají asi čtvrtinu
celkové plochy oceánu, je v nich však koncentrováno asi 95 % všech hospodářsky
využitelných zdrojů (ryby, těžitelné zásoby surovin apod.).
Pokud přesahuje kontinentální šelf výlučnou ekonomickou zónu, má pobřežní
stát nárokovat i tento přesah (ale nejvýše do vzdálenosti 350 námořních mil, tj.
648,2 km). Na kontinentálním šelfu má pobřežní stát výhradní právo ekonomického
využití všeho, co je na dně nebo pod mořským dnem (těžba surovin, sběr živých
organismů z mořského dna), rybolov však v takovém případě už není omezen
(tedy to, co je „nad dnem“ ve vodní mase, je přístupné pro všechny). Kritéria pro to,
aby bylo území prohlášeno za kontinentální šelf, jsou geologická: část států
považuje za šelf všechny části moře do hloubky 200 m, jiné státy pojem chápou
jako jakýkoliv přesah pevninské zemské kůry zatopený mořem - např. Rusko se
snaží prokázat, že spojení mezi Sibiří a Grónskem má právě tento geologický
charakter, což by ho pak opravňovalo k nároku na výlučné právo těžby ve skoro
celém ruském sektoru Arktidy.
Oblast za hranicemi výlučných ekonomických zón se označuje jako volné
(otevřené) moře.
37
Zvláštní právní úpravu nároků na moře mají souostrovní státy. Ty mohou uzavřít
své území tzv. souostrovními liniemi dlouhými maximálně 100 námořních mil
(185,2 km). Území ohraničené těmito liniemi se označují jako souostrovní vody a
jsou přímou součástí státního území podobně jako vnitřní vody nebo pobřežní
moře. V souostrovních vodách však – na rozdíl od vod vnitřních – platí právo
pokojného proplutí. Teprve od hranic souostrovních vod se vyměřují další zóny
(pobřežní moře apod.). by nedošlo k „zabrání“ neúměrně velkých ploch, platí
pravidlo, že oblast uzavřená souostrovními liniemi musí zahrnovat hlavní ostrovy a
poměr vodní plochy a souše, včetně atolů, se musí pohybovat mezi 1:1 a 9:1
4.3 Zvláštní součásti státního území
Za zvláštní součásti státního území lze považovat prostory, kde platí právní řád
shodný se státním územím: lodě plující pod vlajkou státu, letadla registrovaná v
dané zemi, prostory velvyslanectví a jiných diplomatických misí, diplomatická
vozidla a zavazadla.
V symbolické rovině bývají za součást státu označovány i různé historické pomníky
v jeho vlastnictví, např. Česká republika vlastní Komenského hrob v Naardenu,
nebo Husův dům v Kostnici, na našem území naopak např. Francie získala vrchol
Žuráň, ze kterého řídil Napoleon bitvu u Slavkova. Ve skutečnosti v těchto
případech jde o pouhé vlastnictví příslušných pozemků (podobně, jako kdyby je
vlastnila soukromá osoba), které není spojeno s vykonáváním suverenity.
4.4 Státní území de iure a de facto
Státní území v právním slova smyslu (tj. státní území de iure) nemusí být vždy
totožné s prostorem, ve kterém stát fakticky uplatňuje svou suverenitu (státní
území de facto). Častější je případ, kdy stát neovládá celé území, které nárokuje,
např. proto, že nad částí nárokovaného území vykonává suverenitu jiný stát, nebo
ji okupuje jiný stát nebo mezinárodní síly, případně že výkon suverenity není
fakticky možný (přírodní podmínky, slabá státní moc, apod.). Možný je ale i případ,
kdy stát vykonává suverenitu na širším prostoru, než sám považuje za své státní
území. Klasicky se tak dělo mezi koloniálními státy a jejich koloniemi.
Pro zájemce: Čína: Kde domov můj?
Rozdíl mezi ovládaným a nárokovaným územím si můžeme ukázat na příkladu nejlidnatější země světa
– Číny. V ní působí 2 vlády, které se považují za reprezentanta celého státu: jedna sídlí v Pekingu
(Běijīng), ovládá pevninské území státu a používá pro něj označení Čínská lidová republika, druhá
ovládá ostrov Tchaj-wan, sídlí v Tchaj-peji (Táiběi) a stát označuje jako Čínskou republiku. Naprostá
většina zemí uznává za „správného“ reprezentanta Číny vládu v Pekingu, existují ale i země, které za
právoplatnou vládu považují vládu v Tchaj-peji.
Pekingská vláda si nárokuje vedle území, které fakticky ovládá, i Tchaj-wan a menší území spravovaná
Indií a Japonskem, z „jejího pohledu“ tedy fakticky spravuje území „Čínské lidové republiky“ jen z části,
na zbytku pak fakticky vládne vzbouřenecká vláda v Tchaj-peji, Indie a Japonsko:
38
Obr. 8 Území Číny z pohledu vlády Čínské lidové republiky
Tatáž situace je z pohledu vlády v Tchaj-peji, která se hlásí k hranicím Číny z počátku 20. století, ještě
složitější: území „Čínské republiky“ ovládá jen z malé části, na zbytku vládnou vzbouřenecké vlády
v Pekingu a v Mongolsku a menší části území ovládá 8 dalších států:
Obr. 9 Území Číny z pohledu vlády Čínské republiky (na Tchaj-wanu)
4.5 Vlastnosti státního území
V nejstarších politicko-geografických pracích byla vlastnostem státního území
věnována značná pozornost. Z charakteru tohoto „vnějšího rámce“, ve kterém se
odehrávají
politické
procesy,
byly
hledány
zásadní
důsledky
pro
mezinárodněpolitické i vnitropolitické poměry státu (stabilita, bezpečnost,
organizace státní moc …). Tato tradiční popisná poloha politické geografie však
dnes už působí dosti spekulativně. Ze základních charakteristik státního území si
politická geografie všímá především polohy státu, velikosti státního území (rozloha,
rozměry) a jeho tvaru.
39
Při charakteristice polohy státního území odlišujeme absolutní geografickou polohu
(vzhledem k zeměpisným souřadnicím) a relativní geografickou poloha (vzhledem
k sousedním státům). Z charakteristik absolutní geografické polohy mají politický
význam např.: poloha vzhledem k moři (důležitá pro obchod, obranu, dopravu),
poloha vzhledem ke klimatickým pásům (důležitá hlavně pro zemědělství –
srovnejte např. zemědělství Grónska a rozlohou mnohem menšího Dánska),
poloha vzhledem ke zdrojům surovin a hlavním zemědělským produkčním
oblastem (předurčuje bohatství státu – např. rozdíl mezi Jemenem a Spojenými
arabskými emiráty), poloha vzhledem k přirozeným dopravním trasám (velké řeky)
a k terénním překážkám (hory, močály – významné z hlediska obrany). Ze znaků
relativní geografické polohy je důležitý zejména ekonomický potenciálu a
hospodářská moc sousedních států, poloha vzhledem k ekonomickým,
demografickým, dopravním a mocenským centrům a míra izolovanosti (např.
poloha Izraele mezi znepřátelenými lidnatými arabskými zeměmi klade na stát
zcela jiné nároky, než izolovaná poloha Nového Zélandu).
Hodnocení polohy státního území je nicméně vždy složité a do značné míry
subjektivní. Stejná oblast zemského povrchu může mít polohu v některých
aspektech výhodnou, v jiných nevýhodnou (hory bývají vhodné pro obranu, ale
nevhodné pro dopravu). Obdobně vnějškově shodné znaky polohy mohou mít
různé důsledky – např. Polsko na sousedství velkých zemí historicky spíše
doplácelo, zatímco Mongolsko ze stejné situace těžilo (nárazníkový stát).
„Výhodnost“ polohy se také může měnit v čase, např. Falklandy měly do postavení
Panamského průplavu dopravně výhodnou polohu „na hlavní lodní trase“, poté se
staly víceméně územím „na konci světa“ a v posledních letech jejich význam opět
strmě roste vzhledem k předpokládaným nalezištím ropy v jejich okolí.
Tvar státního území není příliš vypovídající, důležitější je podoba komunikační
sítě, která se ale od tvaru státního území často odvíjí. Obecně se považuje za
výhodné, když jsou hranice relativně krátké a území kompaktní (výhody pro
obranu).
Obr. 10 Základní tvary státního území
Hodnocení polohy
Tvar státního území
40
Státní území může být:
•
•
•
•
•
Podlouhlé (délka je alespoň šestkrát větší než průměrná šířka) – např.
Chile (na mapě A), Norsko, Švédsko, Malawi, Panama, Vietnam.
Kompaktní (území nemá výrazné výběžky a geometrický střed je
víceméně v konstantní vzdálenosti od hranic) – např. Polsko (D), Uruguay,
Rumunsko, Nigérie.
Proruptivní (kompaktní s výběžky) – např. Barma, Thajsko (C), DR
Kongo, Indie.
Dělené (z více územně nesouvisejících částí srovnatelné velikosti)
o Souostrovní – Indonésie, Japonsko, Filipíny, Maledivy.
o Pevninské – Malajsie (E), USA, Dánsko, Rusko, v jistém smyslu i
Francie, Itálie, Španělsko.
Perforované (s enklávami) – Jižní Afrika (B), Itálie, Senegal.
K přesnějšímu popisu tvaru státního území můžeme použít několik číselných
charakteristik. Základními jsou Wagnerův index a tzv. index teritoriální
kompaktnosti. Wagnerův index srovnává skutečnou a teoreticky nejnižší možnou
délku hranic.
Obr. 11 K vysvětlení Wagnerova indexu
Poměr skutečné délky hranic a teoreticky nejnižší možné délky hranic (včetně
pobřeží!) území o dané rozloze je
Wi =
D
O
kde D je délka hranic a pobřeží státu, O je obvod kruhu se stejnou plochou, jakou
má stát, tj.
O = 2π .r = 2π
kde F je plocha státu.
F
π
= 2 π .F
41
Teoreticky nejnižší hodnota Wagnerova indexu je 1 (kruh). „Nejkulatější“ státy mají
hodnotu Wi 1,19 (Nauru a Svazijsko), větší je u podlouhlých území (Chile, Turecko
– nad 3,5), maximální u souostrovních států (Maledivy 39,2).
Koeficient teritoriální kompaktnosti srovnává plochu státního území a plochu
kruhu opsaného státnímu území.
Obr. 12 K vysvětlení indexu teritoriální kompaktnosti
Poměr skutečné rozlohy státu a plochy kruhu opsaného státnímu území můžeme
vypočítat podle vzorce
Ik =
4 F
⋅
π L2
kde F je plocha státu a L délka nejdelší osy (spojnice dvou nejvzdálenějších bodů
státního území).
Teoreticky nejvyšší hodnota indexu teritoriální kompaktnosti je 1 (kruh), reálně je
však vždy nižší.
Velikost státního území je pouze pomocné kritérium, s vyspělostí nebo politickou
mocí státu nemá přímou souvislost. Výhodou velkých států je vysoká
pravděpodobnost, že budou mít na svém území zdroje strategicky významných
surovin a také výhody při obraně teritoria (politická centra jsou zpravidla mnohem
méně dostupná, než u malých států. Konvenčně se dělí státy podle velikosti
státního území na:
•
•
•
•
•
Velmi velké (rozloha více než 2,5 mil. km²) – např. Rusko, Kanada, USA,
Čína, Brazílie atd.
Velké (rozloha od 350 000 km² do 2,5 mil. km²) – např. Saúdská Arábie,
Mexiko, Libye, Německo, Japonsko. Francie, Ukrajina atd.
Střední (rozloha od 150 000 km² do 350 000 km²) – např. Gabon,
Rumunsko, Laos, Senegal, Sýrie, Tunisko atd.
Malé (rozloha od 25 000 km² do 150 000 km²) – např. Česká republika,
Srbsko, Panama, Chorvatsko, Albánie atd.
Velmi malé (rozloha menší než 25 000 km²) – např. Jamajka, Vanuatu,
Katar, Vatikán atd.
Velikost státního
území
42
4.6 Způsoby zisku a ztráty státního území
Stát může nabýt území dvěma způsoby: buď primárně (prvotně), nebo derivativně
(odvozeně). Primárně lze získat pouze takové území, které není územím cizího
státu, nabývající stát se tak stává prvním majitelem území. To bylo možné
především v minulosti, kdy ještě existovala území, která nikdy nikomu nepatřila
(tzv. terra nullius – země nikoho, např. nově objevený ostrov). Derivativně získané
území je území získané od jiného (nebo na úkor jiného) státu, tj. rozšíření státní
suverenity na území, které dosud podléhalo suverenitě jiného státu. Nabývající stát
je pak historicky druhým, třetím, čtvrtým …. majitelem území.
Prvotní nabytí území
Prvotní nabytí území může mít tři rozdílné formy: může jít o prvotní okupaci,
přirozený přírůstek území (akcese) nebo umělý přírůstek území (akrescence):
•
•
•
Derivátní nabytí území
Prvotní okupace je v podstatě rozšíření suverenity nebo vznik státu na již
existujícím území. Nejjednodušší situace nastává, pokud je objeveno
neosídlené území, které je následně obydleno (takto např. získalo
Portugalsko Kapverdy a Azory, Británie Norfolk, apod.). V minulosti byl
princip prvotní okupace uplatňován ale i na osídlených územích, jejichž
dosavadní právní řád nebyl Evropany uznán za dostatečně „civilizovaný“.
Např. při kolonizaci Ameriky a Austrálie byla zcela ignorována vlastnická
práva i existující státní struktury vytvořené domorodci (zajímavé je, že
v případě Afriky tomu bylo jinak, její kolonizaci už považovali Evropané za
odvozený zisk státního území). Spíše výjimečným způsobem prvotní
okupace je konstituování nezávislého státu na „území nikoho“ (takto
vznikla např. Libérie). Prvotní okupace se uplatňovala hlavně v období
velkých zámořských objevů, nyní je už prakticky nemožná (na zemi není
s výjimkou Antarktidy žádné „volné“ pevninské území).
Akcese (přirozený přírůstek území) nastává usazováním naplavenin na
březích moří, jezer nebo řek, přirozeným vznikem nového ostrova v
pobřežních vodách, změnou toků pohraniční řeky (aluvium, tj. „naplavení“)
anebo odtržením části země od území jednoho státu a spojením s územím
jiného státu (avulze, tj. „vytržení“). Příkladem zvětšení plochy státu akcesí
v relativně nedávné době je Island, u jehož pobřeží se v roce 1963 vynořil
nový sopečný ostrov Surtsey. Území Islandu se tím rozrostlo o 2,7 km².
Akrescence (umělý přírůstek území) nastává úmyslným rozšířením
pobřeží za pomocí hrází, vysušování, apod. Podobné aktivity jsou vždy
mimořádně nákladné, proto se většinou nerealizují z politických důvodů,
převažují motivy ekonomické (letiště na umělých ostrovech, umělé ostrovy
pro turisty ve Spojených arabských emirátech, apod.) a bezpečnostní
(např. snahy zabránit zatopení území přírodními silami). Typickým
příkladem země, rozšiřující své území akrescencí je Nizozemsko, které jen
v 17.–20. století získalo vysoušením moře téměř 5 300 km² půdy.
Derivátně lze nabýt území, které již dříve podléhalo moci jiného státu. Nabytí se
zakládá buď na smlouvě s dosavadním suverénem (cese území, adjudikace) nebo
na vydržení:
•
Cese je nabytí státního území mezinárodní smlouvou o převodu suverenity
z dosavadního suveréna na jiný stát. Nejčastějším typem smlouvy o cesi
jsou mírové smlouvy ukončující válečné konflikty, takto získalo např.
Československo v roce 1920 od Rakouska území Valticka a Vitorazska.
43
Jednorázově nejrozsáhlejším převodem suverenity tohoto typu byla tzv.
„mexická cese“, kdy byla na základě smlouvy z Guadalupe Hidalgo (2. 2.
1848) ukončena mexicko-americká válka. Mexiko tehdy ztratilo 2/5 svého
území, jako náhradu jim USA vyplatily 15 mil. $. Zvláštním případem cesí
je koupě území, kdy dojde k převodu suverenity nad územím za finanční
náhradu. Koupě území jsou známé zejména z dějin USA (koupě Louisiany
v roce 1803, tzv. Gedsdenova koupě pohraničního pásu od Mexika, koupě
Aljašky v roce 1867). Dalším zvláštním typem cese je odtržení území na
základě plebiscitu (referenda). V tomto případě rozhodují na základě
dohody zúčastněných stran o další státoprávní příslušnosti území přímo
jeho obyvatelé v referendu. Plebiscity jsou obvyklé zejména v případě, že
se chce oddělovaná část státu stát nezávislou (v poslední době např.
v roce 1999 referendum o nezávislosti Východního Timoru, 2006
referendum v Černé Hoře, 2011 referendum v Jižním Súdánu).
V budoucích letech mají být referenda o nezávislosti vypsána např. na
Nové Kaledonii, na Západní Sahaře, na ostrově Bougainville (dosud
součást státu Papua – Nová Guinea), apod.
•
Adjudikace je nabytí území na základě rozhodnutí arbitra (rozhodčího),
kterému státy předají spornou záležitost k vyjádření. Arbitrem bývá
nejčastěji Mezinárodní soudní dvůr v Haagu, může jím být ale i
jednorázově vytvořený orgán neb dokonce soukromá osoba (např.
respektovaný panovník nebo církevní činitel). Adjudikací získalo
Československo část Těšínska, arbitrem byla v tomto případě
velvyslanecká konference, která rozhodla o jeho rozdělení mezi Polsko a
Československo a také určila průběh hranice.
•
Vydržení je nabytí území dlouhotrvajícím faktickým vykonáváním státní
moci. Stát musí území kontrolovat dlouhodobě a nepřerušeně (např.
pohraniční území Grisbadarna v roce 1919 spor mezi Švédskem a
Norskem).
Dříve, přesněji do přijetí Charty OSN, která zakazuje používat v mezinárodních
stycích síly nebo hrozby silou, byla uznávána jako způsob odvozeného nabytí
území také anexe. Anexe je násilné připojení území (nebo části území) jiného
státu jednostranným prohlášením anektujícího státu (bez svobodného souhlasu
jeho obyvatel nebo představitelů). Podle současného mezinárodního práva jde o
nepřípustný způsob nabytí státního území a pokud je proveden, není považován
za platný (např. mezinárodní společenství neuznává izraelskou anexi východního
Jeruzaléma a Golanských výšin, neuznalo anexi Kuvajtu Irákem po jeho obsazení
8. 8. 1990, apod.).
Od anexe je nutné striktně odlišovat pojem okupace (situace, kdy státní území
obsadila vojensky cizí nepřátelská armáda nebo koalice cizích armád). Nejde o
způsob nabytí státního území, protože okupované území zůstává z právního
hlediska součástí původního státu. Okupant sice přebírá část nebo celý výkon
suverenity, ale obsazené území nepřipojí ke svému státu. Navíc je okupující stát
vázán řadou mezinárodních úmluv z oblasti válečného práva. Ty mají za cíl
zejména chránit civilní obyvatelstvo, je například zakázáno jednostranně měnit
jeho státní příslušnost, měnit demografické poměry (např. tím, že je původní
obyvatelstvo deportováno nebo je naopak na okupovaných územích usídlováno
obyvatelstvo jiné), apod.
44
V minulosti byly okupovány např. Německo v letech 1945–1949 (4 okupační státy),
Rakousko v období 1945–1955 (4 státy), Japonsko v letech 1945–1952 (koalice
zemí). V současnosti je okupována část arabských území v Palestině (Izraelem),
část Iráku (spojeneckými vojsky), Západní Sahara (Marokem).
Tab. 2 Rozdíly mezi anektovanými a okupovanými územími
Stávají se přímou součástí „nového“ státu?
Obyvatelstvo získává občanství „nového“ státu?
Obyvatelstvo pod ochranou válečného práva?
Platnost zákonů „nového“ státu?
Anektované
území
ANO
ANO
NE
ANO
(postupně)
Okupované
území
NE
NE
ANO
NE
Ztráta území odpovídá jednotlivým způsobům jeho nabytí. Opakem prvotní
okupace je derelikce území (opuštění území), opakem akrescence je ztráta
působením přírodních sil apod. Dalšími způsoby mohou být secese (odtržení
území), plebiscit (změna či odtržení územní na základě referenda) nebo
adjudikace (nabytí či ztráta území na základě rozhodnutí mezinárodního soudu).
Ztráta celého území vede k zániku státu.
SHRNUTÍ
Státní území nezahrnuje pouze reliéf, ale také geologické podloží a vzdušný
prostor státu. Mezi jednotlivými státy je suverenita státu ohraničena ostře, směrem
do moře se ale postupně snižuje v několika na sebe navazujících pásech. Území
státu nemusí být vždy zcela totožné s územím, které stát efektivně ovládá: v praxi
může být část území mimo kontrolu kvůli cizí okupaci, slabosti státu, nebo
vzhledem k nemožnosti technicky v daném prostoru kontrolovat porušení
suverenity. Státy mohou získat území několika legálními způsoby, nejběžnějším je
cese (smlouva o převodu území).
Kontrolní otázky a úkoly
1. Z jakých částí se skládá státní území?
2. Jak se liší právní režim jednotlivých zón, které mohou pobřežní státy
nárokovat v moři?
3. Jak se vypočítají teoretické ukazatele tvaru území?
4. Jaký je zásadní rozdíl mezi anexí a okupací?
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
45
5
Státní hranice
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
definovat státní hranice
rozlišit základní typy státních hranic
vysvětlit jednotlivé fáze vytváření státní hranice
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 30 minut.
Průvodce studiem
Hranice mohou nám – občanům Evropské unie – připadat jako téma, které je
zastaralé, nemoderní a překonané. Není tomu tak: hraniční prostory jsou místa,
kde se přímo stýkají rozdílné státní organizace a proto jsou logicky místem, kde
se případné rozpory sousedních států projeví nejdříve.
5.1 Definice státní hranice
Státní hranice se zpravidla definuje jako smluvní linie, která odděluje území
jednoho suverénního státu od území jiného suverénního státu nebo od oblasti
nepodléhající suverénní moci žádného státu (volné moře). Ve skutečnosti se
nejedná o linii, ale o plochu ohraničující "prostor suverenity" daného státu, protože
hranice přirozeně probíhá i v atmosféře a v geologickém podloží. Pro politickou
geografii jsou zajímavé tím, že jde o místa přímého kontaktu specifických právních
řádů jednotlivých států, které mohou být vzájemně konfliktní. Právě na hranicích se
tato konfliktnost nejčastěji projevuje.
Chápání hranic jako linií je historicky poměrně novým jevem. Ve starověku ani
středověku se obydlená území jednotlivých států většinou vůbec nedotýkala, byla
oddělena pohořími, lesními komplexy, pásy nevyužité půdy apod. Hranicemi byly
celé tyto „oddělující překážky“, čili šlo o jakési hraniční pásy, doslova „zemi
nikoho“ (terra nullius). Např. bylo-li hraničním pásem zalesněné pohoří, postavily si
sousední státy své celnice nebo kontrolní hrady na svém okraji lesa a o vlastní les,
který v té době neměl ekonomický význam, se nestaral nikdo. Hraniční pásy byly
zpravidla vylidněné a často měly i obrannou funkci. V neproduktivních oblastech
byly hraniční pásy široké, se vzrůstající hustotou zalidnění se zužovaly. První
liniová hranice byla v Evropě určena až tzv. pyrenejskou smlouvou z roku 1659
(smlouva ukončila francouzsko-španělskou válku, trvající od roku 1635). Nejdéle
se hraniční pásy udržely v pouštních oblastech, ve kterých bylo (s nadsázkou
řečeno) důležité, komu patří oázy, ale vcelku jedno, komu patří písek mezi nimi. Na
Arabském poloostrově např. byly liniové hranice dohodnuty až v posledních 40
letech.
46
5.2 Stanovení hranic
Při stanovení hranic lez rozlišit čtyři procedurální kroky, které na sebe navazují:
Alokace hranic je politické rozhodnutí o příslušnosti určitého území. Obsahuje
popis průběhu nové hranice na základě význačných bodů (vrcholy, křižovatky,
soutoky), přírodních (řeky, pohoří), společenských a historických útvarů (reliktní
hranice, sídla, komunikace). Alokace hranic má zpravidla podobu písemné
smlouvy (např. mírová smlouva, kupní smlouva apod.)
...odtud proti proudu tok Moravy, pak tok Dyje až k bodu zvolenému asi 2 km
na jihovýchod od bodu, kde cesta z Ranšpurku (Rabensburg) do Poštorné
(Themenau) přechází železnici vedoucí z Ranšpurku do Břeclavy; odtud k
západoseverozápadu a až k bodu staré správní hranice mezi Dolními Rakousy
a Moravou, ležícímu asi 400 m na jih od bodu, v kterém tato železnice protíná
železnici mikulovsko-valčickou (Nikolsburg-Feldsberg): čára, jež se určí na
místě samém, procházející kotami 187 (Dlouhý vrch), 221 (Rosenbergen), 223
(Wolfsberg), 291 (Raistenberg), 249 a 279 (Kallerhaide); odtud k
západoseverozápadu tato správní hranice; potom k západu a až k bodu, který
se zvolí asi 3 km na východ od osady Františkova (Franzensthal): stará hranice
mezi Dolními Rakousy a Čechami;
Obr. 13 Ukázka alokace hranic: popis československo-rakouské hranice
v saint-germainské mírové smlouvě (1919)
Delimitace hranic je určení přesného průběhu hranic a jejich zobrazení na
podrobných mapách velkých měřítek Většinou je spojena s terénním šetřením,
ověřováním majetkových poměrů, dopravní dostupnosti apod. Protože jde o
časově náročnou činnost, probíhá vždy s jistým zpožděním po alokaci hranic,
zpravidla ji provádějí smíšené komise složené ze zástupců sousedních států.
Obr. 14 Ukázka hraničního dokumentárního díla česko-německé hranice –
hraniční mapa a hraniční nárys (2001)
Demarkace hranic je podrobné učení hranice a její vytáčení v terénu tak, aby byl
jejich průběh snadno identifikovatelný (hraniční kameny, sloupy, ploty, bóje, valy,
znaky apod.).
Administrace hranic zahrnuje údržbu a pravidelnou obnovu hraničních znaků,
sledování přirozených změn hranice, regulaci hraničních vodních toků, apod.
47
5.2.1 Zásady vytyčování hranic
Pro vytyčování politických hranic neexistují žádná obecně přijímaná pravidla,
mohou být vedeny v podstatě libovolným způsobem, pokud se takto sousední státy
dohodnou. Přesto se dodržuje několik zvyklostí, které mají hlavně zabránit
nežádoucímu narušování státního území např. proplouvajícími plavidly nebo jinými
dopravními prostředky:
•
•
•
•
•
na nesplavných řekách se hranice vede ve středu toku (tzv.
střednice/medianline),
na splavné toky hranice zpravidla vede středem plavební oblasti toku
(hloubnice/thalweg - odtud se tento princip označuje jako Thalweg
Doctrine),
v pohoří hranice vedou po rozvodnici (toto pravidlo ale není dodržováno
vždy – např. historicky první liniová hranice v Pyrenejích protíná horská
údolí zcela bez vazby na rozvodí),
na jezerech hranice vede po ekvidistantě (čáře stejně vzdálené od břehů
sousedních států), platí ale zásada, že zdroje pohraničních jezer mají být
využívány pohraničními státy rovnoměrně,
je-li hranicí vodní tok, dochází při přirozených a pozvolných změnách
polohy vodního toku také ke změně státní hranice. V ČR jsou např.
„pohyblivé“ všechny hranice na vodních tocích s výjimkou části hranice,
kterou tvoří Labe.
5.3 Výzkum hranic v politické geografii
Výzkum hranic v politické geografii řeší několik problémů. Tzv. „historickokartografický“ výzkum hranic se zabývá změnami polohy hranice a procesem jejich
vytváření, „klasifikační“ výzkumy se snaží hranice rozdělit do skupin na základě
jejich aktuální podoby, „funkční“ výzkumy pak sledují, jaký vliv mají hranice na
krajinu i lidskou společnost, a konečně „geograficko-politologické“ výzkumy se
snaží identifikovat vliv hranic na mezinárodní vztahy.
Tradičním předmětem zájmu politické geografie jsou hraniční spory.
Nejsledovanější jsou spory o přesný průběh hranice, které se označují jako „spory
poziční“, ty ale nejsou nejčastější. Běžnější jsou spory funkční (konflikty spojené
s režimem a ostrahou hranic) a v poslední době nabývají na významu i spory o
přeshraniční zdroje (těžba surovin, využívání vod hraničních řek).
5.4 Typologie hranic
Státní hranice můžeme rozčlenit do skupin podle různých formálních znaků, např.
podle toho, jestli jsou na souši nebo v moři (suchozemské hranice, mořské
hranice), nebo jestli hranice odděluje 2 státy, nebo státní území od mezinárodního
prostoru (mezistátní hranice, hranice státu a otevřeného moře, hranice státu a
kosmického prostoru). Mnohem tradičnější – i když značně kritizované a
metodologicky sporné – je dělení hranic na přírodní a umělé hranice.
48
Přírodní hranice
Umělé hranice
Přírodní hranice vedou po přirozené, v terénu viditelné, linii. Může jít o pohoří,
řeku, bažinu, poušť, mořské pobřeží či vegetační hranici. Přírodní hranice téměř
vždy tvoří překážku pro pohyb lidí i vojenské techniky a v minulosti je bylo proto
možné snadněji ubránit (s rozvojem letectví a při použití raket tato výhoda odpadá)
a byly stabilnější. Hlavně z tohoto důvodu byly při politických jednáních a ve
strategických úvahách až do poloviny 20. století přírodní hranice jednoznačně
preferovány před hranicemi umělými. Výrazně se to projevilo např. po první
světové válce, kdy byl v mírových smlouvách několikrát upřednostněn princip
přírodních hranic i za cenu vzniku početných národnostních menšin (např. při
určování jižní hranice Slovenska na Dunaji). Limitem ovšem byla dobrá znalost
terénu – proto např. přírodní hranice např. nebyly použity při koloniálním dělení
Afriky (kontinent totiž nebyl v době ještě dobře zmapován).
Umělé hranice nemají žádnou vazbu na linie v terénu. Často jde o historické
hranice vzniklé ještě v dobách feudalismu na základě tehdejší pozemkové držby –
čili podél hranic feudálních panství (takto např. vznikly dva severní výběžky
českého území – Šluknovský a Frýdlantský). Jiným příkladem jsou etnické
hranice kopírující národnostní složení obcí (takto např. byla vymezena hranice
rakousko-maďarská). K vytvoření umělé hranice může vést i snaha zohlednit
náboženství obyvatel (např. belgicko-nizozemská hranice byla vymezena na
katolicko-protestantském pomezí), nejčastěji ale vznikaly v koloniálních zemích
rozhodnutím kolonizátorů – v Latinské Americe, v Africe a částečně i v Asii. Bývalé
koloniální hranice bývají velmi jednoduché. Pokud jsou tvořeny dlouhými rovnými
úseky, označují se jako geometrické hranice (např. jižní hranice Libye nebo
Alžírska). Zvláštním podtypem geometrických hranic jsou hranice astronomické
(kopírují zeměpisnou síť – poledníky nebo rovnoběžky – např. západní část
hranice mezi USA a Kanadou vede podél 49° s. š.).
Vedle dělení hranic na přírodní a umělé existují i jiné klasifikace. Např. podle
vztahu hranice ke kulturnímu a civilizačnímu vývoji z časového hlediska
rozeznáváme:
•
•
•
Antecedentní hranice (starší, než kulturně-civilizační poměry, čili
obyvatelstvo se přizpůsobilo hranicím, např. hranice česko-německá)
Subsekventní hranice (vytvořené na základě kulturně-civilizačních
poměrů a přírodních podmínek, čili hranice se přizpůsobily obyvatelstvu a
přírodě, např. hranice rakousko-maďarská)
o Konsekventní hranice (podtyp, vytvořené na základě etnického
složení, jazyka, náboženství)
Asekventní hranice (vzniklé „navzdory“ kulturně civilizačním poměrům,
např. hranice v Africe, hranice Severní a Jižní Koreje).
49
SHRNUTÍ
Hranice jsou linie, na kterých se stýká území jednoho státu s územím jiného státu,
případně s územím, které je mezinárodní. Historicky starší než hraniční linie jsou
hraniční pásy. Určení hranic mezi konkrétními státy má několik fází, nejdůležitější
z nich je alokace a demarkace hranic (politická dohoda o jejich průběhu a
dojednání přesného průběhu. Existuje několik typologií hranic, nejčastěji se
hranice člení na přírodní a umělé.
Kontrolní otázky a úkoly
1.
2.
3.
4.
Co jsou státní hranice?
Rozlište 4 fáze stanovení a údržby státních hranic?
Jakými principy se řídí stanovování hranic?
Které úseky hranic ČR jsou přírodní a které umělé?
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
50
6
Formy a typologie států
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
odlišit jednotlivé formy republik a monarchií
identifikovat základní ideologické formy států
na základě studia ústavy daného státu odlišit státy unitární a složené
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Politický systém jednotlivých států může být značně odlišný – mohou se lišit
pravomoci hlavy státu, uspořádání státních institucí, apod. Také míra, jakou
mohou občané států ovlivnit rozhodovací procesy, vykazuje obrovské rozdíly.
Tato kapitola si klade za cíl systematizovat poznatky o formách a typech států.
6.1 Historické formy států
Jednotlivé státy se neustále vyvíjejí a mění. Mění se i chápání pojmu stát, proto
naše představy o jeho současné podobě a principech fungování nemůžeme
mechanicky přenést na státy středověké a starověké. Historicky nejstarší formou
státu byly tzv. městské státy (polis), které tvořilo zpravidla jen město a jeho
zázemí (cca 250 km²), později se vytvářela mnohem heterogennější impéria, která
spojovala několik etnicky, politicky nebo teritoriálně svébytných celků. Ve
středověku existovaly feudální státy organizované jako svazky panství a měst
podřízených osobě panovníka.
Teprve od 18. století se prosazuje model národního státu, tedy stát obývaného
převážně příslušníky jednoho etnika, ve kterém je národ chápán jako nositel státní
suverenity (místo panovníka) a idea státu splývá s ideou národa. Prakticky
všechny současné státy světa fungují podle politického modelu národního státu, i
když v moderních demokraciích je „národní“ prvek poněkud potlačen a stát se
prohlašuje za reprezentanta občanské společnosti, resp. všech svých občanů.
Týká se to i České republiky, která ve své ústavě není definována jako stát
českého národa, ale jako stát „občanů České republiky v Čechách, na Moravě a ve
Slezsku“ (český národ v ní vůbec není zmíněn). Přesto se v praxi ČR jako národní
stát chová, např. aktivně podporuje české krajany v zahraničí na základě jejich
české národnosti (početné vysídlence německé národnosti nepodporuje vůbec).
6.2 Republiky a monarchie
Podle toho, jak je organizována státní moc, resp. jak jsou uspořádány vztahy mezi
jednotlivými složkami státní moci se rozlišují tzv. formy státu. Nejčastěji se státy
člení podle způsobu, jakým získává hlava státu svůj úřad na monarchie a
republiky. Na základě jiného kritéria – vnitřní organizace státu – můžeme státy
rozdělit na unitární a složené. Formu státu určuje zpravidla ústava.
51
Najít přesné dělící kritérium mezi republikami a monarchiemi nelze. Pokud bychom
jen konstatovali, že v republikách je hlava státu volena na časově omezené funkční
období a v monarchiích je toto postavení děděno na neomezenou dobu, pak
bychom nebyli daleko od pravdy. Je tu ale „problém výjimek“: i některé republiky
jsou prakticky „dědičné“ (např. Severní Korea) a v některých monarchiích je hlava
státu volena buď doživotně, nebo dokonce na časově omezené funkční období. Až
na jednu výjimku se všechny státy světa hlásí ve svých ústavách buď
k republikánské, nebo k monarchistické formě.
Onou výjimkou je Samoa, která se od vyhlášení své nezávislosti v roce 1962 ve
své ústavě označuje pouze za „nezávislý stát“ s tím, že dva spoluvládcové země
zůstanou ve funkci až do své smrti a následující hlava státu bude již volena na
funkční období 5 let (k této změně došlo v roce 2007). Jak dědičné tak volené
hlavy státu mají shodné označení funkce (O le Ao o le Malo, tj. „hlava státu“) a i
současní volení vládcové jsou oslovováni jako „Jejich Výsosti“.
6.2.1 Monarchie
Monarchie je tedy forma státu, ve které je hlavou státu monarcha (král, císař,
kníže, velkovévoda …), který zpravidla svůj úřad dědí. Délka funkčního období
zpravidla není omezena. Panovník mívá práva čestná (např. užívání titul, predikátů
a znaků) a výsostná (např. vydávání zákonů, jmenování státních úředníků, právo
reprezentovat stát navenek, uzavírat mezinárodní smlouvy, velet branné moci,
vypovídat válku a sjednávat mír, udílet milost atd.).
Podle způsobu výběru nového monarchy se rozlišují monarchie dědičné a méně
obvyklé monarchie volební. Volební monarchie jsou spíše výjimečné, v minulosti
se totiž ukázaly jako málo stabilní (kandidáti na krále zpravidla museli slíbit
výrazné ústupky šlechtě, která pak nabyla ve státě zcela výsadní postavení – např.
v Polsku).
Pro zájemce: Bylo České království volební, nebo dědičnou monarchií?
I když je to poměrně málo známo, až do roku 1627 bylo České království volební, nikoliv dědičnou
monarchií. Králové si ale většinou zajišťovali nástupnictví svých potomků ještě za svého života a tak
skutečně otevřené volby panovníků probíhaly jen v případech, že žádní mužští potomci nebyli
k dispozici. Asi nejdále zašel v této praxi Karel IV., který nechal svého syna Václava IV. korunovat na
českého krále, když byly chlapci pouhé 2 roky (v roce 1363, vládnout ale začal až po otcově smrti
v roce 1378). Tento krok vyvolal v tehdejší společnosti nejen údiv, ale i uštěpačné poznámky, např.
pražský kanovník Pavel Žídek korunovaci vylíčil slovy: „Když byl ve dvú letú, tehdy korunován jest na
hradě a v té chvíli plakal náramně a zesral oltář svatého Mauricí na hradě, až jeden pekař dal mu
koláček, teprv se utajil.“
Monarcha je volen v případech, kdy z povahy věci nemůže mít potomky (Vatikán –
papeže volí kolegium kardinálů), nebo v případech, kdy je stát složen s několika
dílčích monarchií, jejichž vládci si mezi sebou vybírají představitele státu jako
celku. K tomuto typu patří Malajsie a Spojené arabské emiráty. Poslední „pravou“
volební monarchií je Kambodža, ve které je král vybírán doživotně královskou
radou z kandidátů z královské rodiny.
52
K volebním monarchiím se blíží další tři státy. Andorra má archaickou státní formu
spoluknížectví, ve kterém plní funkci státu současně biskup v La Seu d'Urgell (ve
Španělsku) a francouzský prezident (původně francouzský král). Protože
francouzský prezident je volen, je Andorra jakýmsi „polovolebním“ knížectvím. Ve
Svazijsku je rozhodnutí o budoucím panovníkovi ponecháno královské rodině,
která ho vybírá kolektivně po smrti předchozího panovníka (nikdy se jim nestává
nejstarší syn). Podobný systém je i v Saúdské Arábii, kde je kolektivnímu
rozhodnutí rodiny Saúdů ponecháno právo vybrat korunního prince.
V dědičných monarchiích je funkce hlavy státu obsazována automaticky na
základě dědického práva. V detailech se princip dědění trůnu v jednotlivých zemích
liší, nejběžnější je systém tzv. primogenitury – podle něj trůn dědí nejstarší syn,
případně nejstarší potomek (v Evropě řada monarchií již zrovnoprávnila při
nástupnictví dcery se syny, jako první tak učinilo Švédsko). V mimoevropských
muslimských monarchiích je obvyklejší, že trůn dědí osoba z vládnoucího rodu
podle výběru předchozího monarchy (nemusí jít nutně o nejstaršího syna).
V dědičných monarchiích je teoreticky možná i situace, kdy se stane panovníkem
osoba nezletilá, případně osoba intelektuálně nebo zdravotně nezpůsobilá
vykonávat tuto funkci. V podobných případech sice panovník formálně usedá na
trůn, ale jeho pravomoci vykonává „způsobilý“ zástupce, který se označuje jako
regent.
Podle pravomocí panovníka se rozlišují 3 formy monarchií:
•
•
•
Absolutní monarchie jsou typické pro starověk a středověk. Monarcha
v nich kontroluje jak výkonnou, tak zákonodárnou moc. V současnosti je
absolutní monarchie např. Saúdská Arábie.
Konstituční monarchie je typ státu, ve kterém je monarcha v čele
výkonné moci, ale nemá moc zákonodárnou a při výkonu svých pravomocí
je omezen ústavou. Jde o vývojově mladší typ monarchií, patří k němu
většina arabských monarchií na Blízkém Východě.
Parlamentní monarchie mají monarchu pouze jako symbol státu a osobu,
která stát reprezentuje navenek. Zákonodárnou moc reprezentuje
parlament a výkonnou moc vláda, která za svou činnost odpovídá
parlamentu, nikoliv panovníkovi. V současnosti např. monarchie v Evropě
(Spojené království, Lucembursko, Belgie, Nizozemsko, Dánsko, ad.).
6.2.2 Republiky
Republika je formou státu, ve které je hlava státu zpravidla volena na časově
omezené funkční období (nejčastěji 4–5 let). Titul hlavy státu je nejčastěji
„prezident“ (existují ale i jiné varianty). V republikách mohou být hlavy státu i
kolektivní, i když jde o poměrně neobvyklý případ. Např. švýcarská Federální rada
má 7 členů (jeden její člen je vždy na rok ceremoniální hlavou státu, rozhodnutí ale
přijímá Federální rada kolektivně), předsednictvo Bosny a Hercegoviny má 3 členy
(z různých národů), San Marino má 2 kapitány-regenty. Jakékoliv politické praxi
jiného státu i elementární logice se pak vymyká situace v Severní Koreji, kde je
oficiální hlavou státu s titulem „věčný prezident“ Kim Ir-sen, který zemřel v roce
1994, reální vládci země pak vládnou jeho jménem. V tomto případě jde ale
v podstatě o teokratický model vlády.
53
Podle míry, jakou se prezident republiky podílí na výkonné moci, se vyvinuly 2
základní typy republik: republiky prezidentské a republiky parlamentní. Neliší se jen
mírou pravomocí prezidenta. ale také „logikou“ uspořádání státní moci. V obou
typech se respektuje fakt, že moc se dělí na 3 složky (zákonodárná, výkonná a
soudní), ale liší se způsobem, jak je konstituovat.
V parlamentních republikách se vychází z představy, že nejdříve je třeba přenést
suverenitu lidu (řádově miliony až stovky milionů lidí) na menší těleso, kterým je
parlament. Zvolení poslanci pak reprezentují „úplnou“ vůli obyvatelstva a proto se
vytváření dalších orgánů odvíjí od parlamentu. Prezidenta volí většinou parlament,
jeho funkce je ale pouze reprezentativní. Výkonnou moc reprezentuje vláda v čele
s předsedou vlády. Vládu sice jmenuje prezident, politicky odpovědná je ale pouze
parlamentu, který ji musí vyslovit důvěru. Tento systém však může vést
k zablokování státní moci v případě, že politické složení parlamentu neumožňuje
sestavení vlády, proto má hlava státu právo, pokud nastane taková situace,
parlament rozpustit. Typickým reprezentantem parlamentního typu republik je
Česká republika a Slovensko. V obou státech bylo sice přenecháno rozhodnutí o
výběru prezidenta obyvatelstvu, jeho pravomoci ale zůstaly nezměněné.
K přiřazení státu do kategorie parlamentních republik je klíčový způsob vytváření
vlády.
Parlamentní republiky
Obr. 15 Rozdělení moci v parlamentní republice
V prezidentských republikách je výchozí úvaha jiná: pro všechny složky moci,
které mohou být zvoleny přímo obyvatelstvem, se použije tohoto způsobu
obsazení. Proto není obyvatelstvem volen jen parlament, ale také prezident, který
je zároveň předsedou vlády. Postavení prezidenta je mnohem silnější (skutečně
vládne) a vztahy zákonodárné a výkonné moci rovnoprávnější, než
v parlamentních republikách (vláda svou moc odvozuje od lidu, ne od parlamentu).
V prezidentských republikách tedy poslanci nereprezentují „úplnou“ vůli
obyvatelstva, ale jen její „zákonodárnou“ část. Vláda je odpovědná pouze
prezidentovi, jde vlastně o jeho osobní tým, který mu pomáhá s výkonem jeho
pravomocí. Nehrozí nebezpečí, že nebude možné sestavit vládu, proto v těchto
typech republik nemá prezident právo rozpustit parlament. Typickým
představitelem prezidentských republik jsou USA.
Prezidentské republiky
54
Obr. 16 Rozdělení moci v prezidentské republice
Kombinovat typické znaky parlamentních a prezidentských republik se pokouší
přechodná forma parlamentně-prezidentských republik. V nich má přímo volený
prezident výrazné postavení při řízení výkonné moci, existuje ale i vláda s vlastním
předsedou, která je odpovědná jak prezidentovi, tak parlamentu. Prvním státem,
který zavedl tento smíšený model byla v roce 1958 Francie.
6.3 Unitární a složené státy
Podle územní organizace státní moci (rozdělení moci mezi ústřední orgány a
orgány teritoriálních částí) se rozlišují státy unitární a státy složené.
6.3.1 Unitární státy
Unitární stát
Unitární stát má jednotnou soustavu nejvyšších státních orgánů a jednotný právní
řád. S výjimkou miniaturních městských států ale nemohou ústřední státní orgány
efektivně rozhodovat i o lokálních a regionálních záležitostech, proto část svých
pravomocí přenášejí (delegují) na orgány nižších teritoriálních jednotek. Důležitým
znakem unitárních států je, že kompetence nižších územních jednotek jsou
odvozeny od jednotek vyšších a nižší jednotky o nich nemohou spolurozhodovat.
Např. v ČR jsou kompetence krajů určeny parlamentem ČR, který je může podle
vlastního uvážení měnit bez ohledu na stanovisko samotných krajů.
55
V praxi existují 2 základní formy unitárních států:
•
•
centralizovaný unitární stát (má hierarchickou strukturu územních
jednotek, vyšší jednotky mají právo měnit nejen kompetence, ale i
rozhodnutí jednotek nižších),
decentralizovaný unitární stát (má též hierarchickou strukturu územních
jednotek, ústava nebo zákon ale odevzdává určitou část výkonu státní
moci nižším administrativním jednotkám, které je pak provádějí
samostatně – vyšší jednotky mohou kontrolovat soulad těchto rozhodnutí
se zákonem, nikoliv je však libovolně měnit).
Žádny stát není „úplně“ centralizovaný nebo „úplně“ decentralizovaný, vždy se
některé otázky veřejné správy řeší centralizovaně, jiné decentralizovaně. Poměr
centralizovaných a decentralizovaných pravomocí se mezi jednotlivými státy
značně liší. V demokraciích je obvyklá jistá míra decentralizace, autoritativní a
totalitární státy bývají naopak silně centralizované (např. fašistické Německo,
komunistický SSSR, Čína).
Evropská unie prosazuje decentralizaci státní moci. Jedním z jejich hlavních
principů je tzv. princip subsidiarity. Podle něj se mají rozhodnutí odehrávat na
tom stupni politického systému, který je občanům nejbližší (tj. hierarchicky co
nejnižší stupeň územního členění, který je ještě schopen kvalifikovaně
rozhodnout). Např. problematiku komunálního odpadu jsou schopny řešit obce,
měla by být v jejich kompetenci a ne např. v kompetenci krajských úřadů. Některé
státy mají princip subsidiarity resp. požadavek decentralizace státní moci zakotven
přímo v ústavě.
Princip jednotného právního řádu v unitárních státech připouští, aby v jejich rámci
existovaly autonomní územní útvary. Jde o stav, kdy mají orgány některých
administrativně-územních jednotek vyšší výkonné nebo zákonodárné pravomoci,
než orgány ostatních územních jednotek stejné hierarchické úrovně. Důvody k
autonomii mohou být etnické, rasové, konfesionální, prostorové (např. odlehlé
ostrovy) nebo historické (tradiční územní jednotky). V těchto případech je někdy
pro centrální orgány státu efektivnější předat autonomní jednotce řešení
specifických otázek spjatých s její „odlišností“ od zbytku státu, než je pracně
zohledňovat v celostátním měřítku. Typický příklad: ministerstvo školství vytvoří
obecná pravidla pro školskou docházku, orgány autonomního území je přizpůsobí
tomu, že v místních školách se vyučuje jazykem národnostní menšiny (např. upraví
počet hodin výuky jednotlivých předmětů s ohledem na fakt, že se děti učí o jeden
jazyk více, připraví dvojjazyčné formuláře vysvědčení, apod.). Autonomie se přitom
nevztahuje na všechny sféry činnosti státu, ale zpravidla jen na řešení konkrétního
výčtu otázek (např. kulturních, školských a jazykových záležitostí). Unitární státy,
které mají na svém území autonomní útvary, se označují jako diferencované
státy.
Princip subsidiarity
Autonomní útvary
56
Tab. 3 Příklady autonomních útvarů
Typ autonomie
národnostní
rasová
konfesionální
prostorové
historické
Jaký problém řeší autonomie?
specifické potřeby národnostní
menšiny (školství, jiná úprava
úředního jazyka apod.)
specifické potřeby skupiny
definované rasově
specifické potřeby skupiny
definované na základě
náboženství (často ale spojeno i
s odlišnou národností)
problém územně oddělených
nebo dopravně nepřístupných
částí států (autonomie jim
umožňuje např. ochranu
místního trhu nebo daňové
zvýhodnění pro obyvatele)
zpravidla navazují na dřívější
státní útvary, které ztratily
nezávislost, nebo mají proti
zbytku státu výrazně odlišnou
historii a organizaci společnosti
příklady
Karakalpakstán v
Uzbekistánu, Valle
d‘Aosta v Itálii apod.
indiánské rezervace v
některých amerických
státech, Dárfúr (převážně
černošský) v rámci
Súdánu (převážně
bělošský) – v tomto
případě jde ale o
komplexnější problém
muslimské Adžarsko v
převážně křesťanské
Gruzii, v Adžarsku se
přitom mluví gruzínsky
Azory a Madeira v rámci
Portugalska
Aceh a Yogyakarta
(bývalé nezávislé
sultanáty s dlouhou
státoprávní tradicí) v
Indonésii
Za autonomii se nepovažují případy, kdy některé jednotky mají na shodné
hierarchické úrovni nižší úroveň pravomocí (centrálně spravovaná území – např.
vojenské prostory, v některých zemích národní parky, apod.). Rovněž zvláštní
právní postavení obvodu hlavního města státu, které je poměrně časté, není
chápáno jako autonomie. Např. i v ČR se řídí veřejná správa v hlavním městě
Praze podle jiného zákona, než správa v krajích.
Někdy se dělí autonomní útvary podle míry autonomie na dva typy:
•
•
Územní autonomie: jejich území i míra autonomie může být měněna i bez
jejich souhlasu – např. rozhodnutím ústředního parlamentu),
Politická autonomie: ke změně území nebo míry autonomie je nutný
souhlas samotného autonomního útvaru – např. jeho parlamentu, politické
autonomie mají v některých případech velmi rozsáhlé pravomoci (v
krajních případech i právo osamostatnit se – např. Karakalpakstán má
formálně právo osamostatnit se od Uzbekistánu).
57
6.3.2 Složené státy
Složené státy jsou, zjednodušeně řečeno, „státy tvořené dílčími státy“. Skládají se
z více členských států, které přijaly společnou ústavu a zřídily společné nejvyšší
orgány. Členské státy předaly společným orgánům složeného státu dobrovolně
část svých kompetencí (zpravidla obrana, zahraniční politika, měnová politika,
imigrační politika, atd.). Orgány společného státu rozhodují jen o těchto
„předaných“ otázkách, jejich rozhodnutí je ale pro členy závazné. Vše, co do
předaných kompetencí nespadá, řeší členské státy samostatně a ústřední orgány
nemají pravomoc rozhodnutí členských zemí v tomto okruhu otázek měnit.
Nositelem mezinárodně-právní subjektivity je složený stát jako celek, členské státy
zpravidla nemají právo uzavírat mezinárodní smlouvy.
Členské státy složených států se označují různě. Nejčastěji jako státy (v USA, Indii,
Austrálii, Brazílii), republiky (v Rusku), země (v Rakousku a Německu), království,
provincie (v Kanadě) apod. Označení „provincie“ pro územní jednotku přitom není
používáno jen ve složených státech, běžně se tak označují i hierarchické územní
jednotky v unitárních státech.
Složený stát se vyskytuje nejčastěji ve formě federace nebo reálné unie.
Reálná unie je „volnější“ varianta složeného státu. Reálné unie jsou vždy
monarchiemi, členské státy mají společného panovníka, některá ministerstva, ne
ale parlament. Společné zákony vznikají dohodou parlamentů členských zemí. Až
na pravomoci panovníka a společných ministerstev jsou členské státy nezávislé.
V kompetenci společných ministrů jsou zahraničních věcí, obrana a zpravidla i
finance.
Klasickým příkladem reálné unie je bývalé Rakousko-Uhersko. Rakousko a
Uhersko měly v jeho rámci vlastní politický systém, oddělená celní území, vlastní
občanství (občané Uher např. nemohli v Rakousku volit), společná byla jen
armáda, měna a panovník.
Obr. 17 Neobvyklý typ vztahů v Rakousku-Uhersku se odrazil i v podobě státní vlajky
Reálná unie
58
Federace
Federace je „těsnější“ forma společného státu. Společné orgány federace tvoří
společná hlava státu, vláda i parlament. Typické je pro ně přesné rozdělení
kompetencí mezi federaci a členské státy a z toho plynoucí dvojí zákonodárství.
Federální zákonodárství reguluje společné záležitosti a je závazné pro celé území
federace, zákonodárství členských států reguluje záležitosti členských zemí a je
platné jen pro jejich území. Mezi společně řešené otázky patří vždy státní
občanství, obrana a diplomatické zastoupení.
Nejpřirozenější způsob vzniku federace je vznik „zdola“ – spojením dvou nebo
více dosud nezávislých států. Takto se vytvořil např. vůbec první moderní
federativní stát – Spojené státy americké, nebo Německo. Státy ale mohou být
federalizovány i „shora“, tj. rozhodnutím parlamentu dosud unitárního státu.
Důvodem federalizace v těchto případech bývá zpravidla snaha o řešení vztahů
mezi národy v mnohonárodních státech. Shora byla federalizována např. Belgie
nebo Etiopie, do této skupiny patřilo rovněž bývalé Československo. Spíše
výjimečně vznikne federace spojením několika bývalých závislých území při
vyhlášení nezávislosti (Kanada, Austrálie, Malajsie) nebo udělením nezávislosti
složenému území (Mikronéská federace).
Federace se zpravidla klasifikují podle dvou různých hledisek. Podle charakteru
členů se rozeznávají:
•
•
•
Federace založené na územním principu (členské země se neliší
jazykem nebo náboženstvím, většinou mezi nimi nejsou ani velké
velikostní rozdíly; USA, Brazílie, Venezuela, ad.)
Federace založené na etnickém principu (členské státy se liší
charakterem obyvatelstva, zpravidla jsou etnicky homogenní – federalizace
státu v tomto případě řeší vztahy mezi hlavními národy; Belgie, Etiopie,
Československo)
Přechodné typy (část jednotek je územních, část etnických; Rusko,
Kanada)
Podle právního postavení členů se rozlišují:
•
•
Federace symetrické (všichni členové mají stejná práva; většina)
Federace asymetrické (existuje několik kategorií členství, každá z nich
má jiná práva; klasický příklad: Rusko, ve kterém se liší pravomoci republik
od pravomocí oblastí a krajů)
K předchozímu dělení je třeba podotknout, že i v symetrických federacích mohou
existovat jednotky se sníženým stupněm pravomocí – např. území společného
hlavního města (USA, Brazílie, Malajsie), nebo jednotky, které se výrazně liší od
členských států velikostí nebo počtem obyvatelstva (teritoria v Indii nebo v
Kanadě).
Zvláštním podtypem asymetrických federací jsou federace složené ze dvou států, z
nichž jeden je výrazně menší, než druhý. V tom případě někdy přebírají ústřední
orgány složeného státu i funkce orgánů většího ze členů a pouze menší člen má
vlastní parlament a vládu – v praxi se struktura státních orgánů podobá unitárnímu
státu s autonomním územím (např. Svatý Kryštof a Nevis, Tanzanie).
59
6.4 Ideologické typologie států
6.4.1 Aristotelovo členění států
Základní – a vlastně dodnes platnou – ideologickou typologii států provedl už
Aristoteles (384–322 př. n. l.) v knize Politika. Podle formy vlády vymezil 3
„správné“ formy:
•
•
•
Monarchie (µοναρχία) – panství jednotlivce, který sleduje prospěch celku
Aristokracie (αριστοκρατία) – „panství nejlepších“, tj. vybrané menšiny
Demokracie (δηµοκρατία) – „panství lidu“, tj. většiny*
a také 3 „zvrhlé“ formy:
•
•
•
Tyranie – panství jednotlivce, který sleduje jen vlastní prospěch
Oligarchie (ολιγαρχία) – „panství několika“, tj. bohatých k jejich prospěchu
Ochlokracie (οχλοκρατία) – „panství luzy“, tj. zvůle chudých*
* Aristoteles ale označoval vládu většiny pojmem politeia a zvůli chudých jako
demokracii (upraveno v souladu s dnešním chápáním těchto pojmů)
Vedle 3 základních Aristotelových typů se někdy uvádí i typ 4. – ideokracie, tj.
„panství myšlenky“. V těchto systémech formálně neexistuje lidská vrchnost,
nejvyšší moc má bůh (teokracie), nadlidská duchovní bytost nebo idea oproštěná
od slabostí lidské povahy. Problémem těchto systémů je, že bůh nebo idea
nepůsobí přímo a proto si v praxi přisvojují jeho moc osoby (osoba) „oprávněné“
interpretovat boží vůli nebo hlavní ideu. Podle povahy této „interpretující“ osoby se
může jednat o obdobu kterékoliv ze 3 „správných“ i 3 „zvrhlých“ forem státu.
K teokracii jako státní formě se hlásí Vatikán (katolická teokracie) a Írán (islámská
teokracie – Írán ale upřednostňuje označení nomokracie – „vláda (božího) slova“),
některé znaky ideokracie mají i komunistické režimy (neměnná údajně dokonalá
idea a úzká skupina osob oprávněných ideu interpretovat).
6.4.2 Demokracie a totalita
Z Aristotelových koncepcí vychází nejběžnější dělení států na země demokratické,
autoritářské a totalitární:
•
•
•
Demokracie – to si do jisté míry umíme představit „z praxe“,
Autoritářství – vládne vůdce nebo malá skupina vůdců bez využívání
vůdčí ideologie, moc vůdce není nejasně vymezena a je připuštěn
omezený politický pluralismus, v omezené míře (nebo v některých
aspektech veřejného života) je možná svobodná existence subjektů, které
jsou nezávislé na politické moci (např. církve, vysoké školy), občanům není
vnucována žádná ideologie, není vytvořen systém jediné politické strany,
která by splývala se státem.
Totalita – vládne vůdce nebo malá skupina vůdců zpravidla s využitím
vůdčí ideologie, moc vůdce je jasně vymezena (de facto absolutní,
formálně ale může být omezená), není připuštěn ani omezený politický
pluralismus, veškeré veřejné aktivity jsou pod kontrolou vedení státu,
občanům je „státní“ ideologie vnucována, zpravidla je vytvořen systém
jediné politické strany, která splývá se státem (případně má jedna z
politických stran formálně zaručenu „vedoucí úlohu“).
60
Zjednodušeně bychom mohli říci, že v autoritářských státech vládcům stačí, když
se obyvatelé chovají k moci konformně a je jim vcelku jedno, co jinak dělají nebo
co si myslí, u totalitních států má centrální moc snahu ovládat obyvatelstvo úplně:
nejen jeho chování, ale i myšlení. Hranice není přitom zcela ostrá (např.
komunistické režimy).
Míra svobody
Míru „demokratičnosti“ konkrétního státu můžeme odhadnout poměrně spolehlivě
podle tzv. míry svobody, číselné charakteristiky, kterou zveřejňuje každoročně
organizace Freedom House. Freedom House provádí evaluaci států podle stavu a
míry dodržování lidských a občanských práv v praxi, nehodnotí tedy „teoretickou“
míra práv danou zákony, ale skutečnost „v terénu“. Zvlášť se hodnotí politická
práva (právo svobodné participace na politických procesech, zejména volbách) a
občanské svobody (osobní svobody jednotlivce). V politické oblasti se sleduje 10
aspektů v těchto oblastech: volební proces (posuzována spravedlnost voleb),
politický pluralismus (posuzováno právo občanů politicky se organizovat, postavení
opozice, míra zasahování silových uskupení – armády, politických stran,
náboženské hierarchie – do politických svobod občanů, politická práva menšin) a
praktické fungování vlády (míra, s jakou určují politiku vlády svobodně zvolené
instituce, míra ovlivnění vlády korupcí, míra transparentnosti, otevřenosti a
odpovědnosti voličům v období mezi volbami). V oblasti občanských svobod se
hodnotí 15 aspektů v těchto okruzích: svoboda slova a náboženské svobody,
práva sdružovací, právní prostředí a osobní svobody a práva.
Hodnocení je číselné na stupnici 1–7, přičemž 1 představuje nejvyšší míru
svobody, 7 pak úplnou nesvobodu). Průměr hodnocení obou ukazatelů pak zařadí
zemi do jedné z kategorií:
•
•
•
svobodná (Free)
částečně svobodná (Partly Free)
nesvobodná (Not Free)
– 1,0–2,5 bodů
– 3,0–5,0 bodů
– 5,5–7,0 bodů
Ve zprávě z roku 2008 bylo hodnoceno 90 států jako svobodné (46 % populace),
60 bylo označeno za částečně svobodné (18 % populace) a 43 jako nesvobodné
(36 % populace).
Obr. 18 Mapa svobody organizace Freedom House
61
SHRNUTÍ
Státy můžeme dělit na typy podle různých kritérií. Nejčastěji se rozlišují monarchie
a republiky – každá z těchto forem má několik podtypů podle vztahu hlavy státu
k výkonné moci. Z hlediska vnitřního územního uspořádání rozlišujeme státy
unitární a složené. Nejběžnější ideologické klasifikace rozčleňují státy na
demokratické, autoritářské a totalitární.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Jaké jsou základní rozdíly mezi parlamentními, prezidentskými a
parlamentně-prezidentskými republikami?
2. Srovnejte jednotlivé typy monarchií podle pravomocí hlavy státu.
3. Jaké jsou základní rozdíly mezi unitárními a složenými státy.
4. Vyhledejte na webových stránkách Freedom House aktuální informace o
míře svobody v Číně, Indii, na Kubě a v České republice.
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
62
Administrativní členění států
7
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
odlišit státní správu a samosprávu
poznat jednotlivé kategorie administrativního členění ČR
vysvětlit princip statistických jednotek NUTS
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Existují v České republice okresy? Polovina studentů se pravidelně domnívá, že
ne. Je NUTS2 totéž co kraj? Polovina studentů se pravidelně domnívá, že ano.
Je obec a sídlo totéž? Polovina studentů se pravidelně domnívá, že ano. Je
Vysočina název administrativní jednotky, nebo salámu? … Jak vidíte, je potřeba
si v tom trochu „udělat pořádek“
7.1 Administrativní členění států
Prakticky všechny státy jsou členěny na menší administrativní územní jednotky. V
rámci nižších jednotek se pak vykonává část výkonných rozhodnutí státu – tzv.
veřejná správa. Územní administrativní jednotky jsou zpravidla vytvářeny v
několika hierarchicky uspořádaných stupních. „Hierarchické uspořádání“ znamená,
že nižší stupně jsou podřízeny vyšším, zpravidla platí i to, že vyšší jednotky jsou
územně členěny na nižší (územní skladebnost administrativních jednotek).
Veřejná správa má 2 základní formy:
•
•
státní správa (vykonává ji stát, resp. orgány jmenované státem a
podřízené státu – u nás např. činnost úřadů práce, soudů apod.),
samospráva (vykonávají ji sami obyvatelé územní jednotky
prostřednictvím svých volených orgánů – u nás obecních a krajských
zastupitelstev).
Administrativní územní jednotky jsou tedy územními obvody působnosti
jednotlivých samosprávných nebo správních orgánů. Přitom některé územní
jednotky mohou být pouze správní a jiné samosprávné (případně správní i
samosprávné současně). Hierarchicky nejnižší správní úroveň představují
prakticky ve všech státech obce, které jsou v naprosté většině států samosprávné.
U vyšších stupňů se samosprávné a správní jednotky často „střídají“ (např.
samosprávná obec – správní okres – samosprávný kraj …) – praxe v jednotlivých
státech se ale značně liší. Administrativní struktura ČR patří nejkomplikovanějším
na světě, proto se jí budeme věnovat podrobněji..
63
7.2 Administrativní členění České republiky
Česká republika je unitární stát, který je částečně decentralizovaný. Podle článku
99 české ústavy se náš stát člení na obce, které jsou základními územními
samosprávnými celky, a kraje, které jsou vyššími územními samosprávnými celky.
Územní samosprávné celky ústava definuje jako „územní společenství občanů,
která mají právo na samosprávu.“ Administrativními jednotkami, které jsou pouze
správní, se ústava nezabývá.
V praxi se pro správní účely území ČR člení na 3 principiálně odlišné skupiny
jednotek:
•
•
•
dvě úrovně samosprávných jednotek: obce a kraje (v případě Prahy
spojeny pod názvem hlavní město)
Několik úrovní správních jednotek pro výkon různých aspektů státní
správy (matriční obvody, obvody stavebního úřadu, správní obvody obcí s
rozšířenou působností apod.)
Několik úrovní územně technických jednotek sloužících k evidenčním
nebo statistickým účelům (katastrální území, základní sídelní jednotky,
okresy apod.)
7.2.1 Obce
Základním článkem administrativního členění státu jsou obce. Pravidla jejich
činnosti určuje zákon č. 128/2000 Sb., o obcích (obecní zřízení), jejich základní
funkcí má být péče o všestranný rozvoj svého území a o potřeby svých obyvatel.
Obcí je v ČR 6 244 (k 26. 10. 2009, statistici většinou připočítávají i 5 vojenských
újezdů). Obce zaplňují téměř celé státní území, výjimkou je 5 tzv. vojenských
újezdů. Vojenský újezd je podle zákona o zajišťování obrany České republiky (č.
222/1999 Sb.) „vymezená část území státu určená k zajišťování obrany státu a k
výcviku ozbrojených sil“. Újezdy tvoří územní správní jednotky, které nejsou, na
rozdíl od obcí, samosprávné, na jejich území neexistují volená zastupitelstva a
vnitřní správu vykonává tzv. újezdní úřad, který je zároveň orgánem státní správy i
vojenským orgánem. V jeho čele je jmenovaný přednosta, podřízený ministerstvu
obrany. Na území újezdů jsou umístěny tzv. vojenské výcvikové prostory, které
slouží k zabezpečení polního výcviku Armády ČR (jejich názvy se ale v některých
případech neshodují s názvem vojenského újezdu). V současnosti se připravuje
změna hranic vojenských újezdů tak, aby neměly žádné trvalé obyvatelstvo.
Obce působí ve dvou okruzích činností – mají tzv. samostatnou působnost a
přenesenou působnost:
•
•
samostatná působnost obcí jsou záležitosti, které spravuje obec
samostatně prostřednictvím své samosprávy (obecního zastupitelstva a
starosty), v těchto záležitostech obce vydávají obecně závazné vyhlášky,
přenesená působnost obcí jsou záležitosti státní správy, jejichž výkon byl
zákonem svěřen orgánu obce (obecnímu úřadu), v těchto záležitostech
obecní úřady vydávají nařízení obce.
Obce
64
O otázkách samostatné působnosti obce rozhodují občané obce prostřednictvím
zastupitelstva nebo v obecních referendech (např. o rozpočtu obce, místních
poplatcích, umístění skládky, apod.). V otázkách přenesené působnosti obce
rozhodují obecní úředníci přesně podle pokynů státu, které nesmí změnit (např.
není možné, aby si matrikářka změnila pravidla pro uzavírání sňatku nebo aby
obec vydávala vlastní občanské průkazy). Kvůli těmto rozdílům je samostatná a
přenesená působnost obcí odlišena i formulačně – v prvním případě jde o
rozhodnutí obce (města, městyse), v druhém o rozhodnutí obecního úřadu
(městského úřadu, úřadu městyse).
Obr. 19 Dva typy pravomocí obcí, proto dvě tabulky:
levá pro samostatnou působnost obcí, pravá pro přenesenou působnost obce
Města a městyse
Statutární města
Hlavní město Praha
Některé obce jsou na základě své velikosti, významu nebo historických okolností
označovány jako města či městyse. Toto označení se projevuje i v názvech
samosprávných orgánů (zastupitelstvo města, zastupitelstvo městyse). Ostatní
obce se neúředně – zejména v hovorové češtině – označují jako „venkovské“
obce, toto označení se ale nikdy nepoužívá v úředních dokumentech.
Všechny obce – „venkovské“, městyse i města – mají stejné právní postavení a
z hlediska pravomocí samosprávy se vůbec neliší. Zvláštní práva má však 23
velkých nebo rozlehlých měst, která se označují jako statutární města. Tato
města, na rozdíl od zbylých obcí, mohou (ale nemusí) rozčlenit své území na
menší samosprávné městské obvody nebo městské části s vlastními orgány
samosprávy. Vnitřní poměry ve věcech správy města v takovém případě vymezuje
zvláštní městská vyhláška označovaná jako statut města. Ve statutárních městech
se označuje městský úřad jako magistrát a starosta jako primátor.
Další „zvláštní“ obcí je Praha, ve které se samospráva a státní správa neřídí
zákonem o obcích, ale zvláštním zákonem o hlavním městě. Postavení Prahy je
obdobné jako u statutárních měst, navíc ale má kompetence, které náležejí na
zbytku území státu krajům. V současnosti je Praha členěna na 57 městských částí,
které jsou samosprávné (město na ně přeneslo část svých kompetencí v oblasti
své samostatné působnosti), vedle toho se člení na 22 správních obvodů
(vykonávají státní správu) a úředně existuje i členění na 10 územních obvodů (mají
jen evidenční funkci, odpovídají okresům na zbytku státu).
65
Z orientačních a evidenčních důvodů se člení i obce na některé územní technické
jednotky. Jde především o tzv. katastrální území. Katastrální území vznikla
v dnešní podobě na počátku 19. století a slouží k přesné evidenci vlastnictví
nemovitostí (půda, budovy). Obec se skládá z jednoho nebo více celých
katastrálních území. Katastrálních území je v ČR 13 027 (k 26. 10. 2009).
Pro zájemce: Historici, pozor! Dříve se to jmenovalo jinak!
Do roku 1927 se používal pro katastrální území název katastrální obec (případě berní obec), pro obce
jako samosprávná společenství občanů pak označení politická obec případně místní obec. S těmito
pojmy se můžeme sporadicky setkat v různých historických nebo populárních pracích dodnes.
Další evidenční jednotkou jsou části obce. V pravém slova smyslu nejsou části
obcí územní jednotkou, ale jen souborem budov, který má vlastní název a vlastní
označování řadou popisných a/nebo evidenčních čísel. Obec může mít jednu nebo
více částí, v ČR jich je v současnosti 15 049 (k 26. 10. 2009). Části obce nemají
vlastní volené orgány samosprávy. Obec jako celek má zpravidla název totožný
s názvem své nejvýznamnější části, existují však i výjimky, kdy má obec jiný
název, než kterákoliv její část. V těchto případech název obce vychází
z obecnějších geografických pojmenování (např. obec Ralsko v okrese Česká
Lípa: obecní úřad sídlí v její části Kuřivody a žádné sídlo nebo část obce s názvem
Ralsko neexistuje), nebo kombinuje názvy největších částí obce (např. BrumovBylnice nebo Brandýs nad Labem-Stará Boleslav). Pro části obce se dříve
používalo označení osada. S tímto pojmem se můžeme sporadicky setkat
v různých historických nebo populárních pracích dodnes.
Pro zájemce: Úřední název obce a „název na ceduli“ nemusí být totožný!
Obec s názvem „Hranice na Moravě“ skutečně neexistuje …
Názvy obcí nemusí být totožné s označením různých místních úřadů a objektů. Např. v adresách se
neuvádí název obec, ale příslušné pošty (poštovního úřadu), který se může od název obce lišit, např.
dodáním geografického označení (Hranice u Aše apod.). Od názvu obce nebo části obce se mohou lišit
i názvy katastrálních území (musí být jedinečné pro celé území státu), názvy nádraží (rovněž jsou
použity různé dovětky znemožňující záměnu, např. Vyškov na Moravě), zastávek, apod.
Dokonce ani názvy na dopravních značkách nemusí vždy odpovídat názvu obce nebo její části (o jejich
podobě totiž rozhoduje obecní úřad podle místních podmínek), existují dokonce případy, kdy jsou „na
cedulích“ názvy zcela jiné, než názvy obce nebo její části.
Ještě nižší evidenční jednotkou jsou názvy ulic a číslování domů, které slouží k
lepší orientaci v prostoru a k přesné identifikaci staveb. Každá budova se označuje
buď číslem popisným, jde-li o stavbu trvalého charakteru, nebo číslem evidenčním,
jde-li o stavbu dočasného nebo rekreačního charakteru. Číslo přiděluje obec
rozhodnutím, tabulku s číslem je povinen umístit na své náklady vlastník budovy.
Čísla se přidělují postupně v rámci části obce, kostely, kaple a neobývané věže se
již od dob Marie Terezie nečíslují. V řadě obcí se vedle popisných čísel uvádějí na
domech i čísla orientační (v rámci jednotlivých ulic).
Pro zájemce: Odkdy mají domy čísla?
Číslování domů bylo na našem území provedeno už v roce 1771. Provádělo s pomocí vojska v
přirozeném sledu tak, jak lze obec postupně projít, obvykle po směru chodu hodinových ručiček se
začátkem v sídle vrchnosti, v ostatních případech počínaje prvním domem po pravé straně vesnice ze
strany, kterou přijíždí vrchnost (do stejných míst na levé straně se pak číslování vracelo). Ve vesnicích
většinou od té doby číslování již nebylo měněno, takže okruh čísel z roku 1770 i sled čísel přidělených
po roce 1770 poskytuje dobrou informaci o postupu vývoje zástavby. Ve městech byly většinou budovy
od té doby několikrát přečíslovány.
66
Je obec, sídlo a vesnice totéž?
V praxi se často používají jako synonyma, ve skutečnosti jde ale o termíny
s přesně definovaným významem. Označení sídlo, víska, vesnice, samota apod.
jsou pojmy z geografie sídel, které s administrativním členěním území vůbec
nesouvisí. Sídlem rozumíme prostorově oddělenou a trvale osídlenou skupinu
lidských obydlí. Každé sídlo je odděleno od ostatních sídel plochami, na kterých
lidská obydlí nejsou. Pokud má sídlo menší počet usedlostí, označuje se jako
venkovské sídlo (vesnice, víska, samota), pokud má větší počet usedlostí a
splňuje některá další podmínky, označuje se jako město.
Pro zájemce: Rozdíl mezi obcí, sídlem a vesnicí na konkrétním příkladu
Situaci si přiblížíme na konkrétním příkladu okolí Netína v Kraji Vysočina.
Z „geografického“ pohledu je na mapě 8 sídel (prostorově oddělených a trvale osídlených skupin
lidských obydlí) – 4 vesnice, 2 vísky a 2 samoty:
67
Pro „technokraty“, např. pro spekulanty s pozemky nebo pracovníky katastrálního úřadu je na mapě 10
katastrálních území:
„Administrativní“ pohled na věc (takto interpretuje mapu politik a také statistika) na mapě naopak vidí 8
obcí – z nich je jedno město, jeden městys a 6 „venkovských“ obcí:
V dané situaci leží na území obce Netín 3 sídla – vesnice Netín, víska Záseka a jedna samota
(hájovna). Z hlediska dělení obce Netín na části obce je ale situace už jiná: má pouze 2 části obce
(soubory budov, které mají vlastní název a vlastní označování řadou popisných čísel), protože
samostatné řady popisných čísel má jen Netín a Záseka, samota je v číslování domů zařazena mezi
domy v Netíně jako č.p. 79.
Situace může být přirozeně i opačná: jedno sídlo může být tvořeno větším počtem obcí – např.
v případech, kdy venkovské obce zcela stavebně splynou s blízkým městem, zachovají si ale i nadále
svou „politickou“ nezávislost.
7.2.2 Kraje
Kraje jsou v ČR druhou úrovní územních samosprávných jednotek. Na 13 krajů a
hlavní město Prahu byla Česká republika rozčleněna dne 1. 1. 2000. Až do prvních
voleb krajských zastupitelstev měly jen kompetence v přenesené působnosti,
kompetence v samostatné působnosti převzaly 12. 11. 2000. Působnost krajů
určuje Zákon o krajích (krajské zřízení), č. 129/2000 Sb, na hlavní město Prahu se
Zákon o krajích nevztahuje. Praze přiznává postavení a pravomoci obce a zároveň
kraje zákon č. 131/2000 Sb., o hlavním městě Praze.
Kraje
68
7.2.3 Další administrativní územní jednotky
Ostatní územní jednotky existující v ČR nejsou samosprávné – buď jde o jednotky
správní, nebo technické a evidenční. Patří mezi ně např.:
•
•
•
•
•
•
NUTS
Územní obvody finančního úřadu (finanční úřady vykonávají správu
daní, dávek, poplatků, odvodů atd.) – jejich obvody zahrnují vždy několik
obcí; v Praze, Brně a Ostravě je naopak zřízeno několik finančních úřadů
Územní obvody matričního úřadu (matriční úřady nepůsobí samostatně,
jejich agendu plní vybrané obecní a městské úřady)
Územní obvod stavebního úřadu (stavební úřady nepůsobí samostatně,
jejich agendu plní vybrané obecní a městské úřady)
Správní obvod obce s pověřeným obecním úřadem (POU, „obec II.
typu“, „dvojková obec“) – pověřené obecní úřady jsou oprávněny k výkonu
určitého okruhu přenesených pravomocí pro několik obcí zároveň
(nevyplňují celé území republiky, nejsou vytvořeny v Praze a ve
vojenských újezdech)
Správní obvod obce s rozšířenou působností (ORP, „obec III. typu“,
„trojková obec“, „malé okresy“) – pověřené obecní úřady jsou oprávněny k
výkonu určitého okruhu přenesených pravomocí pro několik obcí zároveň
(nevyplňují celé území republiky, nejsou vytvořeny na území Prahy)
Okresy nejsou vytvořeny v Praze, jinak zahrnují celé území ČR, dlouhou
dobu byly základní správní jednotkou České republiky, v prosinci 2002 ale
ukončily okresní úřady svou činnost a jejich agentu převzaly krajské úřady
a ORP; nadále ale zůstávají územními obvody soudů, státních
zastupitelství, některých složek Policie ČR a používají se ve statistice;
okresy se také používají pro přesnou identifikaci obcí (názvy obcí se v
rámci jednoho okresu neopakují)
7.2.4 Statistické jednotky EU NUTS
Statistické jednotky NUTS jsou územní celky vytvořené pro statistické účely
Eurostatu (statistický úřad EU) pro porovnání ekonomických ukazatelů členských
zemí EU. V praxi jsou důležité i z toho důvodu, že na jednotky úrovně územního
členění NUTS II jsou směřovány prostředky z fondů EU.
NUTS mají 4 hierarchické úrovně: NUTS 0 (stát), NUTS 1 (v ČR nejsou), NUTS 2
(v ČR skupiny krajů) a NUTS 3 (kraje). Aby bylo pro celou Evropskou unii
dosaženo srovnatelnosti jednotlivých statistických celků, jsou pro jednotlivé úrovně
soustavy NUTS stanoveny meze počtu obyvatel:
Tab. 4 Charakteristika statistických jednotek NUTS
statistická jednotka
NUTS 1
NUTS 2
NUTS 3
nejvyšší počet obyvatel
7 000 000
3 000 000
800 000
nejnižší počet obyvatel
3 000 000
800 000
150 000
69
Protože úrovni NUTS 2 v České republice neodpovídá žádná správní jednotka, ale
čerpání prostředků u fondů EU se děje právě na této územní úrovni, bylo nutno
české kraje seskupit do tzv. regionů soudržnosti. V ČR je těchto regionů osm.
Regiony soudržnosti jsou sice pouhou statistickou jednotkou, pro administrování
finančních prostředků strukturálních fondů EU pomocí regionálních operačních
programů, v nich ale byly zřízeny tzv. regionální rady regionu soudržnosti.
Výbor regionální rady volí krajská zastupitelstva.
Tab. 5 Regiony soudržnosti v ČR
Region soudržnosti
(NUTS2)
Odpovídající vyšší územní
samosprávné jednotky
Praha
Střední Čechy
Hlavní město Praha
Středočeský kraj
Jihozápad
Jihočeský kraj, Plzeňský kraj
Severozápad
Karlovarský kraj, Ústecký kraj
Liberecký kraj, Královéhradecký
kraj, Pardubický kraj
Jihomoravský kraj, Kraj Vysočina
Olomoucký kraj, Zlínský kraj
Moravskoslezský kraj
Severovýchod
Jihovýchod
Střední Morava
Moravskoslezsko
Sídlo regionální
rady regionu
soudržnosti
Praha
Praha
České
Budějovice
Ústí nad Labem
Hradec Králové
Brno
Olomouc
Ostrava
Vedle jednotek EU NUTS existují i statistické jednotky EU LAU (Local
administrative unit). LAU označuje úroveň územní státní správy, která je níže než
NUTS 3 (provincie, kraje a podobné velké správní jednotky). LAU má dva stupně, v
ČR jsou LAU 1 okresy, LAU 2 obce.
7.2.5 Další statistické jednotky
Administrativně správní jednotky (obce) i územně technické jednotky (katastrální
území) nerespektují zcela sídelní strukturu státu, proto byly v roce 1970 vytvořeny
pro statistické účely menší územní jednotky než jsou katastrální území – tzv.
základní sídelní jednotky (ZSJ). Byly vymezeny tak, aby zahrnovaly části sídel se
stejnou funkcí (obytná, průmyslová, rekreační apod.). Ve vybraných městech se
základní sídlení jednotky označují tradičně jako urbanistické obvody (bývá jich
několik), na venkově sídelní lokality (s pominutím samot zpravidla jedno sídlo tvoří
jednu sídelní lokalitu). Základní sídelní jednotky jsou vhodné pro zkoumání změn
osídlení v čase, protože na rozdíl od administrativního členění nepodléhají
změnám.
Pro statistické účely se používají i tzv. základní územní jednotky (ZÚJ), které
kopírují administrativně správní strukturu státu (jsou definovány jako takové
prostorové jednotky, které se pro účely státní správy dále nedělí, tento pojem
zahrnuje všechny obce, městské obvody či městské části) a územní technické
jednotky (ÚTJ), které jsou zpravidla totožné s katastrálními územími, jen
v případě, kdy je katastrální území rozčleněno hranicemi městského obvodu nebo
městské části, je rozděleno na příslušný počet ÚTJ.
70
SHRNUTÍ
Státy můžeme dělit na typy podle různých kritérií. Nejčastěji se rozlišují monarchie
a republiky – každá z těchto forem má několik podtypů podle vztahu hlavy státu
k výkonné moci. Z hlediska vnitřního územního uspořádání rozlišujeme státy
unitární a složené. Nejběžnější ideologické klasifikace rozčleňují státy na
demokratické, autoritářské a totalitární.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Zjistěte pro své bydliště název všech administrativních jednotek zmíněných
p předchozí kapitole.
2. Které administrativní jednotky jsou v ČR samosprávné?
3. Kolik má ČR krajů a kolik NUTS2?
4. Najděte ze svého okolí příklady, kdy název pošty nebo nádraží neodpovídá
úřednímu názvu obce.
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
71
8
Národní identita a nacionalismus
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
vysvětlit vztah mezi státem a národem
porovnat různé přístupy k pojetí slova národ
vysvětlit pojem právo národů na sebeurčení
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Kapitola bude věnována tématu národní identity a nacionalismu, který je jedním
z důležitých „hybatelů“ politických konfliktů ve světě. Na věc se podíváme spíš
teoreticky, konkrétním konfliktním oblastem i jednotlivým konfliktům se budete
věnovat v předmětech regionální geografie.
V minulých kapitolách jsme se věnovali pojmu stát jeho základním znakům. Dále
jsme uvedli, že v současné době je dominujícím typem státního útvaru národní
stát, který můžeme chápat jako formu politické organizace národa a výraz splynutí
ideje státu s idejí národa. Národy a státy se sice vzájemně nepodmiňují (státy
existovaly dříve než moderní národy a některé národy žijí, aniž by měly stát), je ale
zřetelné, že se navzájem výrazně ovlivňují. I z toho důvodu jsou národy politickou
geografií soustavně studovány.
8.1 Národ
Národ je historicky vzniklé společenství lidí, kteří sdílí společnou kulturu, území,
tradice, jazyk, mentalitu, zvyky a tradice. Některé znaky národů jsou objektivní
(území, jazyk, víra nebo společný původ), jiné subjektivní (vědomí své vlastní
příslušnosti k národu v mysli lidí a loajalita k němu). Všeobecně uznávaná definice
však neexistuje a ani nemůže existovat, protože v různých zemích a jazycích
označuje pojem „národ“ zcela rozdílné sociální systémy. Např. v Evropě je
většinou národní vědomí „nadřazeno“ náboženské nebo sociální identitě
jednotlivců, zatímco v muslimských státech je pro většinu obyvatel důležitější jejich
náboženská příslušnost. Rovněž v Indii je národní identita druhotná: v mnoha
ohledech silnějším prvkem mezilidské soudržnosti je příslušnost k sociální skupině
(kastě).
V Evropě se setkáváme se dvěma základními podobami národů:
•
„Občanské“ národy v západní Evropě se vytvářely převážně
v podmínkách centralizovaných a jazykově poměrně jednotných států,
proto se vyvinuly do podoby společenství spjatého historií, společnou
právně-politickou organizací a společnou občanskou kulturou a ideologií.
V těchto podmínkách prakticky splývají pojmy národ a lid, za příslušníky
národa jsou pak považováni všichni občané státu bez ohledu na jazyk
nebo náboženství.
Občanské národy
72
Etnické národy
•
„Etnické“ národy ve střední a východní Evropě vznikaly v podmínkách
vícejazyčných a kulturně fragmentovaných říší, proto se při vytváření své
identity nemohly ztotožnit se státem, ale vytvářely se jako společenství lidí
se společným pokrevním původem a společným jazykem a tradicemi.
V těchto zemích jsou pak striktně odlišovány pojmy národ a lid (tj. všichni
občané státu) a hlavním „pojítkem“ národa se stává společný jazyk,
v některých případech i náboženství (např. v oblasti bývalé Jugoslávie).
Rozdíly v průběhu vytváření národů mezi východní a západní Evropou vedly
k tomu, že východní a západní „národní vědomí“ v sobě zahrnuje různé prvky a
hodnoty a také má různé politické projevy. Rozhodně však nelze jeden z těchto
typů národního vědomí označit za „vyspělejší“ nebo „modernější“ a druhý za
„zaostalejší“.
Pojem národ není proměnlivý jen v prostoru, ale i v čase. Evropské středověké
národy např. zahrnovaly jen politicky privilegované vrstvy obyvatelstva (ostatní
obyvatelstvo, zpravidla poddaní, nebylo způsobilé k politickým právům). Označení
„Češi“ bylo tehdy vázáno výlučně na územní politickou jednotku, tedy na obyvatele
Čech bez ohledu na jejich jazyk. Rovněž vnímání společné identity bylo mnohem
více vázáno na prostor a sociální postavení: moravskému venkovanovi byl
mnohem bližší jeho soused mluvící německy, než intelektuál z Prahy, hovořící
stejným jazykem. Dnešní moderní národy se vyvinuly v souvislosti s modernizací
společnosti během průmyslové revoluce v 18.–19. století. Obyvatelstvo se stalo
mobilnější, začalo se koncentrovat do měst a převážně regionální identitu
nahradila moderní národní identita vázaná na vysokou národní kulturu a národní
politické elity. Po tomto přerodu se část obyvatelstva českých zemí většinou podle
jazyka ztotožnila s českým a část s německým moderním národem a pojem „Čech“
dostal nový význam: příslušník českého národa v Čechách i na Moravě.
Nedořešenou otázkou je, jestli existuje kontinuita mezi středověkými a moderními
národy. Historici zpravidla tvrdí že ano, sociologové a politologové nejsou ve svých
hodnoceních jednotní. Rozhodně ale nemůžeme přenášet naše vlastní pojetí
národa před 18. století (např. představa Habsburků jako „německé“ dynastie).
Ve společenských vědách převládá názor, že národ je sociální konstrukt:
příslušnost k národu není objektivně daná vlastnost, kterou by bylo možno
nezávisle určit, národ „vytváří“ vědomí příslušnosti a loajality k němu. Podle
konstruktivistů nelze národnost zjistit jinak, než na základě proklamace jedinců.
Tomuto názoru oponují tzv. primordialisté. Podle nich existují národy objektivně,
příslušnost k národu, resp. pocit příslušnosti k národu, vzniká automaticky
kombinací objektivních kritérií (např. území, jazyk, víra, původ, státní příslušnost).
Podle primordialistů lze určit národnost na základě vnějších znaků, nejčastěji
jazyka.
Oba pohledy mají určité slabiny: problémem čistě konstruktivistického pojetí je fakt,
že samotný pocit jedince, že je součástí určitého národa ještě nemusí znamenat,
že ho za příslušníka národa budou uznávat i ostatní. S tímto problémem se např.
setkávají romské děti adoptované do českých rodin. Primordialistické pojetí naopak
vylučuje svobodné rozhodnutí jedince.
73
Podle klasických geograficky-deterministických představ mají národy odlišné
vlastnosti a schopnosti vyplývající z odlišných vlastností geografického prostředí.
Představa odlišných schopností národů, která se stala základem různých
rasistických teorií, je dnes již zcela překonána, uznávají se ale objektivně existující
rozdíly v jejich „hodnotových systémech“. Základ těchto rozdílů však není
geografický, často vykazují značné rozdíly i sousední jazykově a geograficky blízké
národy (např. Češi a Slováci). Měřitelné rozdíly jsou v následujících okruzích:
•
•
•
•
•
Mocenský odstup (power distance – míra, s jakou se akceptuje, že moc je
rozdělena nerovnoměrně), vysoký: Malajsie, Francie, nízký: Rakousko,
Dánsko
Vyhýbání se nejistotě (uncertainty avoidance – rozsah, v němž se
příslušníci kultury cítí ohroženi neznámými situacemi), vysoké: Řecko,
Portugalsko, Japonsko, nízké: Singapur, Dánsko, Británie
Individualismus – kolektivismus (individualism – collectivism – rozsah
závislosti jednotlivce na kolektivu), ind.: USA, Británie, Kanady, kol.:
Guatemala, Ekvádor, Indonésie, Pákistán
Maskulinita – feminita (masculinity - feminity – zastoupení a vliv „mužského
prvku“ v hodnotách společnosti, míra oddělení genderových rolí), mas.:
Japonsko, Rakousko, Itálie, Mexiko, fem.: Švédsko, Norsko, Dánsko,
Nizozemsko, Finsko
Dlouhodobá – krátkodobá orientace (míra vytrvalosti a ochoty podřizovat
se ve prospěch dlouhodobých cílů), dlouh.: Čína, Japonsko, Hongkong,
Jižní Korea, krátk.: Pákistán, Nigérie, Kanada, USA
Např. Češi jsou ve srovnání se Slováky více rovnostářští, více individualističtí,
výrazně méně maskulinní, podstatně více se vyhýbají nejistotě a mají mnohem
krátkodobější orientaci.
8.2 Vztah národa a státu
Nejdříve je nutné si uvědomit, že jde o kvalitativně odlišné pojmy: stát je
„objektivní“ právně politický pojem, národ představuje zřejmě „subjektivní“
kolektivní identitu. Jejich vztah závisí na typu národa, který se na daném území
vyvinul. Pro západní část Evropy je typická představa, že stát a národ spolu úzce
souvisí, resp. jsou totožné („národ“ je vlastně obyvatelstvo státu). Toto splynutí
pojmů se odrazilo i v západoevropských jazycích, např. anglické „nation“ lze do
češtiny přeložit jak výrazem „národ“, tak slovem „stát“. Přestože v našem prostředí
jsou pojmy stát a národ významově odlišeny, občas „západní“ pojetí proniká i do
českého jazyka: máme například Organizaci spojených národů (členy jsou však
státy), mezinárodní politiku (jde o politické vztahy mezi státy), apod.
Ve střední a východní Evropě je vztah mezi pojmy národ a stát volnější, existují
vedle sebe a nemusí se nutně „překrývat“.
8.3 Nacionalismus
Nacionalismus je původně politický princip, který tvrdí, že politická a národní
jednotka musí být shodné (je nutné, aby území stát a území obývané národem
bylo totožné). Podle nacionalistů je totiž národ „jediným správným“ nositelem státní
moci a pouze národní stát může národu trvale zajistit bezpečnost a jistotu rozvoje.
74
Nacionalisté považují za nebezpečné, pokud se hranice států neshodují
s etnickými hranicemi, protože pak ve státech vzniká skupina osob, které mají ke
státu ambivalentní vztah: v případných konfliktech musí vnitřně volit mezi svou
loajalitou ke státu, ve kterém žijí, a k národu, ke kterému přísluší. Příkladem
ostatně může být německá menšina v Československu, která se v roce 1938 také
rozhodovala mezi svou příslušností k demokratickému československému státu a
sounáležitostí s německým národem.
Nacionalistického ideálu úplného ztotožnění státu a národa nemůže dojít už kvůli
odlišné formě jejich prostorového rozložení: státy zpravidla zabírají kontinuální
území, zatímco národy jsou souhrnem jednotlivých příslušníků, kteří mohou žít
prakticky kdekoliv. Za „etnické území“ nebo „území obývané národem“ pak
můžeme považovat nejen oblasti, kde tvoří příslušníci národa většinu, ale i oblasti,
kde se vyskytují tradičně a v nezanedbatelném počtu. V praxi se proto často
„etnická území“ různých národů překrývají, což u států možné není.
U klasických národních států převažuje mezi obyvatelstvem jeden národ. Přitom
mohou nastat 4 základní situace:
Tab. 6 Typy národních států
Typy národních
státu
Typ národního
státu
Maďarský typ
Portugalský
typ
Charakteristika
Etnické území
přesahuje hranice státu
Etnické území je
totožné se státním
obrázek
75
Polský typ
Etnické území a státní
území nejsou zcela
totožné, ale výrazně se
překrývají
Francouzský
typ
Státní území přesahuje
etnické území
Vedle národních států se vyskytují i státy multietnické. V těchto státech nemá
žádné etnikum absolutní většinu a současně si žádný národ nenárokuje vedoucí
postavení ve státě. Nemusí přitom jít o čistě funkční matematickou úměru, v
některých případech se za multietnické státy deklarují z historických nebo
politických důvodů i země, ve kterých „druhý“ národ nemá ani 10% zastoupení v
obyvatelstvu –např. Karélie v rámci Ruska, ve které počet obyvatelstva karelské
národnosti několikanásobně překročili Rusové, nebo Finsko, ve kterém jsou
Švédové považováni za jeden ze dvou „státních“ národů, přestože tvoří jen 5,4 %
obyvatelstva. Multietnické jsou nejčastěji státy s hranicemi uměle vytvořenými v
období kolonialismu, ve kterých dosud nevznikly „státní národy“ západního typu
(Afrika – v obdobné situaci byly i státy v Latinské Americe, v nich už ale k vytvoření
národů došlo).
Míru etnické homogenity státu nejlépe vystihuje tzv. index homogenity [v %]:
H=
h12 + h22 + h32 + h42 + ...
⋅100 =
h2
p12 + p22 + p32 + p42 + ...
kde h je počet obyvatel státu, h1, h2, ... počet příslušníků jednotlivých etnických
skupin, p1, p2 … jejich podíl v %. Pro státy, ve kterých žije jen jeden národ je H =
100 %, s počtem skupin a růstem jejich relativního podílu H klesá.
76
Žádný stát přirozeně nikdy nemůže dosáhnout úplné homogenity svého
obyvatelstva, resp. úplného ztotožnění se svých obyvatel se státem. Z hlediska
státu jsou problematické hlavně dvě skupiny osob:
•
•
cizinci (mají právní, kulturní i ekonomické vazby na jiné státy)
„neloajální“ vlastní občané (využívají výhody, ale nerespektují právní řád
státu, případně ho odmítají stát zcela).
Pokud je počet těchto osob příliš vysoký nebo jsou koncentrovány v určitých
oblastech, mohou ohrožovat územní integritu státu nebo komplikovat jeho styky se
zahraničím, zejména v případech, kdy nejsou ke státu loajální skupiny definované
etnicky, konfesně nebo rasově.
Pro svůj potenciální konfliktní potenciál je etnická a náboženská struktura
obyvatelstva významným politickogeografickým znakem. Sleduje se zejména, do
jaké míry jsou v souladu etnické či konfesní hranice a hranice politické. Důležité je
také je, jestli případný nesoulad těchto hranic vyvolává politické požadavkům
menšin. Zejména v případech, kdy se cítí být diskriminovány, může se mezi nimi
vyskytnout některé z následujících hnutí:
•
•
•
autonomismus / regionalismus – snaha menšiny docílit územní nebo
politické autonomie v rámci současného státu,
separatismus – snaha menšiny odtrhnout se od současného státu a
vyhlásit nezávislost,
iredentismus – snaha odtrhnout území obývané menšinou a připojit je k
jinému státu (zpravidla k vlastnímu národnímu státu).
8.4 Právo národů na sebeurčení
Jako právo národů na sebeurčení se označuje princip mezinárodního práva,
podle kterého má každý národ, který si dosud nevytvořil vlastní stát, právo
samostatně si určit své státoprávní postavení: buď vytvořit vlastní nezávislý stát,
nebo se spojit s jinými národy do společného státu. Idea práva národa na
sebeurčení jako „přirozeného“ práva byla poprvé deklarována během vzniku USA
a nejsilnější byla po 1. světové válce, jedním z důsledků jejího prosazení byl i vznik
Československa. Později bylo právo národů na sebeurčení vtěleno do Charty
OSN. V praxi je však problematické toto právo uskutečnit – jednak vzhledem
k nejasnému významu slova národ (společenství usilující o nezávislost může být
obviněno z toho, že není národem), jednak vzhledem k velikosti nebo
geografickému rozložení některých národů (např. územně rozptýlení Romové).
Princip práva národů na sebeurčení se nevztahuje na národnostní menšiny (tj.
přesahy národů, které mají vlastní stát, v jiných státech). Ty mohou požadovat
respektování menšinových práv (např. školy s jejich vyučovacím jazykem), obecně
ale nemají právo na připojení k mateřskému státu.
77
SHRNUTÍ
Státy můžeme dělit na typy podle různých kritérií. Nejčastěji se rozlišují monarchie
a republiky – každá z těchto forem má několik podtypů podle vztahu hlavy státu
k výkonné moci. Z hlediska vnitřního územního uspořádání rozlišujeme státy
unitární a složené. Nejběžnější ideologické klasifikace rozčleňují státy na
demokratické, autoritářské a totalitární.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Uveďte základní argumenty pro a proti konstruktivistickému a
primordialistickému pojetí národa.
2. Proč je v praxi obtížné prosadit právo národů na sebeurčení?
3. Jaké výhody a nevýhody může státu přinést přítomnost silných
národnostních menšin.
4. Vyhledejte na internetu příklady aktivních separatistických hnutí v Evropě.
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
78
9
Geografie voleb
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
vysvětlit rozdíly mezi jednotlivými druhy voleb
vysvětlit, jak může vymezení volebních obvodů ovlivnit volební výsledky
vysvětlit, co je předmětem výzkumu volební geografie
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Kapitola bude věnována volební geografii. Jestli si myslíte, že se zabývá tím, jak
kde dopadly volby … tak si raději přečtěte, co se o tom zde píše … ☺
9.1 Definice voleb
Volby lze definovat jako „ustavení orgánu určitého společenství lidí cestou
hlasování k volbě oprávněných subjektů“. Volby jsou vůbec nejčastější způsobem
výběru vhodných osob do rozhodovacích a řídících orgánů států, tradičně se
volbami vybírají členové parlamentů a orgánů místní samosprávy, v republikách
také hlavy státu. Volby jsou všeobecně považovány za základní charakteristiku
demokratické společnosti. Jejich prostřednictvím obyvatelstvo státu dociluje toho,
aby volené orgány prosazovaly jeho zájmy, tj. aby se uskutečnila „vládu lidu“
(demokracie). Garantují tedy takové demokratické principy, jako je demokratická
kontrola, všeobecná účast, politická rovnost a většinová vláda.
Ve skutečnosti přirozeně nelze docílit stavu, kdy volený orgán reprezentuje
všechny dílčí zájmy, např. názory a zájmy 281 členů Parlamentu České republiky
nemohou být přesnou kopií názorů a zájmů 10,5 milionu českých občanů. V praxi
každé volby vůli obyvatel transformují (volební systém může např. v zájmu stability
voleného orgánu posilovat větší politické strany na úkor menších). Voleb se navíc
nikdy neúčastní všichni obyvatelé státu, které má volený orgán reprezentovat –
část z volby vyloučí volební právo (volit nesmí např. děti, obyvatelé zbavení
svéprávnosti, apod.), část oprávněných osob se pak voleb dobrovolně neúčastní
(např. při volbách senátorů se v ČR pohybuje účast kolem 15 %).
9.2 Druhy voleb
Volby se rozlišují podle různých kritérií. Podle „bezprostřednosti“ volby rozlišujeme:
•
•
Přímé volby – voliči dávají hlas bezprostředně kandidátům a rozhodují tak
o jejich zvolení (typické pro volbu parlamentů, u dvoukomorových
parlamentů zejména jejich dolní komory)
Nepřímé volby – charakteristické je to, že otázku volby neřeší přímo
občané, ale následně osoby, kterým dali svůj hlas – volitelé (např. volby
prezidenta USA), poslanci (např. prezident ČR)
79
Podle územního rozsahu se volby člení na:
•
•
•
všeobecné – volí se např. celý zákonodárný sbor (u nás např. Poslanecká
sněmovna)
dílčí – volí se jen část zákonodárného sboru (u sborů, které se v
pravidelných intervalech obměňují – např. v ČR Senát – senátoři se volí na
6 let, každé 2 roky se obměňuje třetina členů)
doplňovací – volí se jen na uvolněná místa (např. rezignace nebo úmrtí
poslance), případně na místa nově vytvořená.
Podle časového hlediska:
•
•
řádné – volí se po uplynutí funkčního období voleného orgánu, tj. v dříve
předpokládaném termínu
mimořádné – volí se dříve, než skončilo řádné funkční období voleného
orgánu – např. po rozpuštění parlamentu, úmrtí nebo rezignaci volené
osoby apod.
9.3 Volební právo a volební systém
Jako volební právo se označuje právo občanů účastnit se voleb. Rozlišuje se
přitom aktivní volební právo (právo volit) a pasivní volební právo (právo
kandidovat, být volen). Historicky bylo volební právo omezeno jen na majetné
muže, podmínky vylučující z voleb nemajetné a ženy byly ve většině zemí
odbourány na konci 19. a v první polovině 20. století. V moderních demokraciích je
za normu považováno volební právo, které je:
•
•
•
všeobecné – volit smí každý svéprávný občan od určitého věku, bez
ohledu na původ, pohlaví, náboženské přesvědčení, rasu a podobně;
rovné – každý hlas váží stejně, neexistují privilegovaní voliči s větším
vlivem na výsledek voleb;
tajné – volič nemusí zveřejnit, komu odevzdal hlas.
Na našem území bylo všeobecné rovné tajné volební právo zavedeno až po vzniku
Československé republiky v roce 1918.
Volební systém je konkrétní způsob, jakým se ve volbách určuje obsazení
jednotlivých funkcí, jež jsou voleny. Zahrnuje jednak pravidla, podle kterých volič
volí, jednak pravidla přidělování volených funkcí kandidátům na základě získaných
hlasů. Volební systém výrazně ovlivňuje chování voličů i podobu stranického
systému v jednotlivých státech.
Volební systémy se většinou člení na 2 základní typy: systém většinový a systém
poměrného zastoupení. Kombinace základních typů jsou pak označovány jako
systémy smíšené.
80
9.3.1 Většinový volební systém
Většinový volební systém je historicky starší, do konce 19. století dokonce jediný
používaný volební systém. Při použití tohoto systému v jeho základní podobě se
území rozdělí na tolik volebních obvodů, kolik má být obsazeno míst, v každém
volebním obvodu se pak volí jen 1 kandidát.
1
1 1 1
1
1
1
1
1 1
1 1
1 1
1 1
1
1
1
1
1
Obr. 20 Příklad použití většinového volebního systému:
Má být obsazeno 21 míst, v každém volebním obvodu se volí jeden kandidát
Většinový volební systém je jediný možný pro volbě jednotlivců (např. prezidentů,
starostů, šerifů, apod.), v řadě zemí se používá i pro volbu kolektivních orgánů.
Protože dává reálnou šanci na úspěch jen největším stranám, napomáhá k
vytvoření systému dvou stran střídajících se u moci (viz např. USA, Británie).
Mezi jeho výhodami se uvádí také úzká vazba mezi voliči a kandidáty: volí se
jednotlivci, voliči „znají svého poslance“. Zvolené parlamenty také mívají
jednodušší stranickou strukturu, takže se snáze sestavuje vláda a strany musejí
více dodržovat volební sliby (nemohou se vymlouvat na koaliční partnery). Systém
také „kultivuje“ vztahy mezi politickými stranami, v rámci jednotlivých obvodů musí
politicky blízké strany spolupracovat. Výhodou je i eliminace extremistických stran
(jen obtížně získají v některém obvodu většinu). Na druhé straně má systém i
nevýhody. Hlavní je fakt, že hlasy odevzdané pro jiného kandidáta, než který
zvítězil, „propadají“ a nemají žádný vliv na složení voleného tělesa. Menšinové
politické proudy proto bývají ve zvoleném tělese reprezentovány nedostatečně,
naopak výrazně zvýhodněna je nejsilnější strana.
Vůle voličů tak může být zcela zdeformována. Např. při volbách do parlamentu
Ostrova prince Edwarda v roce 1935 získala 58 % hlasů, ale všechna poslanecká
křesla, Konzervativní strana s 42% ziskem hlasů zůstala zcela bez poslanců.
V extrémním případě dokonce může vyhrát i strana, která má v celostátním
měřítku až druhý největší počet hlasů.
Jednotlivé varianty většinového systému se liší v otázce, jak velkou převahu nad
soupeři musí mít kandidát, aby byl zvolen. Z tohoto hlediska se v rámci
většinového volebního systému vyčleňují:
•
•
•
systém relativní většiny (pluralitní systém),
systém absolutní většiny,
systém alternativního hlasu.
81
V systému relativní většiny platí jednoduché pravidlo, že mandát získává ten
kandidát, který dostal v daném obvodu nejvíce hlasů, bez ohledu na to, jaké
procento voličů ho volilo. K vítězství stačí být první, není třeba podpory většiny
voličů, pro tuto svou vlastnost se systém také někdy označuje jako princip „vítěz
bere vše“. Křeslo tak může získat například i kandidát, který má jen 30% podporu,
ovšem za předpokladu, že každý z jeho soupeřů obdržel méně hlasů než on.
Systém relativní většiny zvýrazňuje všechny kladné i záporné vlastnosti
většinového systému. Může například vést k vítězství kandidáta, jehož politická
orientace je v obvodu menšinová (pokud získá pravicový kandidát 35 % hlasů a 3
levicoví kandidáti postupně 30 %, 20 % a 15 % hlasů, vyhrává pravice, přestože se
dvě třetiny voličů vyslovily pro kandidáty levicové). Tento systém je typický pro
anglosaské země (USA, Kanada, Velká Británie).
Systém relativní
většiny
Systém absolutní většiny vychází z myšlenky, že vítězný kandidát by měl být
přijatelný pro absolutní (nadpoloviční) většinu voličů. Toho lze docílit jen
rozdělením voleb do dvou hlasování: v prvním kole hlasování se volí ze všech
přihlášených kandidátů. Pokud některý z nich získá absolutní většinu hlasů, je
zvolen a volba končí. Pokud ale žádný nezíská přes 50 % hlasů, uskuteční se
druhé kolo hlasování, do kterého postoupí už jen dva nejúspěšnější kandidáti
z kola prvního. Zvolen je pak kandidát, který získá více hlasů (protože jsou ve hře
jen 2 kandidáti, jde vždy o absolutní většinu). Tato varianta většinového volebního
systému je častější, používá se např. u voleb do Senátu Parlamentu ČR. Variantou
systému absolutní většiny je systém kvalifikované většiny, který ke zvolení
vyžaduje více než 50 % hlasů. Systém se používá zejména při nepřímých volbách
– např. při volbách prezidentů parlamenty republik.
Systém absolutní
většiny
Systém alternativního hlasu je pokusem určit kandidáta s podporou absolutní
většiny voličů bez organizováni druhého kola voleb. Volič na volebním lístku
neoznačuje jediného kandidáta, ale určuje pořadí, v jakém preferuje jejich zvolení.
Pokud první preference voličů nevedou u žádného kandidáta k zisku absolutní
většiny, vyřadí se kandidát s nejmenším počtem prvních preferencí a jeho hlasy se
přerozdělí kandidátům označeným na jeho volebních lístcích jako 2. v pořadí
preferencí. Takto se postupuje tak dlouho, než hlasy pro jednoho z kandidátů
překročí nadpoloviční většinu voličů. V klasické podobě se systém alternativního
hlasu používá v Austrálii.
9.3.2 Volební systém poměrného zastoupení
Systém poměrného zastoupení je historický mladší, může totiž být uplatněn jen
v prostředí, kde existují politické strany (v 19. století). Při použití tohoto systému
v jeho základní podobě se území rozdělí na menší počet volebních obvodů, než
kolik má být obsazeno míst. V jednotlivých volebních obvodech se pak volí více
kandidátů zapsaných na listinách politických stran. Mezi strany se mandáty rozdělí
podle podílu hlasů.
Systém
alternativního hlasu
82
9
12
Obr. 21 Příklad použití volebního systému poměrného zastoupení:
Má být obsazeno 21 míst, v jednom volebním obvodů se volí 12, ve druhém 9 kandidátů.
Volební systém poměrného zastoupení se používá výhradně pro volbu kolektivních
orgánů. Oproti většinovému systému mnohem lépe odráží politické rozvrstvení
voličů.
Mezi jeho výhodami se uvádí také fakt, že umožňuje zastoupení menšinových
skupin (např. náboženských, rasových, národnostních) a tím brání jejich
společenské nebo sociální marginalizaci. Systém také znesnadňuje manipulaci
s výsledky hlasování, zvolení poslanci jsou pod vyšší kontrolou (kontrolu ale
provádí strana, nikoliv voliči). Systém je rovněž citlivý na nové trendy a potřeby
společnosti, a tím i včas zachytí jinak možný růst extrémních nálad ve společnosti.
Na druhou stranu má i řadu nevýhod. Hlavní je fakt, že vede k zastoupení většího
počtu politických stran v parlamentu, což následně znesnadňuje sestavení stabilní
vlády. Dále vede k fragmentaci stran, vlády jsou často koaliční a nestabilní a
nedochází k pravidelnému střídání stran ve vládě. Vztahy mezi stranami spíše
narušuje, ve volbách totiž soutěží ideologicky podobné politické strany o stejné
politicky profilované voliče, čili se musí navzájem negativně vymezovat.
Zastoupení navíc získají občas i extremistické nebo recesistické pol. strany.
V systému poměrného zastoupení je oslabena vazba mezi poslanci a voliči. Voliči
volí primárně politickou stranu, pro zvolení konkrétního kandidáta navíc není
důležitý jen počet hlasů pro stranu, ale především kandidátovo pořadí na
kandidátce (o něm rozhoduje strana). Proto v některých státech umožňují voličům
„mluvit“ i do pořadí kandidátů na kandidátkách. Podle toho, jestli volič může
ovlivňovat pořadí kandidátů na volebních listinách se rozlišují:
•
•
•
Kandidátní listiny přísně vázané – volič volí pouze listinu politické strany,
pořadí kandidátů na ni nemůže ovlivnit
Kandidátní listiny vázané – volič musí volit jednu z listin politických stran,
může ale ovlivnit pořadí na kandidátní listině preferenčními hlasy (např.
Poslanecká sněmovna PČR)
Volné kandidátní listiny – volič volí přímo jednotlivé kandidáty na
kandidátních listinách, může tak rozložit svůj hlas mezi kandidáty různých
kandidátních listin (tzv. panašování) (takto např. obecní volby v ČR)
9.3.3 Smíšené volební systémy
Smíšené volební systémy se snaží dosáhnout výhod předchozích dvou systémů
tím, že je část mandátů obsazována na základě většinového volebního systému,
část na základě poměrného volebního systému. V typické podobě se používá tento
systém v Německu.
83
9.4 Volební geografie
První studie z volební geografie se objevily na počátku 20. století, ober se plně
etabloval až v jeho 60. letech. Volební geografie zkoumá nejčastěji územní
diferenciací volebního chování a jeho souvislost s ostatními geografickými jevy,
např. vzdělaností, religiozitou, jazykem, příjmy, apod. Zkoumá zpravidla větší
území, nejčastěji v měřítku celého státu. Zaměřuje se na volby parlamentní a
prezidentské, dále na referenda a plebiscity.
Volební geografie zkoumá tři základní okruhy otázek:
•
•
•
podmíněnost hlasování,
geografické vlivy na hlasování,
vlivy vymezení volebních obvodů a způsobu přepočtu hlasů.
9.4.1 Podmíněnost hlasování
Při tomto typu výzkumu se volební geografie snaží zjistit podmíněnosti hlasování
v jednotlivých volbách nebo skupině voleb. Srovnává rozložení volební podpory a
jiných jevů, hledá podobnosti a vzájemné podmíněnosti. Tento výzkum může např.
naznačit, které politické strany preferují voliči s vyšším vzděláním, příslušníci
různých sociálních skupin, věřící voliči apod.
OBYVATELÉ S VYSOKOŠKOLSKÝM VZDĚLÁNÍM
PODPORA ODS
v roce 1998
v roce 1991
Vysokoškolské vzdělání (v %)
méně než 1
1, 1 - 2
2, 1 - 3
3, 1 - 4
více než 4,1
0
5
10
km
Podpora ODS (v %)
méně než 13
13, 1 - 16
16, 1 - 19
19, 1 - 22
více než 22,1
Obr. 22 Podobnost rozložení volebních výsledků konkrétní strany a demografického jevu
84
9.4.2 Geografické vlivy na hlasování
Rozhodnutí voličů volit konkrétního kandidáta nebo politickou stranu je ovlivněno
řadou faktorů. Důležitý je přirozeně volební program kandidátů a jeho soulad
s názory a postoji voličů. Ty jsou do značné míry předurčeny jejich etnickým,
sociálním a profesním pozadím. Vedle toho ale ovlivňují voličské rozhodnutí i
„mimoprogramové“ vlivy: lidé mají např. tendenci volit osoby populární nebo
osobně známé bez ohledu na jejich konkrétní politické postoje. Tento typ ovlivnění
voličských postojů se označuje jako geografické vlivy na hlasování. Hlavní
geografické vlivy na hlasování jsou:
•
•
•
•
Efekt kandidáta – v bydlišti či rodišti většinou dostane místní kandidát
více hlasů (proto také politické strany umísťují na kandidátky s oblibou
„místně všeobecně známé“ osobnosti – starosty, lékaře apod.).
Efekt sousedství – voliči mají tendenci upřednostňovat politické
preference svého okolí (ty jim připadají „normální“, pokud volí jinak, musí si
již svou odlišnou volbu nějak zdůvodnit); proto např. sociálně slabší voliči
v Praze volí pravicové strany ve větší míře, než v ostatních částech
republiky.
Efekt kampaně – voliče mají tendenci upřednostňovat strany s výraznou
volební kampaní, zejména v tom případě, pokud je osloví adresně (osobní
setkání s kandidáty, „předvolební guláš“).
Hlasování o sporném bodu – jedna výrazná (případně domněle výrazná)
otázka předvolební kampaně může přehlušit další programové body i
ideologickou orientaci voličů. Např. při volbě krajských zastupitelstev
v roce 2008 se staly sporným bodem kampaně poplatky u lékaře, přestože
s krajskou politikou vůbec nemají souvislost.
9.4.3 Vlivy vymezení volebních obvodů a způsobu přepočtu hlasů
Vedle počtu voličů ochotných volit ve volbách příslušnou stranu je ovlivněn počet
získaných mandátů také vymezením volebních obvodů a způsobem přepočtu
hlasů. Jejich příhodným vymezením nebo vhodnou změnou mohou strany „zlepšit“
své volební výsledky, aniž by byly nuceny přesvědčit jediného nového voliče.
Výzkum vlivu vymezení volebních obvodů a způsobu přepočtu hlasů na mandáty
se někdy označuje jako „geografie zastoupení“.
Vliv způsobu přepočtu hlasů: v systémech poměrného zastoupení mohou zvolené
metody přepočtu hlasů na mandáty zvýhodňovat větší, střední nebo menší strany,
nebo mohou být neutrální. Česká republika např. používá systém, který mírně
zvýhodňuje velké strany, např. ve volbách Poslanecké sněmovny v roce 2006
získala Strana zelených 6,3 % hlasů, čemuž odpovídalo 6 mandátů (3 %
mandátů), vítězná ODS pak 35,4 % hlasů a 82 (40,5 %) mandátů. Vedle formule
pro přepočet mandátů lze výsledky voleb ovlivnit i velikostí volebních obvodů. Čím
méně poslanců se volí ve volebním obvodu, tím obtížnější je pro malé strany získat
zastoupení (např. v ČR se volí v Praze 25 poslanců PS PČR, tj. průměrně 1
poslanec na 4 % hlasů, v Karlovarském volebním kraji ale jen 5 poslanců – 1
poslanec na 20 % hlasů – dosáhnout zastoupení v Praze je tedy pro malé strany
podstatně jednodušší). Řada zemí také zavádí tzv. uzavírací klauzule – minimální
podíl hlasů, který musí kandidující strana získat (u nás je 5 %). Uzavírací klauzule
brání přílišnému rozdrobení politických sil v parlamentech (nejmenší strany nejsou
zastoupeny), na druhé straně ale vedou k tomu, že pro tyto strany odevzdané
hlasy nejsou vůbec při dělení mandátů zohledněny („propadnou“).
85
Zavedení klauzule proto voliče od volby malých stran psychologicky odrazuje.
Rovněž stanovení hranic volebních obvodů může být použito k ovlivnění výsledků
voleb. V systémech většinových je to možné 2 základními způsoby:
•
•
Malapportionment (vytváří se záměrně jednomandátové volební obvody
nestejné velikosti, voličský hlas má pak nestejnou „váhu“; např. při volbách
do vídeňského parlamentu v roce 1907 bylo tímto způsobem zvýhodněno
obyvatelstvo měst na úkor venkovanů a Němci na úkor slovanských
národů: ve Vídni se volili poslanci v obvodech s 2 000 voličů, na českém
venkově měly naopak až 50 000 voličů)
Gerrymandering (manipulace s hranicemi při zachování přibližně stejné
velikosti volebních obvodů)
Termín gerrymandering odkazuje na volební obvody ve státě Massachusetts z
roku 1812, kdy jeden z obvodů připomínal tvarem mloka (salamander), ale
posměšně se mu začalo říkat podle tehdejšího guvernéra Elbridge Gerryho
„gerrymander“. Principem gerrymanderingu je stanovení hranic jednomandátových
volebních obvodů tak, aby druhá (soupeřící) strana měla pokud možno co
nejmenší šanci zvítězit v jednotlivých obvodech. Dosáhne se toho tím, že se
vytvářejí obvody, kde zvýhodněná strana vyhrává jen malým rozdílem hlasů a
znevýhodněná strana naopak vyhrává velkým rozdílem hlasů.
Princip manipulací při gerrymanderingu si ukážeme na jednoduchém příkladě.
V prostoru, ve kterém má být zvoleno 6 poslanců, se nachází 60 tis. voličů,
přičemž počet příznivců stran A a B je shodný (jedno písmeno v obrázku
reprezentuje 2 tisíce voličů):
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
Území musíme rozdělit na 6 stejně velkých obvodů po 10 tis. voličích. Mohlo by se
zdát, že volby nemohou dopadnout jinak, než remízou (3 mandáty pro stranu A a 3
pro stranu B). Stačí ale rozdělit sledované území takto:
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
86
… a je zřejmé, že strana A zvítězí jen v jediném volebním obvodu, strana B pak v 5
volebních obvodech. Podobně lze přitom zvýhodnit i stranu A. V praxi to pak může
vypadat např. takto:
Obr. 23 Volební obvod č. 30 pro volby Kongresu USA v roce 1992 (v Dallasu)
SHRNUTÍ
Státy můžeme dělit na typy podle různých kritérií. Nejčastěji se rozlišují monarchie
a republiky – každá z těchto forem má několik podtypů podle vztahu hlavy státu
k výkonné moci. Z hlediska vnitřního územního uspořádání rozlišujeme státy
unitární a složené. Nejběžnější ideologické klasifikace rozčleňují státy na
demokratické, autoritářské a totalitární.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Jaké existují druhy volebních systémů?
2. Jaké důsledky může mít změna volebního systému?
3. Jak by ovlivnilo rozhodování voličů odstranění 5% volební klauzule ve
volbách Poslanecké sněmovny Parlamentu ČR?
4. Co se označuje jako „efekt kandidáta“?
Pojmy k zapamatování
Pojmy uvedené v textu tučně
87
Závěr
Milí studenti, jak již bylo zmíněno v úvodu, používali jste text určený studentům připravovaného
kombinovaného studia studijního oboru Geografie. Cílem jeho ověření ve výuce bylo – kromě vlastního
předávání nových informací – také identifikovat místa obtížně srozumitelná, nepřehledná, případně upozornit
na překlepy, typografické i věcné chyby. Děkujeme Vám, že pečlivým vyplněním závěrečného hodnotícího
dotazníku přispějete ke zdokonalení tohoto textu a tím i k efektivnějšímu studiu Vašich budoucích kolegů.
88
Použité zdroje
BAAR, V., RUMPEL, P., ŠINDLER, P. Politická geografie. Ostrava: Ostravská univerzita, 1996. ISBN
80-7042-737-X, 94 s.
BAAR, V.: Národy na prahu 21. století. Emancipace nebo nacionalismus? Ostrava: OU+Tilia, 2002.
416 s.
BAAR, V.: Politická mapa dnešního svět: zeměpis pro 8. a 9. ročník základní školy a nižší ročníky
víceletých gymnázií: Zeměpis pro 8. a 9. ročník základní školy a nižší ročníky víceletých gymnázií:
politická mapa dnešního světa (Variant.). 1. rev. vyd. Praha: Fortuna, 1998. 48 s.
BRABEC, F., HORNÍK, S., CHALUPA, P.: Poznámky k politické geografii. Brno: Institut
mezioborových studií, 1998
GROFMAN, B., ed. Political gerrymandering and the courts, New York: Agathon Press, 1990.
HNÍZDO, B. Mezinárodní perspektivy politických regionů, Praha: I. S. E., 1995.
HYNEK, A., DRÁPAL, M., WOKOUN, R.: Úvod do politické a regionální geo-grafie. Brno:
Přírodovědecká fakulta UJEP, 1988.
IŠTOK, I. Politická geografia a geopolitika, Prešov: Prešovská univerzita v Prešově, 2004 392 s.
ISBN 80-8068-313-1.
IŠTOK, R. Štát na politickej mape světa. Politickogeografické a geopolitické aspekty. In Geografické
práce 7. Prešov: KGG FHPV PU, 1997. 172 s.
JEHLIČKA, P., TOMEŠ, J., DANĚK, P. (EDS.). Stát, prostor a politika. Vybrané otázky politické
geografie. Praha: KSGRR PřF UK, 2000. 274 s.
JOHNSTON, R. J., GREGORY, D. a SMITH, D. M. ed. The Dictionary of Human Geography, Oxford:
Blackwell publisher, 1994.
KOSTELECKÝ, T. Volby očima geografa, in L. Sýkora (ed.) Teoretické přístupy a vybrané problémy
v současné geografii, Praha, Přírodovědecká Fakulta University Karlovy, 1993.
KREJČÍ, O. Geopolitika středoevropského prostoru. Praha: Ekopress, 2000. ISBN 80-86119-29-7.
320 s.
LIŠČÁK, V., FOJTÍK, P.: Státy a území světa [Liščák, 1998]. 2. aktualiz., přeprac. a roz. Praha: Libri,
1998. 1095 s.
SHORT, J. R. An Introduction to Political Geography. 2nd edition. London and New York: Routledge,
1994. 178 s.
ŠINDLER, P.: Základy politické geografie. Ostrava: Pedagogická fakulta, 1986.
TAYLOR, P. J.: Political Geography. New York: Longman Scientific & Technical, 1989.
ŽALOUDEK, K. Encyklopedie politiky. Praha: Nakladatelství Libri, 1996.
89
Profil autora
RNDr. Miloš Fňukal, Ph.D.
Miloš Fňukal je odborným asistentem na katedře geografie Univerzity Palackého v Olomouci
Univerzita Palackého v Olomouci
Katedra geografie
ZÁKLADY FYZICKÉ GEOGRAFIE 1 - HYDROLOGIE
(pracovní verze určená k ověření ve výuce)
Renata Pavelková Chmelová
Jindřich Frajer
„Rozšíření akreditace studia učitelské geografie na PřF UP v Olomouci o kombinovanou formu“
CZ.1.07/2.2.00/18.0014
Vytvořeno jako pracovní verze distanční studijní opory určená k ověření ve výuce.
Obsah
Obsah..............................................................................................................................................................3
Úvod ................................................................................................................................................................7
Vysvětlivky k ikonám .......................................................................................................................................8
1
Úvod do hydrologie .....................................................................................................................................9
1.1
Hydrologie...........................................................................................................................................9
1.2
Dělení hydrologie ..............................................................................................................................10
1.3
Dějiny hydrologické vědy ..................................................................................................................12
1.3.1
2
3
Voda na Zemi ............................................................................................................................................15
2.1
Původ vody na Zemi .........................................................................................................................15
2.2
Zásoby vody na Zemi .......................................................................................................................16
2.3
Fyzikální a chemické vlastnosti vody ...............................................................................................17
2.4
Funkce vody .....................................................................................................................................19
Hydrografie ................................................................................................................................................24
3.1
Co je hydrografie? ............................................................................................................................24
3.2
Hydrografická síť ..............................................................................................................................24
3.2.1
Uspořádání říční sítě ....................................................................................................................27
3.2.2
Hustota říční sítě...........................................................................................................................27
3.3
Morfometrické a morfologické charakteristiky vodních toků.............................................................28
3.3.1
Řád vodního toku..........................................................................................................................28
3.3.2
Délka vodního toku .......................................................................................................................30
3.3.3
Stupeň vývoje toku .......................................................................................................................30
3.3.4
Průměrný sklon toku .....................................................................................................................30
3.3.5
Spádová křivka ...........................................................................................................................311
3.4
4
Vývoj a organizace hydrologie v českých zemích ........................................................................13
Geometrické a fyzikálně-geografické vlastnosti povodí ...................................................................31
3.4.1
Plocha povodí ...............................................................................................................................31
3.4.2
Střední šířka povodí .....................................................................................................................33
3.4.3
Délka rozvodnice a délka povodí..................................................................................................33
3.4.4
Tvar povodí ...................................................................................................................................33
3.4.5
Výškopisné poměry povodí ..........................................................................................................35
3.4.6
Lesnatost povodí ..........................................................................................................................35
3.4.7
Další fyzicko-geografické charakteristiky povodí ..........................................................................36
Srážko-odtokový proces v povodí .............................................................................................................37
4.1
4.1.1
Hydrologický cyklus v povodí ...........................................................................................................37
Intercepce .....................................................................................................................................38
5
4.1.2
Retence ........................................................................................................................................ 39
4.1.3
Infiltrace ....................................................................................................................................... 39
4.1.4
Výpar ............................................................................................................................................ 39
4.2
Základní typy odtoku ........................................................................................................................ 42
4.3
Hydrologická bilance ........................................................................................................................ 42
Hydrometeorologie ................................................................................................................................... 45
5.1
6
5.1.1
Déšť ............................................................................................................................................. 46
5.1.2
Přívalové deště ............................................................................................................................ 47
5.1.3
Měření srážek klasickými pozemními metodami ......................................................................... 48
5.1.4
Stanovení srážek pomocí dálkového průzkumu Země................................................................ 49
5.1.5
Sněhová pokrývka ....................................................................................................................... 51
5.1.6
Plošné rozložení srážek na povodí .............................................................................................. 51
Hydrometrie .............................................................................................................................................. 54
6.1
Měření vodního stavu .................................................................................................................. 55
6.1.2
Měření teploty vody...................................................................................................................... 56
6.1.3
Pozorování ledových jevů ............................................................................................................ 57
6.1.4
Splaveniny ................................................................................................................................... 57
6.1.5
Měření průtoků ............................................................................................................................. 58
Vztah mezi vodním stavem a průtokem........................................................................................... 61
Hydraulika vodního toku, fluviální činnost ................................................................................................ 64
7.1
Hydraulika vodního toku .................................................................................................................. 64
7.2
Vývoj vodního toku........................................................................................................................... 66
7.2.1
7.3
Eroze a vodní toky ....................................................................................................................... 67
Fluviální tvary ................................................................................................................................... 69
7.3.1
Zákruty a meandry ....................................................................................................................... 70
7.3.2
Strže ............................................................................................................................................. 72
7.3.3
Údolí ............................................................................................................................................. 73
7.3.4
Říční terasy .................................................................................................................................. 73
7.3.5
Štěrková lavice ............................................................................................................................. 74
7.3.6
Náplavový kužel ........................................................................................................................... 74
7.3.7
Říční niva ..................................................................................................................................... 75
7.4
8
Měření hydrologických prvků ........................................................................................................... 54
6.1.1
6.2
7
Atmosférické srážky ......................................................................................................................... 45
Říční krajina ..................................................................................................................................... 76
Režim vodních toků .................................................................................................................................. 80
8.1
Měrné jednotky odtoku .................................................................................................................... 80
8.2
Hodnocení průtoků........................................................................................................................... 81
8.3
Hodnocení vodních stavů ................................................................................................................ 83
8.4
9
Hydrologické modely a další metody používané v hydrologické praxi .............................................83
Extrémní jevy v povodí ..............................................................................................................................88
9.1
Povodně............................................................................................................................................88
9.1.1
Typy povodní dle příčiny ...............................................................................................................89
9.1.2
Popis povodňové události .............................................................................................................90
9.1.3
Opatření proti povodním ...............................................................................................................91
9.2
Sucho ................................................................................................................................................92
Sucho v ČR...................................................................................................................................93
9.2.1
10
Limnologie ............................................................................................................................................95
10.1
Definice jezera ..................................................................................................................................95
10.2
Fáze vývoje jezer ..............................................................................................................................96
10.3
Morfometrické charakteristiky jezer ..................................................................................................97
10.4
Vodní bilance jezer ...........................................................................................................................99
10.5
Vlastnosti jezerní vody....................................................................................................................100
10.5.1
Proudění .................................................................................................................................100
10.5.2
Vlnění ......................................................................................................................................100
10.5.3
Teplotní vlastnosti jezer ..........................................................................................................101
10.5.4
Průzračnost a barva vody jezer ..............................................................................................103
10.5.5
Ledové jevy.............................................................................................................................104
10.5.6
Život ve vodě jezera ...............................................................................................................104
10.6
Klasifikace jezer ..............................................................................................................................105
10.6.1
Klasifikace dle geomorfologických sil, které se podílely na vzniku jezer................................105
10.6.2
Klasifikace dle původu jezerní pánve .....................................................................................108
10.6.3
Klasifikace jezer dle chemického složení vody ......................................................................108
10.6.4
Klasifikace jezer dle vertikální výměny vody ..........................................................................108
10.6.5
Klasifikace jezer dle teplotních poměrů ..................................................................................109
10.6.6
Klasifikace jezer dle převládajících biologických procesů ......................................................109
10.6.7
Klasifikace jezer dle odtoku ....................................................................................................109
10.7
11
Bažiny a mokřady ...........................................................................................................................109
Hydrologie podpovrchových vod ........................................................................................................111
11.1
Rozdělení podpovrchových vod .....................................................................................................111
11.1.1
Půdní voda..............................................................................................................................112
11.1.2
Podzemní vody prosté ............................................................................................................113
11.1.3
Prameny .................................................................................................................................115
11.1.4
Minerální vody ........................................................................................................................115
11.2
12
12.1
Hydrologické charakteristiky podzemních vod ...............................................................................116
Voda v oceánech ................................................................................................................................118
. Oceánografie ................................................................................................................................118
12.1.1
Světový oceán ....................................................................................................................... 119
12.2
. Vybrané vlastnosti mořské vody .................................................................................................. 119
12.3
Pohyb mořské vody ....................................................................................................................... 121
12.3.1
Eolické vlnění vody ................................................................................................................ 121
12.3.2
Mořské proudy ....................................................................................................................... 122
12.3.3
Význam mořských proudů v rozvodu tepla a živin ................................................................ 123
13
Vodní hospodářství ............................................................................................................................ 125
13.1
Vodní hospodářství ........................................................................................................................ 125
13.1.1
Etapy ve vývoji vodního hospodářství ................................................................................... 125
13.1.2
Vývoj legislativy vodního hospodářství v ČR ......................................................................... 126
13.1.3
Složky vodního hospodářství v ČR ........................................................................................ 126
13.1.4
Problémy vodního hospodářství ............................................................................................ 127
Závěr .......................................................................................................................................................... 128
Použité zdroje............................................................................................................................................. 129
Profil autorů ................................................................................................................................................ 131
Úvod
Vážení studenti, do rukou se Vám dostává pracovní verze studijního textu Základy fyzické geografie 1 –
Hydrologie. Tento text je vytvořen v souladu se zásadami pro tvorbu distančních studijních opor, proto má
možná pro Vás poněkud nezvyklou formu. V budoucnosti by měl sloužit Vašim kolegům z připravované
kombinované formy studijního oboru Geografie. Cílem pracovníků katedry geografie je zpracovat pro ně
studijní opory tak, aby i ve specifických podmínkách „domácí přípravy“ kombinované se sobotními tutoriály
získali stejnou sumu znalostí jako Vy, účastníci prezenčního studia. Na rozdíl od Vás budou tito Vaši
kolegové studovat při zaměstnání, a tudíž budou mít jen omezené možnosti konzultovat nejasné nebo
obtížně srozumitelné pasáže textu. Budeme Vám proto vděčni, když autory této studijní opory na taková
místa upozorníte.
Přípravu distanční formy studijního oboru Geografie zajišťuje projektový tým Operačního projektu Vzdělání
pro konkurenceschopnost – CZ.1.07/2.2.00/18.0014 „Rozšíření akreditace studia učitelské geografie na PřF
UP v Olomouci o kombinovanou formu“, do kterého je zapojena většina členů katedry geografie, mj. všichni
vyučující. Z prostředků projektu je hrazena zejména příprava studijních opor. Ty jsou postupně
zpracovávány podle jednotné metodiky tak, aby byly během akademického roku 2012–13 ověřeny ve výuce.
Jejich definitivní verze budou recenzovány jak z odborného, tak didaktického hlediska.
Vysvětlivky k ikonám
Průvodce studiem
Prostřednictvím průvodce studiem k vám promlouvá autor textu. V průběhu četby vás
upozorňuje na důležité pasáže, nabízí vám metodickou pomoc a nebo předává důležitou
vstupní informaci ke studiu kapitoly.
Příklad
Příklad objasňuje probírané učivo, případně propojuje získané znalosti s ukázkou jejich
praktické aplikace.
Úkoly
Pod ikonou úkoly najdete dva druhy úkolů. Buď vás autor vybídne k tomu, abyste se pod
nějakou otázkou zamysleli a uvedli svůj vlastní názor na položenou otázku, nebo vám zadá
úkol, kterým prověřuje získané znalosti. Správné řešení zpravidla najdete přímo v textu.
Pro zájemce
Část pro zájemce je určena těm z vás, kteří máte zájem o hlubší studium dané problematiky.
Najdete zde i odkazy na doplňující literaturu. Pasáže i úkoly jsou zcela dobrovolné.
Řešení
V řešení můžete zkontrolovat správnost své odpovědi na konkrétní úkol nebo v něm najdete
řešení konkrétního testu. Váže se na konkrétní úkoly, testy! Nenajdete zde databázi správných
odpovědí na všechny úkoly a testy v textu!
Shrnutí
Ve shrnutí si zopakujete klíčové body probírané látky. Zjistíte, co je pokládáno za důležité.
Pokud shledáte, že některému úseku nerozumíte, nebo jste učivo špatně pochopili, vraťte se
na příslušnou pasáž v textu. Shrnutí vám poskytne rychlou korekci!
Kontrolní otázky a úkoly
Prověřují: do jaké míry jste pochopili text, zapamatovali si podstatné informace a zda je
dokážete aplikovat při řešení problémů. Najdete je na konci každé kapitoly. Pečlivě si je
promyslete. Odpovědi můžete najít ve více či méně skryté formě přímo v textu. Někdy jsou tyto
otázky řešeny na tutoriálech. V případě nejasností se obraťte na svého tutora.
Pojmy k zapamatování
Najdete je na konci kapitoly. Jde o klíčová slova kapitoly, která byste měli být schopni vysvětlit.
Po prvním prostudování kapitoly si je zkuste nejprve vyplnit bez nahlédnutí do textu! Teprve
pak srovnejte s příslušnými formulacemi autora. Pojmy slouží nejen k vaší kontrole toho, co
jste se naučili, ale můžete je velmi efektivně využít při závěrečném opakování před testem!
9
1
Úvod do hydrologie
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Vysvětlit co je hydrologie a předmět jejího studia
Rozdělit hydrologii na dílčí subdisciplíny
Určit milníky vývoje hydrologické vědy ve světě a v ČR
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
V úvodní kapitole si vysvětlíme co je hydrologie, jakým způsobem se definuje a
čím se zabývá. Uvedeme si dílčí hydrologické obory a poodhalíme roušku
historie hydrologické vědy a organizace hydrologie v českých zemích.
1.1 Hydrologie
Hydrologie je v obecném smyslu nauka o vodě. Původ slova hydrologie je
v latinském „logos“ (vědění, slovo) a „hydro“ z řeckého základu „hydór“ (voda).
Existuje řada definic, které se snaží vymezit obsah hydrologie a objekty jejího
studia, následující výběr je toho důkazem:
„Hydrologie je věda, která se zabývá zákonitostmi nepřetržitě probíhajícího oběhu
vody a jejího výskytu v přírodě, se zvláštním zřetelem na její množství, kvalitu a
účinek v přírodě a společnosti.“ (Netopil, 1972)
„Hydrologie je věda o Zemi popisující a předpovídající výskyt, oběh a rozdělení
vody na Zemi a v její atmosféře“ (Eagleson, 1991)
„Hydrologie je vědní obor zabývající se zákonitostmi časového i prostorového
rozdělení a oběhu vody na Zemi, jakož i jejími fyzikálními, chemickými a
biologickými vlastnostmi“ (Slavík, Neruda 2007)
„Hydrologie je věda zabývající se různými formami vody tak, jak existují
v přirozeném prostředí“ (Thomas, Goudie 2010)
„Hydrologie je věda, zabývající se výskytem, rozložením, cirkulací a vlastnostmi
vody na Zemi“ (National Research Council, 1991)
Při podrobnějším rozboru výše zmíněných definic, vyplyne, že hydrologie má
poměrně široké pole působnosti, ve kterém se potkává s dalšími vědami,
zkoumajícími krajinnou sféru. Hydrologie je ve své povaze tak multidisciplinární
vědní disciplínou, jak je samotná voda důležitá pro fyzikální, chemické a biologické
procesy uvnitř všech komponent krajinné sféry - atmosféry, litosféry, pedosféry,
biosféry, hydrosféry a noosféry (někdy také zvlášť vyčleňované kryosféry a
geomorfosféry), (NRC, 1991). Hydrologie v sobě zahrnuje poznatky základních
vědních disciplín (jakými jsou matematika a statistika, fyzika, chemie, biologie),
geovědních disciplín (geologie, pedologie, geochemie, klimatologie, meteorologie,
krajinná ekologie atd.) a také ostatních vědních disciplín a oborů (hydrotechnika,
vodní hospodářství, zdravotní inženýrství, ekonomie, ale také historie - při
Definice hydrologie
10
V rámci fyzické
geografie bývá někdy
vymezována jako dílčí
vědní disciplína tzv.
Hydrogeografie, která
se zabývá vztahem
mezi vodními útvary
pevnin a ostatními
krajinotvornými prvky
(Trizna, 2010).
zkoumání historických povodní atd.). Hydrologii nelze tedy chápat jako čistě
fyzicko-geografickou disciplínu. Zejména v posledních letech v souvislosti
s diskusemi nad globální změnou klimatu, znehodnocováním zemědělské půdy
erozí, častějšími výskyty extrémních hydrologických jevů (povodně a sucha),
znečišťováním a nedostatkem vodních zdrojů, se dostává hydrologie výrazně do
kontaktu se sociálně-geografickou sférou. Stává se tak platformou, na které
dochází k propojení obou hlavních směrů geografického výzkumu krajinné sféry.
Dle Roddy (1976) jsou „vodní zdroje a jejich znečištění na jedné straně a záplavy a
eroze na straně druhé největšími starostmi hydrologů“.
Hydrologie by se potom dala definovat jako vědní disciplína, která se zabývá
zákonitostmi výskytu, vlastnostmi, cirkulací a působením vody v krajinné
sféře v celé její šíři, se zvláštním zřetelem na vzájemnou interakci vody a
lidské společnosti.
1.2 Dělení hydrologie
Předmět výzkumu
Předmětem výzkumu hydrologie je hydrosféra (tj. souhrn veškeré vody vyskytující
se na Zemi ve všech jejích skupenstvích). Hydrologie se člení na dílčí vědní
odvětví, které se detailněji zabývají jednotlivými složkami hydrosféry. Základní
dělení hydrologie dle předmětu výzkumu je následující:
a, Hydrologie moří a oceánů (zkráceně oceánografie)
b, Hydrologie pevnin
Oceánografie Oceánografie (věda o mořích) lze rozdělit na dílčí subdisciplíny (dle Jánského,
1992):
•
Fyzická oceánografie – zabývá se fyzikálními vlastnostmi mořské vody, její
dynamikou i interakci s dalšími sférami
•
Chemická oceánografie – zkoumá chemické vlastnosti mořské vody
•
Biologická oceánografie – studuje všechny formy života v mořích a
oceánech
•
Mořská geologie a geofyzika – zabývá se vznikem a složením reliéfu
oceánského dna a zkoumá seizmické vlnění v tomto prostředí
V rámci jemnějšího členění lze vymezit také: historickou oceánografii, mořskou
zoologii, mořskou ekologii, mořskou botaniku, mořskou paleontologii, mořskou
meteorologii, mořskou regionální geografii atd.
Hydrologii pevnin dělíme dle předmětu zkoumání do těchto dílčích disciplín:
•
Hydrologie atmosféry (hydrometeorologie)
•
Hydrologie tekoucích vod (potamologie)
•
Hydrologie stojatých vod (limnologie)
•
Hydrologie bažin a mokřadů
11
•
Hydrologie půdy (hydropedologie)
•
Hydrologie podzemních vod (hydrogeologie)
•
Hydrologie ledovců (glaciologie)
•
Hydrologie sněhu a ledu (kryologie)
•
Hydrometrie
Jiné členění hydrologie nabízí Davie (2008), který hydrologii dělí dle způsobu
studia na:
a, geografickou hydrologii – zaměřená na fyzicko-geografické interakce vody a
okolního prostředí, zejména reliéfu. Tento přístup ve studiu hydrologie je více
popisný.
b, inženýrskou hydrologii – zabývá se praktickou stránkou pohybu vody na Zemi
a využívá spíše numerických a fyzikálních metod.
Podrobnější členění dle metod a cílů hydrologického výzkumu nabízí také Dyck a
Peschke (1983), kteří uvádějí toto rozdělení:
a, Teoretická (fyzická) hydrologie – obecné zákonitosti a vztahy v hydrologii
b, Aplikovaná hydrologie – aplikace teoretické hydrologie v praxi
•
Operativní hydrologie – hydrologická služba, aktuální informace a predikce
hydrologických jevů
•
Inženýrská hydrologie – technická hydrologie, praktické řešení úprav
vodních toků, výstavby malých vodních nádrží a jezů, protipovodňová
řešení
•
Regionální hydrologie – hydrologická problematika konkrétního prostoru
(regionu)
Dílčí odvětví hydrologie lze však také vymezit na základě jednotlivých kategorií
využití půdy v různých typech krajin a jejich hydrologických specifik. Dle Changa
(2006), tak můžeme rozlišit:
a, Agrohydrologii – zabývá se využitím vody v zemědělství, závlahami,
napájením hospodářských zvířat, melioracemi, dostupností podpovrchové vody pro
zemědělské plodiny atd.
b, Lesnickou hydrologii – zabývá se specifickými hydrologickými poměry lesních
ekosystémů, jako zásobáren vody v povodích
c, Hydrologie travních kultur (pastvin, luk) – zabývá se hydrologickými poměry
na trvalých travních kulturách
d, Urbánní hydrologii – studuje hydrologické poměry urbanizovaných ploch, na
kterých se výrazně podepisuje vliv městského klimatu a nepropustné plochy, které
zrychlují odtok a zabraňují vsaku
12
e, Hydrologii mokřadů – pojednává o hydrologických poměrech zamokřených
ploch jako jedinečných přechodných zón mezi aquatickým a terestriálním
ekosystémem a zároveň mezi povrchovou a podpovrchovou zásobou vody
f, Hydrologii pouští – zabývá se hydrologickými poměry aridních a semiaridních
oblastí světa s výrazně negativní roční vodní bilancí
Pro zájemce:
Z hydrologie vychází také celá řada vědních disciplín, které stojí „na pomezí“ mezi hydrologií a
ostatními obory. Mezi nejdůležitější patří:
•
Geomorfologie - věda zabývající se reliéfem zemského povrchu, jeho formami a tvary. Voda
patří mezi výrazné reliefotvorné činitele, vlivem tekoucích vod na okolní reliéf se zabývá
fluviální geomorfologie.
•
Historická hydrologie – věda zkoumající hydrologické podmínky minulosti a jejich vliv na
lidskou společnost a naopak
•
Hydrobiologie – věda zabývající se studiem veškeré vodní složky biosféry (sladkovodní i
mořské)
•
Medicínská hydrologie (zdravotnická hydrologie) – zkoumá vodu ve spojitosti s lidským
organismem a zdravím
•
Paleohydrologie – věda zabývající se výskytem, distribucí a pohybem vody na Zemi od vzniku
planety do vzniku prvních písemných hydrologických záznamů, zaměřuje se především na
kvartérní období (Gregory, 1983)
•
Vodní hospodářství – obor, který se zabývá racionálním využitím vodních zdrojů a manipulací
s nimi
1.3 Dějiny hydrologické vědy
Rok 1674, ve kterém
vyšla Perraultova
publikace publikace
„O původu pramenů“,
je považován za
celosvětový počátek
vědecké hydrologie.
(Hladný, 2009)
Voda, jako jedna z nezbytných látek života, přitahovala pozornost všech lidských
společností od úsvitu dějin. Vyspělé starověké civilizace se usazovali podél
vodních toků a využívali důmyslných zavlažovacích kanálů, kterými přiváděli vodu
na pole, která obdělávaly. Vystavěly mohutné aquadukty, které překlenovaly údolí
a zásobovaly tak pitnou vodou města a zároveň s pomocí vody odváděly ze
starověkých metropolí nečistoty… Není proto divu, že lidé pátrali po původu vody a
snažili se vysvětlit příčiny vzniku deště, pramenů, řek, jezer atd. Řečtí filosofové
věnovali vodě velkou pozornost, označovali ji za prapůvodní látku světa (Tháles
Milétský). Zkoumali jednotlivá skupenství vody a snažili se vysvětlit koloběh vody v
přírodě (Platón a Aristotelés), často za pomoci nerealistických přírodních
mechanismů. Římané rozšířili teoretická pojednání řeckých učenců o praktické
poznatky z hydrauliky (Vitruvius) a vodního stavitelství. Ve středověku příliš
nedocházelo k dalšímu rozvoji znalostí z hydrologie (stejně jako dalších přírodních
věd) především díky dogmatickému učení katolické církve, která inovátorským
počinům a myšlenkám odporující zaběhnutému řádu nepřála. Teprve s příchodem
renesance a reformního hnutí v církvi v 15. století, došlo v hydrologickém poznání
k významným pokrokům (Leonardo da Vinci, Giovan Fontana, Bernard Palissy),
nastupuje tak doba odvozování teorií na základě pozorování a měření (Trizna,
2010). Renesanční poznatky byly dále rozšiřovány v průběhu 17. století (Pierre
Perrault, Édme Mariotte, Edme Halley), kdy byly popsány a propočteny základní
principy srážko-odtokového procesu. V 18. století bylo dosaženo pokroku na poli
hydrometrie a hydrodynamiky (Antoine Chézy, John Dalton), kdy byly
zkonstruovány přesněji měřící přístroje (např. Pitotova trubice). V 19. století došlo
13
na základě přesných kontinuálních měření k revizím základních hydrologických
vztahů pro výpočet průtoku, rychlosti proudění a odtoku (Wilhelm, R. Kutter, Robert
Manning), do popředí se také dostala hydrologie podzemních vod a charakteristiky
podzemního proudění vody (Henry Darcy).
Dvacáté století a počátek 21. století lze z hlediska vývoje hydrologické vědy
rozdělit na tři období (Bulu, 2010):
1, empirická éra (1900–1930) – během tohoto období bylo učiněno množství
empirických měření a odvozeno mnoho empirických vztahů s koeficienty a
proměnnými závislými na konkrétním inženýrském řešení. Mnoho z těchto
matematických vztahů a závislostí však nepřineslo uspokojivé výsledky při řešení
praktických hydrologických problémů.
Dělení hydrologické vědy
2, Racionální éra (1930–1950) – přinesla odvození dodnes platných teorií a vztahů
transformace srážek v odtok v povodí (Shermann, Horton, Gumbel).
3, Teoretická, informační éra (1950 – současnost) – počátkem 50. let 20. století
jsou do hydrologických aplikací ve větší míře využívány teoretické přístupy. Široké
uplatnění v hydrologii zaznamenávají matematické analýzy a lineární a nelineární
modely. S rozšířením informačních technologií v 70. letech 20. století potom
startuje éra počítačového modelování hydrologických jevů, která trvá dodnes a je
vůdčí silou současné hydrologie, do které navíc na počátku 21. století vstupuje
možnost využití neuronových sití v hydrologickém modelování.
1.3.1 Vývoj a organizace hydrologie v českých zemích
V českých zemích nabývala hydrologie až do roku 1875 výrazně praktických
podob. Byla zde tradice budování rybníků, stavby jezů, umělých náhonů, vodovodů
a primitivních kanalizací. Pravidelné zápisy o hydrologické situaci se vedly
nesystematicky a hydrologické záznamy tak nalezneme náhodně v dílech
kronikářů, rybníkářů či regionálních nadšenců. Často se jednalo o zmínky o
hydrologických extrémech, především povodních a suchu. Systematické
pozorování a instrumentální měření se v Čechách objevilo až v souvislosti
s výskytem povodní a katastrofálního sucha v sedmdesátých letech 19. století.
Hydrologie
v českých zemích
Tehdy byla založena Hydrografická komise při Královstvím českém (1875), která
provozovala síť pozorovacích objektů – vodočetné a srážkoměrné stanice (Hladný,
2009). Na jejím řízení se podílel v hydrometrické sekci Švýcar Andreas Rudolf
Harlacher, který proslul zavedením pravidelných bilancí srážek a odtokového
množství a zároveň se zasloužil o vývoj měření průtoků pomocí hydrometrické
vrtule s elektrickou signalizací. Ombrometrickou sekci řídil potom prof. Studnička.
Hydrografická komise se stala v roce 1895 součástí Ústřední hydrografické
O sloučení
kanceláře Rakouska-Uherska.
Po vzniku samostatné ČSR byl v roce 1919 založen Československý státní ústav
hydrologický, který byl předchůdcem dnešního Výzkumného ústavu
vodohospodářského T. G. M. Jeho ředitelem se stal prof. Jan Smetana, vynikající
odborník na poli hydrotechniky. Ústav se podílel na shromažďování podkladů pro
vodní hospodářství, zkoumal srážkové, povrchové a podzemní vody a vydávání
vědeckých prací z oblasti hydrologie (např. Vodopis Československé republiky),
zpočátku se podílel také na měření teplot.
meteorologického a
hydrologického ústavu se
pokoušel již
v devadesátých letech 19.
století prof. František
Augustin, který je
považován za zakladatele
„hraničního“ oboru
hydrometeorologie
v Čechách (Hladný 2009)
14
Meteorologická služba byla od té hydrologické oddělena. Ke spojení došlo až
v roce 1954, kdy byl dle sovětského vzoru vytvořen společný Hydrometeorologický
ústav, který od roku 1980 nese název Český hydrometeorologický ústav
(Slovensko mělo tehdy vlastní ústav).
Úkol / Úkol k zamyšlení
V textu bylo uvedeno množství oborů, které z hydrologie vycházejí nebo
jsou hydrologii blízké, zkuste se zamyslet, zdali jste neslyšeli o dalších
oborech, které se hydrologie bezprostředně týkají nebo z ní vycházejí.
SHRNUTÍ
Hydrologie je věda zabývající se vodou na Zemi ve všech skupenstvích a procesy
s vodou souvisejícími. Předmětem jejího zkoumání je hydrosféra. Hydrologie se
dělí na dílčí subdisciplíny dle předmětu studia nebo dle cílů a metod studia.
S hydrologií souvisí celá řada hraničních oborů. Dějiny hydrologické vědy sahají až
do starověku, mytický charakter oběhu vody na Zemi se postupně odbourával od
nástupu renesance. V průběhu 17. století začíná hydrologie stát na empirických
základech.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Čím se zabývá hydrologie a z jakých oborů vychází?
2. Jmenuj hlavní fáze vývoje hydrologie včetně nejvýznamnějších osobností
dané éry.
3. Kdy vznikla organizovaná hydrologická služba na našem území?
4. Úkol: Za pomoci stránek Katedry geografie UP v Olomouci najděte
současné i bývalé pedagogy, kteří se hydrologií zabývají nebo zabývali a
zkuste najít konkrétní předmět jejich hydrologického zájmu.
Pojmy k zapamatování
Hydrologie, hydrogeologie, hydropedologie, hydrometrie, hydrografie,
potamologie, kryologie, limnologie, glaciologie, hydrometeorologie,
inženýrská hydrologie, geografická hydrologie, O Původu pramenů,
Třetinové pravidlo, Výzkumný ústav T. G. M., Český hydrometeorologický
ústav.
15
2
Voda na Zemi
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Charakterizovat vlastnosti a funkce vody v přírodě a ve společnosti
Vysvětlit princip hydrologického cyklu
Určit hlavní zásobárny sladké a slané vody Zemi
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
„Bez vody není života“ takto hovoří první odstavec Evropské vodní charty přijaté
ve Štrasburku v roce 1968, voda je základním pilířem živých organismů a mnoha
geosystémů. V následující kapitole se budeme zabývat otázkou, odkud se voda
na Zemi vzala, jaké jsou její nejdůležitější vlastnosti a funkce a jak je na naší
planetě prostorově distribuována.
2.1 Původ vody na Zemi
Odkud se vzala voda na naší planetě, je doposud nevyjasněnou vědeckou
hádankou. Existuje několik teorií, které odkazují na možné původní zdroje vody na
planetě Zemi a dalších planetách terestriálního typu. První z nich hovoří o možném
přímém čerpání vodíků z hvězdné mlhoviny do magmatických oceánů ihned po
vzniku planet pomocí reakce vodíku a oxidu železnatého (Sasaki, 1990). Další
počítá s přínosem vody na naší planetu pomocí impaktů vesmírných těles – komet
a asteroidů, které obsahovaly vodu ve formě ledu. Teoretické výpočty množství
vody, které mohly přinést komety, dokázaly, že toto množství nebylo větší než 10%
(Drake, 2005). V případě asteroidů jsou vyhlídky na jejich přínos optimističtější, ale
přesnější výpočty nejsou k dispozici. Nejnovější teorie kalkulují s adsorpcí plynů
vodíku, helia a kyslíku na povrchu prachových částic před vznikem Sluneční
soustavy. Tyto plyny pak mohly na povrchu částic náhodně reagovat a
zkombinovat se do podoby vodní páry. Voda v kapalném skupenství se na Zemi
může vyskytovat díky příznivé velikosti a vzdálenosti Země od Slunce, kdy
průměrná teplota povrchu naší planety je 27°C. Na ostatních planetách
terestretického typu je existence vody ve všech třech skupenstvích vyloučena.
Povrchová teplota Venuše je téměř 430°C, na Marsu jsou povrchové teploty příliš
nízké (až -66°C na pólech) (Chang, 2003), voda v kapalném skupenství se tam
vyskytovat nemůže.
Pro zájemce
Voda na Marsu - Informace o možném výskytu ledu na Marsu jako první přinesla sonda Mars Global
Surveyer která od roku 1997 s pomocí laserového výškoměru mapuje povrch Marsu. Díky tomuto
zařízení byly objeveny polární vrchlíky Marsu. V polovině roku 2001 byla vyslána k Marsu sonda Mars
Odyssey, která byla schopna detekovat výskyt vodíku na Marsu i několik metrů pod povrchem. Pomocí
přesných měření ze sondy, bylo zjištěno, že od 60° j.z.š. se na Marsu vyskytuje voda ve formě ledu či
ledových krystalků. Vysoká koncentrace vodíku v této oblasti odpovídá přibližné rozloze Antarktidy
(Vesmír, 6/2006). Severní polární vrchlík Marsu obsahuje vody méně. Ještě před dvěma miliardami let
měl Mars hustou atmosféru a vodní oceány (Klokočník, Lemoine 2000).
Kdy vznikly oceány? Dle
výzkumů sedimentů v
západním Grónsku je
pravděpodobné, že
podstatné množství vody
existovalo na Zemi již před
3,8 mld. let, již 800 mil. let
po vzniku Země.
16
2.2 Zásoby vody na Zemi
Vodní pára je významným
skleníkovým plynem,
molekuly vody ve vzduchu
jsou schopné úspěšně
zadržet odražené
dlouhovlnné záření Země
a tak ji celkově ohřívat.
Voda je nejrozšířenější látkou na Zemi. Z celkové rozlohy Země, která je 510 mil.
2
2
km zabírají vodní plochy plných 361 mil. km , což je 71%. Pevniny zabírají 149
2
mil. km , tedy 29% z celkové plochy planety. V hydrosféře je dle odhadů
akumulováno téměř 1400 mil. km3 vody (pro srovnání největší přehrada světa, Tři
soutěsky v Číně, akumuluje 39,3 km3 vody). Rozložení vody na Zemi je
2
nerovnoměrné. Na severní polokouli připadá na vodní plochy 155 mil. km a
2
pevninu 100 mil. km . Na jižní polokouli je rozdíl ploch ještě dramatičtější, 206 mil.
2
2
km vodních ploch a pouhých 49 mil. km pevniny. Nejvíce vody je akumulováno v
oceánech a mořích (97,2% objemu a 70,8 % celkové vodní plochy). Z toho
vyplývá, že většina zásob vody na Zemi je tvořena vodou slanou (přibližně z 97%)
a z 99.97% je tato slaná voda akumulována v oceánech a mořích, jen 0,3% slané
vody pochází z jezer (největší slané jezero světa je Kaspické moře).
Na zásobách sladké vody mají největší podíl ledovce a sněžníky v polárních a
horských oblastech světa (77%) a kolektory podzemních vod (22%). Sladkovodní
jezera, přehradní nádrže a řeky, tedy pro běžného obyvatele ČR nejviditelnější
akumulace vody, tvoří necelé 1% světových zásob sladké vody. Nejvíce sladké
3
vody je akumulováno v Antarktickém ledovci (25 mil. km ) a Grónském ledovci (2
3
mil. km ) (Nace, 1984). Přes všechny dosavadní výpočty je celkové množství vody
na Zemi pouze těžko určitelné (Davies 2003).
Obr. 2.2 Zásoby vody na Zemi
Obr. 2.2.1 Podíl jednotlivých typů vod na světových zásobách sladké vody
17
Tab. 1. Zdroje sladké vody na Zemi (zdroj dat: Davies 2003, Netopil 1983)
Zásoby sladké vody na Zemi
povrchová voda
podpovrchová voda
jezera
nádrže
řeky
bažiny a mokřady
ledovce a sníh
půdní
podzemní
voda v atmosféře
celkem
množství vody v km3
235000
5000
1250
6000
32000000
65000
8000000
13000
40325250
2.3 Fyzikální a chemické vlastnosti vody
Molekula vody se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku, které
jsou k sobě poutány prostřednictvím velmi pevné kovalentní vazby. Pevnost vazby
nám zaručuje, že se voda neštěpí. Molekula vody je bipolární (má kladný a
záporný pól), což umožňuje vzájemnou vazbu molekul vody pomocí vodíkových
vazeb (můstků), kdy se kladný pól molekuly (s vodíky) váže na záporný pól
(kyslík). Tato vazba může být zpřetrhána, proto dochází ke vzniku vodní páry, kdy
jsou od sebe např. při zahřívání oddělovány jednotlivé molekuly vody.
Obr. 2.3 Molekula vody (zdroj: vitacortex.com)
Skupenství vody
Voda se na Zemi vyskytuje ve třech skupenstvích (voda, vodní pára a led), které
mezi sebou přechází prostřednictvím těchto dějů:
•
Kondenzace je děj, při kterém se plynné skupenství mění na kapalné
(např. tvorba rosy)
•
Sublimace je děj, při kterém dochází ke změně skupenství z pevného na
plynné (v našem případě, např. výpar z ledu)
•
Tuhnutí je děj, při kterém se kapalina mění v tuhou látku (např. zamrzání
vodní hladiny)
18
•
Vypařování (evaporace) je děj, při kterém se kapalné skupenství mění na
plynné (např. výpar z volné hladiny)
Molekuly vody jsou při různých skupenstvích od sebe různě vzdáleny. Nejmenší
prostory mezi molekulami vznikají při kapalném stavu, proto má voda větší hustotu
(v objemové jednotce je více molekul vody) než led. Ve většině případů proto voda
zamrzá ze „shora“ a led, který se vytvoří, pluje po hladině. Voda dosahuje
maximální hustoty při 4°C.
Jednou ze základních chemických reakcí vody je hydrolýza, která probíhá
v organickém i anorganickém prostředí. Vděčíme jí např. za vznik jílových
minerálů, které jsou základem půdy.
Dle Plainera (1983) jsou na základě fyzikálních, chemických a biologických
charakteristik nejdůležitější tyto vlastnosti vody:
•
Nenahraditelnost vody – voda je základ života na Zemi, bez její účasti se
neobejde většina biologických procesů, je vynikající transportní medium
látek i energií (např.živin v kořenovém systému rostlin, minerálů pro lidské
tělo atd.).
•
Kinetická a potenciální energie vody – energie vody se využívá
v hydroelektrárnách, dříve v mlýnech, hamrech a pilách
•
Schopnost vody rozpouštět některé sloučeniny – těchto vlastností se
využívá především v průmyslové výrobě, ale také v hygieně,
v domácnostech při vaření a praní atd.
•
Samočistící schopnost vody – voda je schopná zbavit se zbytkového
znečištění přirozenou cestou sama. Proces samočištění tak probíhá
v každém přirozeném, lidskou činností dramaticky neovlivněném, vodním
ekosystému. Jedná se o autoregulační proces. Největší proces
samočištění probíhá ve vodních tocích, ve stojatých vodách se uplatňuje
pomaleji. Vůdčí roli v procesu samočištění mají mikroorganismy (např.
bentos na říčním dně). V rychle tekoucích a mělkých vodních tocích
dochází k samočištění velmi efektivně, neboť se voda rychle okysličuje a
molekuly nežádoucích látek se dostávají častěji do styku s čistícími
mikroorganismy na dně toku. U stojatých vod a pomalu tekoucích toků
dochází k sedimentaci znečišťujících látek na dně.
•
Teplota vody – voda je schopna ve velké míře příjímat a vydávat teplo (viz
pro zájemce), využívá se proto k vaření v domácnostech, ke chlazení
v průmyslových závodech, ve zdravotnictví atd.
Pro zájemce
K zahřátí vody je zapotřebí velké množství energie. Voda tak vykazuje velkou specifickou tepelnou
kapacitu (množství energie potřebné k zahřátí hmoty o 1°C). Při zahřívání vody dochází
k rozpohybování molekul vody, což následně způsobuje zpřetrhání vodíkových vazeb. Vysoká hodnota
specifické tepelné kapacity vody (srovnej viz tabulka) se projevuje např. v roli vody jako významného
klimatického faktoru. Na jaře a v létě trvá delší čas, než se vodní plochy a vodní toky zahřejí, tudíž mají
na lokální klima ochlazující účinek, naakumulované teplo však uvolňuje zpět do atmosféry na podzim a
ze začátku zimy (záleží na zeměpisné šířce), čímž své okolí otepluje. Voda tak pomáhá zmírňovat klima
(např. v přímořských státech) (Davies, 2003).
19
2.4 Funkce vody
a, Biologická funkce vody – voda je nezbytná pro život lidí, zvířat i rostlin. Člověk
je téměř z 60% až 90% (u novorozenců přes 97%, množství vody v těle se
s věkem snižuje) tvořen vodou, která je z velké části vázána v buňkách, 34% z ní
potom koluje po těle spolu s rozpuštěnými minerály (Ross, Wilson 1981). Voda je
také významným regulátorem pH v organismu. Bez vody by rostliny nemohly
absorbovat živiny a provádět fotosyntézu a hydrolytické procesy (Chang 2003).
Biologická funkce
Zjednodušený princip fotosyntézy: voda + oxid uhličitý + sluneční energie =
organická hmota + kyslík
Ekologická funkce
b, Ekologická funkce vody – voda je životním prostředím pro 90% všech
organismů na Zemi. Mezi významné ekotopy patří mokřady, jezera a rybníky,
potoky a řeky, estuária, moře a oceány. Organismy žijící ve vodě můžeme rozdělit
do třech základních skupin:
•
Benthos – rostliny a živočichové, žijící při dně
•
Plankton – mikroorganismy, které se vznáší ve vodě, unášeny proudy, hrají
rozhodující úlohu v oceánském potravním řetězci
•
Nekton – plovoucí živočichové, kteří se pohybují ve vodě nezávisle na
proudění (ryby, korýši)
Vodní toky, mokřady a rybníky mohou být také významnými místními prvky
ekologické stability krajiny (ÚSES), ať už jako biocentra, biokoridory, ochranné
zóny nebo interakční prvky
c, Zdravotní funkce – pomocí vody je prováděna osobní a veřejná hygiena,
ošetřována zranění atd. Pozitivní vliv vody na zdraví člověka se uplatňuje zejména
v lázeňství a balneologii. Teplá voda pomáhá regenerovat svalům, studená voda
ve formě obkladů potom předchází otokům při zraněních.
Zdravotní funkce
d, Hospodářská funkce vody – voda tvoří významný komponent hospodářství.
Jako zdroj energie se podílí na energetickém mixu států (rozhodujícím způsobem
např. v Rakousku a Norsku). Používá se také k zavlažování v zemědělství,
k chlazení v průmyslové výrobě, ke skladování nebezpečných odpadů. Jako
základní výrobní médium se uplatňuje v potravinářském průmyslu atd.
Hospodářská role vody je umocněna ve státech s rozvinutým vodním
hospodářstvím.
Hospodářská funkce
e,Krajinotvorná a estetická funkce vody – Voda vystupuje jako významný
krajinotvorný činitel spolu s reliéfem a vegetací (Tlapák, Šálek, Herynek 1992). Má
dokázaný uklidňující účinek na lidskou psychiku.
Krajinotvorná a estetická
funkce
f, Kulturní funkce vody – Voda je také výrazným kulturním fenoménem. Závislost
nejstarších civilizací na zavlažovacích systémech vedla k uctívání mnoha božstev
„vody“ či konkrétních vodních toků. Řekové považovali Oceana a Thetys za rodiče
všech bohů. Role vody nemizí z náboženských obřadů ani v současnosti,
v křesťanství se uplatňuje při křtu či svěcení, v islámu má voda očistnou úlohu před
vstupem do mešity, v hinduismu je oslavována posvátná řeka Ganga.
Kulturní funkce
20
Úkol / Úkol k zamyšlení
V průběhu dne sledujte při jakých činnostech a k jakým účelům vodu využíváte,
zamyslete se nad tím, zdali byste byli schopni dané činnosti vykonávat i bez
vody.
Vodní bilance
Stav vody v přírodě je vyrovnaný. Voda se nikde neztrácí, ani nevzniká, pouze
mění skupenství. Malé množství vody je do přírody dodáváno spolu s pády
vesmírných těles, ale je to tak nevýrazná část, že se zanedbává. Konceptuální
model pohybu vody na Zemi v systému oceán – atmosféra - pevnina je označován
jako globální hydrologický cyklus (někdy též velký vodní oběh). Základní vstupní
složkou tohoto geosystému je sluneční záření. Energie vyzářená ze Slunce
3
způsobí vypařování vody z oceánů a pevniny v celkovém množství 577 600 km za
rok. Oceány tvoří podstatnou část povrchu naší planety, tedy i celková hodnota
3
3
ročního výparu z nich (505 000 km ) je daleko větší než z pevniny (72 000 km ).
Vypařená voda se dostává ve formě vodní páry (ovzdušné vláhy) do atmosféry,
kde kondenzuje a vytváří srážky (ať už ve vertikální nebo horizontální formě). Zpět
3
3
na hladinu oceánu tak spadne 458 000 km srážek, na pevninu potom 119 000 km
srážek. Odečteme-li od sebe množství vypařené vody nad pevninou a celkové
3
množství srážek nad pevninou dostaneme deficit 47 000 km . Toto množství vody
se nad pevninu dostává ve formě vodní páry a následných srážek z oceánů, díky
atmosférickému proudění. Voda spadlá na pevninu ve formě srážek se poté může
vypařit, vytvořit zásobu ve sněhu, ledu nebo jezerech, může být využita organismy
(a poté vypařena) nebo se může ve formě povrchového nebo podzemního odtoku
dostat zpět do oceánů. Celková roční hodnota povrchového odtoku z pevniny činí
3
3
45 000 km a na podzemní odtok poté připadá 2000 km ročně. Celkový odtok
3
z pevniny je tak 47 000 km , což je stejné množství vody, které vypadne ve formě
srážek z atmosférické vláhy, která se nad pevninu dostala z oceánů. Vodní cyklus
se nám tak uzavírá. Celkově se ho účastní pouze 0,4% hydrosféry (Krešl 2001).
Z uvedených informací můžeme matematicky vyjádřit nastíněný konceptuální
model hydrologického cyklu ve formě rovnic vodní bilance, kdy:
Ep + Eo = So + Sp
Eo = So + O
Ep = Sp – O
Ep…. výpar z pevniny
Eo… výpar z oceánů
Sp… srážky nad pevninou
So… srážky nad oceány
O… celkový odtok z pevniny
21
Hydrologický cyklus můžeme rozdělit na malý a velký. Velký hydrologický cyklus
(oběh vody) se odehrává v systému oceán – atmosféra – pevnina – atmosféra –
oceán. Malé hydrologické cykly se realizují pouze v systému oceán – atmosféra
– oceán nebo pevnina – atmosféra – pevnina.
Velký a malý
hydrologický cyklus
Obr. 2.4 Velký oběh vody (dle Huggeta 2004, upraveno)
Základními složkami vodní bilance na Zemi jsou výpar, srážky a odtok.
•
Výpar - výpar ze světového oceánu je největším zdrojem atmosférické
vláhy na Zemi. Nejvyšší výpar v oceánech je pásmu pasátů (10° - 20° s. š.
a j.š.). Směrem k pólům se výpar z oceánů zmenšuje. Zonální rozložení
hodnot výparu narušuje působení oceánských proudů. Teplé oceánské
proudy zvyšují výpar a studené výpar snižují (tyto anomálie jsou dobře
vidět na obr. X)V průměru se z oceánu vypaří 1940 mm (jižní
polokoule)2010 mm (severní polokoule) ročně (tzn. bez srážkových a
přítokových dotací by díky výparu hladina oceánu ročně klesala až o 2 m).
Nejvyššího výparu na jednotku plochy dosahuje Tichý oceán.
Ne všechna vláha, která vznikne výparem nad oceánem a putuje nad
pevninu díky vzdušnému proudění vypadává na pevnině v podobě srážek.
Určité množství vláhy se přenese z oceánu nad pevninou zpět nad oceán.
Jedná se o tzv. tranzitní vláhu. Její množství je umocněno plochým
reliéfem, které neklade proudění žádné překážky a zároveň velikostí
pevniny. V průměru se jedná o přibližně 37000 km3 vody ročně. Nejvíce
tranzitní vláhy se přenese přes Austrálii – asi 78% z celkového množství
vláhy z oceánů. Nejmenších podílů tranzitní vláhy dosahují rozsáhlé a
hornaté kontinenty – Asie a obě Ameriky (kolem 20%). Podíl tranzitní vláhy
v Evropě je zhruba 48%, tato vláha se však nedostává zpět nad oceán
v celém objemu, ale polovina se transformuje do srážek nad Asií.
Výpar
22
Významnou překážkou při průchodu atmosférické vláhy z oceánů nad
kontinent jsou horská pásma. Vzniká tzv. návětrný (orografický) efekt, kdy
vláha spadne ve formě srážek na návětrnou stranu pohoří a na závětrnou
stranu pohoří se již dostává pouze suchý vzduch. Tento fakt se projevuje
na rozdílném úhrnu srážek, rozdílné skladbě a bujnosti vegetace atd.
Typickým příkladem je poušť Atacama v Jižní Americe. V českém prostředí
se tento efekt projevuje v Podkrušnohoří.
Srážky
•
Srážky – největší množství srážek spadne nad světovým oceánem
v rovníkovém pásmu (10° - 0° s.š.). Největší srážkové úhrny dosahujících
až 4000 mm ročně byly naměřeny v Indickém oceánu na pobřeží Barmy.
V průměru je to potom v těchto oblastech 2280 mm/rok. Minimum srážek
nad oceány vypadne v pasátových tropických zónach mezi 20° a 30°
severní (690 mm/rok)a jižní zeměpisné šířky (1170 mm/rok). Nejmneší
úhrny byly zaznamenány v oceánech přiléhajícím k Sahaře a Arabskému
poloostrovu, které nedosahovaly ani 50 mm/rok. Rozložení srážek a
výparu nad oceány není rovnoměrné, v některých částech oceánu
dominuje jedna složka, v další druhá. Přibývání vody v oceánech
v oblastech s většími srážkami a ubývání v oblastech s větším výparem
3
vyvažují mořské proudy, které ročně přenesou přibližně 22 mil. km vody.
Obr. 2.4.1 Rozdíl mezi denním úhrnem srážek a množstvím výparu.
Z obrázku jasně vystupují oblasti s převažujícím výparem a tedy
srážkovým deficitem (pásmo pasátů) (zdroj: pme_ave_ideo.columbia.edu,
upraveno)
Odtok
•
Odtok – Z 78,5% pevniny na Zemi voda odtéká do světového oceánu
povrchovým či podzemním odtokem. Nazýváme je odtokové oblasti. Na
Zemi se vyskytuje také 21,5% bezodtokých oblastí, tj. oblastí, jejichž odtok
končí na pevnině a světového oceánu nikdy nedosáhne. Z těchto
bezodtokých oblastí se voda pouze vypařuje. Často se jedná o bezodtoká
jezera hluboko uvnitř kontinentů (Aralské jezero, Kapské moře, Čadské
jezero) nebo o náhorní plošiny uzavřené horským pásmem (Tibet,
3
Altiplano). Ročně odtéká z pevniny do světového oceánu 47000 km vody
(z toho 89% tvoří voda říční, 6% voda z ledovců a 5% podzemní voda).
Část pevniny, ze které se uskutečňuje odtok do určitého oceánu, se
nazývá úmoří. Odtok z jednotlivých úmoří do oceánů není rovnoměrný.
23
Je závislý na vodním režimu jednotlivých vodních toků a na různé ploše
úmoří a oceánů. Tabulka x ukazuje přítok do jednotlivých oceánů v mm na
plochu oceánu za rok a obrázeky x a y ukazují průměrnou hodnotu
ročního odtoku a jeho sezónnost. Nejvyšších rozdílů v množství sezónního
přítoku vykazuje Severní ledový oceán, kde před rozmrznutím ledu a
sněhu na Sibiři přitéká v březnu 9 mm a po jeho roztátí v červnu až 84 mm
(vody na plochu oceánu).
Voda je nejrozšířenější látkou ne Zemi a je podmínkou života. Má řadu unikátních
vlastností a funkcí. Původ vody na Zemi nebyl doposud uspokojivě vědecky
vysvětlen. Voda se nikde neztrácí, pouze dochází k její transformaci do jiného
skupenství. Nejvíce vody na Zemi je koncentrováno v oceánech, které se
nevýznamněji podílejí na vzniku atmosférické vláhy, která se mění ve srážky a
vstupuje do hydrologického cyklu. Základními složkami malého a velkého oběhu
vody jsou výpar, srážky a odtok. Zásoby sladké vody tvoří pouze necelá 3%
celkového objemu vody na planetě. Nejvíce sladké vody je koncentrováno
v ledovcích. Zásoby vody jsou na světě rozloženi nerovnoměrně.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Objasněte rozložení zásob vody na Zemi.
2. Charakterizujte podstatu velkého a malého hydrologického cyklu.
3. Vyjmenujte nejpodstatnější vlastnosti vody a jejích využití společností.
Pojmy k zapamatování
adsorpce, molekula vody, vodíkové vazby, kondenzace, sublimace, bentos,
plankton, nekton, velký a malý hydrologický oběh, orografický efekt, tranzitní
vláha, rovnice vodní bilance, zásoby vody na Zemi
24
3
Hydrografie
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Vysvětlit vznik říční sítě a charakterizovat její uspořádání
Vyjádřit základní morfometrické a morfologické charakteristiky vodních toků
a povodí
Vymezit rozvodnici
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 70 minut.
Průvodce studiem
Povodí je základní prostorovou jednotkou hydrologie a vodní toky jsou jeho
páteří. V následující kapitole si ukážeme, jakým způsobem lze charakterizovat
vybrané vlastnosti vodního toku a celého povodí.
3.1 Co je hydrografie?
Hydrografie
Hydrografie je věda, zabývající se hydrologickými, morfologickými a
morfometrickými charakteristikami vodních útvarů a zároveň zákonitostmi jejich
geografického rozložení na Zemi. Vodním útvarem je myšleno trvalé nebo
dočasné soustředění vody v různém skupenství na zemském povrchu nebo
v zemské kůře, charakterizované typickými formami výskytu a znaky
hydrologického režimu a jež je součástí hydrologického cyklu. Mezi vodní útvary
můžeme řadit vodní toky, jezera, sněhovou pokrývku, ledovec, kolektor apod.
(Trizna 2010). V následujících kapitolách se zaměříme na morfometrické
charakteristiky vodních toků a povodí.
3.2 Hydrografická síť
Povrchové vodní útvary
Pod pojmem hydrografická síť si můžeme představit soustavu všech povrchových
vodních útvarů v povodí. Jedná se tak o všechny potoky a řeky, rybníky a jezera,
které se na ploše povodí vyskytují. Vznik řek a potoků je výsledkem srážkoodtokového procesu v krajině. Voda, která ve formě atmosférických srážek spadne
na povrch, stéká působením gravitace po svazích s největším spádem. Nejprve má
tento jev podobu neorganizovaného plošného splachu (ronu), postupně se však
odtok soustřeďuje do drah, jež nabývají podobu erozních rýh či stružek,
vytvořených dynamickým účinkem stékající vody na podloží svahu. Voda ze
stružek se poté koncentruje ve sníženinách tektonického, erozního (strže),
ledovcového, chemického (kras) či jiného původu. Postupně tak vznikají koryta
vodních toků protékající protáhlé sníženiny – údolí. Údolí dělíme podle toho, zda
jsou nebo nejsou protékána vodou na:
a, říční údolí – údolí trvalé protékána vodou
b, suchá údolí – údolí občasně protékaná vodou nebo která byla vodou protékána
v minulosti
25
Samotným vodním tokem poté rozumíme proud soustředěného toku vody po
zemském povrchu, který je prostorově ohraničen dnem a břehy. Počátek vodního
toku je označován jako pramen, konec vodního toku jako ústí, což je místo, kde
se řeka vlévá do řeky vyššího řádu, jezera nebo moře. Pramenem (počátkem)
vodního toku může být vývěr podzemní vody, výtok z ledovců, bažin a močálů
nebo soutok dvou a více toků nižšího řádu.
Vodní tok
Pramenné úseky řek označujeme jako zdrojnice. V případě, že vodní tok má více
zdrojnic, existuje několik pravidel, jejichž pomocí se určuje, která z nich je
pramenná. Především rozhoduje jejich délka, vodnost, nadmořská výška pramene,
nebo jestli jsou pojmenované či nikoliv. V případech, kdy má řeka nepojmenované,
stejně dlouhé a vodné zdrojnice určuje se jako pramen řeky počátek „levé“ z nich
(směrem od pramene).
Zdrojnice
Ústí může mít jednoduchou podobu (soutok dvou řek, vtok řeky do jezera) nebo
speciální – delta (jako konec řeky se pak označuje místo vústění nejdelšího a
nejvodnatějšího z ramen), ponor či propad v krasové oblasti. V případě
komplikované delty se koncem řeky označuje místo před počátkem větvení.
Delta
Příklad / Labe nebo Vltava?
Pokud srovnáme hydrografické parametry Labe a Vltavy v místě jejich soutoku
pod mělnickým zámkem, podle platných pravidel by se mělo Labe vlévat do
Vltavy (Vltava má v místě soutoku délku od pramene 430 km, Labe „pouhých“
3
235 km. Průměrný roční průtok Vltavy je zde zhruba 151 m /s, který je výrazně
větší než u Labe. Vltava má též v místě soutoku větší plochu povodí. Pro Labe
hovoří pouze vyšší nadmořská výška pramene: 1384 m n.m.). Co tedy vedlo
k takovému výkladu? Kořeny sahají hluboko do historie. V povodí Labe se
usazovali již pravěcí Keltové a považovali ho za hlavní tok a označení pro „Labe“
znali i ostatní národy. Labe je tedy díky své „historičnosti“ považováno za hlavní
tok až do současnosti.
Vodní tok společně se všemi svými přítoky vytváří říční síť (říční soustavu), která
je osou hydrografické sítě. Území, ze kterého je říční soustavou odváděna voda se
potom nazývá povodí. Jinými slovy povodí je území, ze kterého je odváděna voda
z atmosférických srážek, sněhu a ledu, povrchovým, podpovrchovým nebo
podzemním odtokem k určitému závěrnému profilu vodního toku (nebo jiného
vodního útvaru). Profilem, ke kterému se veškerá voda v povodí sbírá, může být
hydrologická stanice, vtok do vodní vodní nádrže, nejčastěji však ústí. Povodí je
základní hydrologická prostorová jednotka, je vymezena rozvodnicí, což je
myšlená hraniční čára mezi dvěma sousedními povodími. Považujeme ho za
jednotku hydrologicky uzavřenou. Rozvodnice může nabývat dvojí podoby.
Říční síť
a, orografická rozvodnice – vymezuje povodí povrchové vody, probíhá od
závěrného profilu po nejvyšších bodech povodí. Prakticky se jedná o hřbetnici, což
je myšlená čára styku dvou přilehlých svahů téhož hřbetu.
Rozvodnice
Pro konstrukci orografické rozvodnice určitého vodního toku potřebujeme mapu, ve
které je zaznačena říční síť a vrstevnice s kótami. Rozvodnici začínáme
konstruovat vždy od ústí a ve stejném bodě také nákres končíme. Vždy musíme
mít na paměti, že každá kapka vody, která dopadne na povrch povodí, musí stéci
do hlavního toku nebo jeho přítoků. Pomocí vrstevnic si tak prostorově musíme
představit plasticitu terénu a stékání vody v něm. Na obrázku je vymezená
orografické rozvodnice levostranného přítoku Hutiského potoka.
Konstrukce rozvodnice
26
Šipka označuje ústí, ze kterého se rozvodnice začíná vymezovat a ve kterém se
také končí. Trojúhelníky potom značí nejvyšší body povodí, kterými rozvodnice
prochází.
Obr. 1 Vymezení rozvodnice (Pramen: vlastní zpracování, podklad CENIA).
b, hydrogeologická rozvodnice – často se kryje s orografickou rozvodnicí, ale
v místech se složitější geologickou stavbou může být její průběh zcela odlišný. Jak
vyplývá z obrázku, taková situace může nastat v případě střídání propustných a
nepropustných vrstev, kdy podzemní voda může odtékat do jiného povodí než
povrchová voda v orografickém povodí.
Obr. 2.1 Orografická a hydrogeologická rozvodnice (Pramen: vlastní zpracování).
Bifurkace a říční pirátství
Speciálními případy při určování rozvodnic jsou bifurkace a říční pirátství.
K bifurkaci dochází, když jedno z ramen větvícího se vodního toku ústí do povodí
jiného toku. Říční pirátství nastává, když vodní tok uchvátí povodí jiného toku
(nebo tzv. načepuje vodu) např, zpětnou erozí (viz obrázek) nebo sesuvem či
tektonikou. Oba dva jevy však mohou být způsobeny také antropogenními zásahy.
27
Obrázek 3.1.1 Příklad říčního pirátství zpětnou erozí vodního toku a následné
změny rozvodnice (zdroj: wikimedia commons, upraveno)
Příklad / Bifurkace
Jedním z nejznámějších případů bifurkace je případ řeky Casiquiare ve
Venezuele. Tato řeka (nebo spíše přirozený kanál) s délkou 320 km, odvádí
zhruba třetinu vody z horního toku Orinoka do řeky Río Negro patřící do povodí
Amazonky. Řeka byla objevena jezuitou otcem Romanem v polovině 18. století.
Prozkoumána byla A. von Humboldtem a botanikem A. Bonplandem na poč. 19.
století. Dalším případem bifurkace je řeka Echimamish v Kanadě, která spojuje
říční systémy Hayes a Nelson river.
V českém prostředí můžeme za příklad bifurkace považovat technickou památku
Schwarzenberský kanál, který odvádí vodu jednoho z přítoku Studené Vltavy do
Rakouské řeky Grosse Mühl, která patří do povodí Dunaje.
3.2.1 Uspořádání říční sítě
Uspořádání hlavního toku a jeho přítoků v povodí nabývá různých tvarů, závislých
na geologické stavbě povodí a stadium vývoje reliéfu. Typické tvary říční sítě jsou:
A, stromovitá říční síť
B, asymetrická říční síť
C, vějířovitá říční síť
D, radiální říční síťa
E, anulární říční síť
B, mřížkovitá (pravoúhlá) říční síť
3.2.2 Hustota říční sítě
Hustota říční sítě udává, celkovou délku vodních toků na jednotku plochy
zvoleného území (většinou povodí). Pro ČR obecně platí, že hustota říční sítě je
největší v oblastech s vyššími nadmořskými výškami, kde se mohou vodní toky
přirozeně vyvíjet, na rozdíl od obydlených a hospodářsky intenzivně využívaných
oblastí, kde byla říční sít značně upravena (napřímena) a řada drobných vodních
toků byla zatrubněna.
Tvary říčních sítí
28
(km/km2)
∑L … součet délek všech vodních toků (km)
2
P … plocha povodí (km )
Výslednou hodnotu říční sítě porovnáme s tabulkou dle Herbera a Sudy (1994) a
dostaneme slovní označení hustoty říční sítě:
slovní označení hustoty říční
2
hodnota r (km/km ) sítě
≤ 0,3
velmi nízká
0,31 - 0,5
nízká
0,51 - 0,7
střední
0,71 - 1,1
vysoká
≥ 1,11
velmi vysoká
3.3 Morfometrické
vodních toků
3.3.1
Řádovost vodních roků
a
morfologické
charakteristiky
Řád vodního toku
Řádovost vodních toků je vyjádřením hierarchie vodních toků v rámci říční sítě. V
současnosti existuje asi 11 různých klasifikací řádů vodních toků, z nichž si
uvedeme pouze ty nejvýznamnější. Podle způsobu jejich odvození rozlišujeme:
a, Absolutní řádovost
Mezi nejznámější klasifikace hodnotící určující řád vodního toku patří Graveliova.
Podle ní jsou toky ústící do moře označovány jako řeky 1. řádu. Přítoky těchto řek
pak jako 2. řádu atd. Podle toho systému je tedy např. Labe řeka 1. řádu, Vltava 2.
řádu, Sázava 3. řádu, Blanice 4. řádu… Graveliův systém je používán od roku
1914, jeho výhodou je přehlednost, avšak při vzájemném statistickém porovnávání
vodních toků můžeme narazit na problém, kdy dvě řeky stejného řádu si svým
charakterem vůbec neodpovídají. Např. vodním tokem 2. řádu je Vltava, stejně
jako Košátecký potok vlévající se do Labe u Neratovic.
b, Relativní řádovost
Strahlerova klasifikace z roku 1957 je založena na principu označování úseků
vodních toků po soutoky. Pramenné úseky (zdrojnice) mají označení 1. řádu. Při
soutoku dvou úseků vodních toků stejného řádu vznikne vodní tok vyššího řádu.
Při soutoku dvou úseků vodních toků různého řádu se zachovává číslo vyššího
řádu, jež se však nenavyšuje.
29
Obr. 3.3.1 Strahlerova klasifikace v (Pramen: vlastní zpracování).
Shrevova klasifikace z roku 1966 vychází ze stejného principu jako Strahler, totiž
označování pramenných úseků (zdrojnic) 1. řády. Další úseky vodních toků jsou
pak označovány řády dle počtu pramenných úseků, které se na jejich „vzniku“
podílejí. Tzn. ze dvou zdrojnic 1. řádu vznikne úsek toku 2. řádu, při soutoku s
další zdrojnicí vznikne úsek 3. řádu atd. Určuje se tak magnitudo určitého úseku
mezi dvěma soutoky aneb kolik zdrojnic 1. řádu se nachází na úsecích výše na
toku.
Obr. 4.3.2 Shrevova klasifikace vodních toků (Pramen: vlastní zpracování).
Hortonova klasifikace z roku 1945 byla z jednou prvních klasifikací relativních
řádovostí vodních toků, vychází ze stejných principů označování pramenných
úseků jako Strahler s tím rozdílem, že při soutoku dvou úseků toků stejného řádu
dochází ke zpětnému přeoznačení delšího, významnějšího či vodnějšího z nich
číslem vyššího řádu. Tímto způsobem můžeme vystopovat zdrojnici
nejvýznamnějšího toku říční sítě.
Obr. 5.3.3 Hortonova klasifikace vodních toků (Pramen: vlastní zpracování).
30
Horton také definoval zákonitosti uspořádání říční sítě:
1, Počet toků určitého řádu klesá geometrickou řadou spolu se stoupajícím číslem
řádu
2, Průměrná délka toku určitého řádu geometrický stoupá spolu s rostoucím číslem
řádu
3, Průměrná plocha povodí toku určitého řádu geometricky stoupá s rostoucím
číslem řádu
Scheiddeggerova klasifikace z roku 1967 označuje zdrojnice jako toky 2. řádu,
poté pracuje na stejném principu jako Shreve, při soutoku dvou zdrojnic vznikne
úsek čtvrtého řádu. Nikdy se tak v řádech neobjevují lichá čísla.
Obr. 6.3.4 Scheiddeggerova klasifikace vodních toků (Pramen: vlastní zpracování).
3.3.2 Délka vodního toku
Délka vodného toku
Délka vodního toku (L) se uvádí v km, jedná se o délku střednice půdorysného
obrazu koryta toku. Dílčí vzdálenosti, které se měří od ústí proti proudu se nazývaji
kilometráž (též staničení). V některých případech se délka vodního toku nahrazuje
délkou údolí. Délka vodního toku se v čase mění v souvislosti s vývojem koryta,
případně regulačními úpravami.
3.3.3 Stupeň vývoje toku
Stupeň vývoje toku
Stupeň vývoje toku (jinak též míra křivolakosti) K, je poměr mezi skutečnou délkou
vodního toku a nejkratší přímou vzdáleností pramene a ústí. Nabývá vždy hodnot ≥
1. Platí, že čím více se stupeň vývoje toku navyšuje od 1, tím je vodní tok více
křivolaký (meandrování, zákruty aj.).
L … skutečná délka vodního toku (km)
Lx … nejkratší přímá vzdálenost pramene a ústí (km)
3.3.4 Průměrný sklon toku
Sklon vodního toku
Průměrný sklon toku se používá na orientační stanovení spádu vodního toku po
celé jeho délce. Uvádí se v procentech % nebo v promilích. Čím větší výškový
rozdíl mezi pramenem a ústím musí vodní tok překonat, tím větší bude hodnota
jeho sklonu. S rostoucí délkou vodního toku (meandrování atd.) se však snižuje.
31
Hp… nadmořská výška pramene (m n.m.)
Hú… nadmořská výška ústí (m n. m.)
L… délka vodního toku (m)
3.3.5 Spádová křivka
Je průsečíkem svislé rovny s geografickou plochou tj. reálným povrchem, po
kterém vodní tok stéká. Konstrukce křivky je jednoduchá na osu x nanášíme
vzdálenost od pramene k ústí (popřípadě obráceně – formou kilometráže) a na osu
y nadmořskou výšku. Spádová křivka může být jednoduchá (zobrazen pouze
zájmový vodní tok) nebo rozvitá (v takovém případě jsou zobrazeny další křivky
přítoků). Při konstrukci rozvité spádové křivky musíme dbát na dodržení správné
kilometráže ústí jednotlivých přítoků. Při konstrukci tak postupujeme od ústí
směrem k prameni.
Obr. 7.3.5 Rozvitá spádová křivka Březnice (Pramen: seminární práce studentů).
3.4 Geometrické a fyzikálně-geografické vlastnosti
povodí
3.4.1 Plocha povodí
Plochu povodí (Sp, P, A, F) odvozujeme planimetricky z vhodného mapového
podkladu. Jedná se o plochu půdorysného průmětu povodí do vodorovné roviny.
2
Plocha povodí se nejčastěji udává v km nebo v ha.
Spádová křivka vodního
toku
32
Reálná plocha povodí v terénu je vždy větší než plocha povodí odvozená
z mapového podkladu. Příčinou je členitost reliéfu, která v mapě nemůže být
zohledněna. Reálnou plochu povodí tak lze určit z digitálních modelů reliéfu
v prostředí GIS. Obecně lze říci, že větších odchylek bude plocha povodí reálná od
planimetrické nabývat v členitějším reliéfu.
Pozn. v následujících charakteristikách budeme používat jako symbol plochy
povodí „P“
Obr. 3.4.1 Povodí Krupé – znázornění plochy povodí z mapy (vlevo) a z digitálního
2
modelu reliéfu. Plocha povodí stanovená planimetricky je 62,7 km , spočítaná
2
v GIS z DMR 64,2 km . (zdroj: vlastní zpracování)
Vývoj plochy povodí lze znázornit pomocí grafu vývoje povodí. Pravoúhlý graf
vývoje povodí zvětšování plochy povodí s rostoucí délkou vodního toku. Kruhový
graf vývoje povodí poté podává informace o plošném příspěvku jednotlivých
přítoků k celkové ploše povodí s barevným odlišením levo a pravostranných
přítoků.
Zjednodušený graf vývoje povodí Berounky
Grafy vývoje povodí
Suchomlatský Třemošná
potok
Litavka
Střela
Mladotický potok
Zbirožský potok
Rakovnický
potok
Klabava
Loděnice
Manětínský potok
Červený potok
Obr. 3.4.1.1 Ukázka pravoúhlého grafu vývoje povodí a kruhového (zdroj: Pokorná,
Zábranská 2007; Pošta 2008).
33
3.4.2 Střední šířka povodí
Střední šířka povodí (b, B) je poměr plochy povodí a délky vodního toku. Jednotky
jsou kilometry nebo metry, v závislosti na délce vodního toku.
2
P… plocha povodí (km )
L… délka vodního toku (údolnice) (km)
3.4.3 Délka rozvodnice a délka povodí
Délka rozvodnice odpovídá obvodu povodí; značí se (LR) a udává se v km. Délka
povodí je přímočará vzdálenost ústí a nejvzdálenějšího bodu povodí, značí se
stejně jako délka vodního toku (L) a uvádí se v kilometrech.
3.4.4 Tvar povodí
Tvar povodí je důležitou kvantitativní charakteristikou povodí. Určuje, zda-li je
povodí protáhlého nebo kruhovitého tvaru nebo jeho symetričnost či asymetričnost.
Existuje několik způsobů výpočtu tvaru povodí či jeho souměrnosti:
a, charakteristika povodí (α)
nebo také
2
P… plocha povodí (km )
b … střední šířka povodí
L … délka povodí (km)
Výsledné číslo porovnáme s tabulkou Herbera a Sudy (1994) podle plochy povodí
2
(< > 50 km ) a zjistíme typ tvaru povodí:
Tvar povodí
protáhlý
přechodný
vějířovitý
P < 50 km2
< 0,24
0,24 - 0,26
> 0,26
P > 50 km2
< 0,18
0,18 - 0,20
> 0,20
Výpočet tvaru povodí
34
b, Gravelliův koeficient (KG)
Udává, jak moc se tvar povodí liší od „ideálního“ tvaru tj. kruhového povodí (KG =
1). Jedná se o podíl délky rozvodnice a obvodu kruhu o stejném obsahu jako je
plocha povodí. Výsledné hodnoty nabývají velikosti ≥ 1. Čím větší je hodnota KG,
tím více je tvar povodí protáhlý.
Lr … délka rozvodnice (km)
2
P… plocha povodí (km )
c, Koeficient protáhlosti povodí (Elongation ratio) (RE)
Jedná se o podíl průměru kruhu o stejné ploše jako je plocha povodí a délky
povodí. Hodnota koeficientu protáhlosti povodí nabývá hodnot v intervalu (0;1).
Čím více se hodnota RE blíží 0, tím více je povodí protáhlé a naopak, čím více se
hodnota přibližuje 1 tím více je tvar kruhový.
L … délka povodí (km)
2
P… plocha povodí (km )
d, Koeficient (stupeň) souměrnosti povodí (KS)
Koeficient souměrnosti povodí udává symetričnost či asymetričnost tvaru povodí.
Čím více se hodnota koeficientu blíží 0, tím více je povodí souměrné.
nebo
2
PL … plocha levostranných přítoků (km )
2
PP … plocha pravostranných přítoků (km )
2
P … plocha povodí (km )
35
3.4.5 Výškopisné poměry povodí
Výškopisné poměry v povodí můžeme vyjádřit pomocí:
a, průměrná nadmořská výška povodí (Hp)
Výpočet průměrné
nadmořské výšky povodí
Hmin … minimální nadmořská výška v povodí (m n.m.)
Hmax … maximální nadmořská výška v povodí (m n.m.)
a, průměrný sklon povrchu povodí (I)
Vypočítá se buď pomocí zjednodušeného vzorce, nebo přesněji dle Herbstova
vzorce, kde se zohledňují výškové intervaly vrstevnic a délka jednotlivých
vrstevnic.
Výpočet průměrného
sklonu povrchu povodí
nebo dle Herbsta:
Hmin … minimální nadmořská výška v povodí (m n.m.)
Hmax … maximální nadmořská výška v povodí (m n.m.)
h … výškový interval vrstevnic (m)
lr … délka dné vrstevnice v povodí (m)
2
P … plocha povodí (m )
3.4.6 Lesnatost povodí
Je charakteristika, která reprezentuje vegetační poměry v povodí a to konkrétně
zastoupení lesů, jako významných činitelů ovlivňujících hydrologický režim.
Lesnatost (Kl) udává v procentech zastoupení plochy lesů na celkové ploše povodí.
2
Pl … plocha lesů v povodí (km )
2
P … plocha povodí (km )
Důležitou hydrologickou a
klimatickou roli v povodí
hrají také umělé a
přirozené vodní nádrže.
Proto se někdy stanovuje
tzv. index jezernatosti (Kf),
který udává procentuální
zastoupení vodních ploch
na celkové ploše povodí
(území).
36
3.4.7 Další fyzicko-geografické charakteristiky povodí
Mezi další fyzicko-geografické charakteristiky povodí můžeme zařadit poměry
geologické (zastoupení jednotlivých geologických útvarů v povodí, jejich původ,
uložení vzhledem k hydrogeologickým podmínkám atd.), pedologické (zastoupení
jednotlivých typů a druhů půd, náchylnosti k erozi, infiltračními vlastnostmi atd.),
klimatické (srážkové, teplotní údaje, klimatické oblasti…) (Kravka a kol. 2009).
Důležitým prvkem charakteristiky povodí, vypovídajícím o činnosti člověka je landuse. Podává informace o využití ploch v povodí, zda-li je v něm silně zastoupena
orná půda, zastavěné plochy nebo spíše lesy a pastviny. K stanovení výše
zmíněných charakteristik můžeme využít mapových podkladů (geologické a
pedologické mapy, Atlas podnebí ČR, základní topografické mapy, územní plány
atd.) nebo dat naměřených přímo v terénu (meteorologická data, pedologické
sondy, geologické vrty, terénní výzkum).
Shrnutí
Hydrografie se zabývá charakteristikami vodních útvarů. Hlavní komponentu
hydrografické sítě tvoří říční síť, jež je tvořena hlavním vodním tokem a jeho
přítoky, které mají specifické uspořádání. Říční síť se vyvíjí od plošného splachu
(ronu) přes erozní rýhy, stružky, strže, koryta až po údolí. Území, ze kterého voda
odtéká do určitého vodního toku nebo jiného objektu se nazývá povodí a je
základní hydrologickou prostorovou jednotkou. Povodí je ohraničeno rozvodnicí,
která může být buď orografická nebo hydrogeologická. Základní morfometrickými a
morfologickými charakteristikami vodních toků je: řádovost, délka, křivolakost,
průměrný sklon, spádová křivka, hustota říční sítě a její uspořádání. U povodí
nejčastěji vyjadřujeme plochu, délku rozvodnice, střední šířku a tvar povodí.
Kontrolní otázky a úkoly
4. Co je to hydrografická síť, říční síť a povodí?
5. Nakresli základní tvary říční sítě.
6. Na mapě vymezte rozvodnici řeky Bystřičky.
Pojmy k zapamatování
Vodní útvar, vodní tok, povodí, pramen, ústí, zdrojnice, rozvodnice,
bifurkace, říční pirátství, spádová křivka, stupeň vývoje vodního toku,
plocha.
37
4
Srážko-odtokový proces v povodí
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Vysvětlit transformaci srážek v povodí
Charakterizovat druhy odtoku
Detailněji objasnit jednotlivé komponenty hydrologického cyklu v povodí
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 90 minut.
Průvodce studiem
Co se stane s vodou, která spadne do povodí ve formě srážek? Odteče všechna
vodními toky? Jak to, že vodní toky za normálních okolností nevysychají? Na tyto
a další otázky si odpovíme v následující kapitole.
4.1 Hydrologický cyklus v povodí
Hydrologický cyklus neprobíhá pouze na globální úrovni, jak je popisováno v
kapitole 2. Nepřetržitý oběh vody probíhá také v prostorově menších jednotkách.
Základní hydrologickou prostorovou jednotkou je povodí. Transformace srážek na
odtok z povodí je jednou ze základních otázek, na které hydrologie hledá
odpovědi.
Základní vstupní komponentou srážko-odtokového procesu v povodí je
atmosférická srážka. Srážky mohou dopadnout na nepropustný povrch, kde
dochází k jejich hromadění (retenci) a následnému výparu (evaporaci), nebo
mohou odtékat po zemském povrchu ve směru spádu přímo do vodního toku.
Určité množství srážek se může také zachytit na vegetaci či jiných předmětech
(intercepce) a další část se vsákne do půdy (infiltrace), odkud se pomocí
hypodermického nebo podzemního odtoku dostane do vodního toku nebo se stane
součástí organické hmoty rostlin a organismů, z nichž se potom uvolňuje dýcháním
(transpirací). Takto zjednodušeně lze popsat hydrologický cyklus v povodí. K
plnému pochopení transformace srážek na odtok v povodí je však nutný detailnější
rozbor jednotlivých procesů, které se ve srážko-odtokovém procesu mohou
uplatnit.
38
Srážko-odtokový proces
Obr. 4.1 Srážko-odtokový proces v povodí (Pramen: soer.justice.tas.gov.au, upraveno
autory).
4.1.1 Intercepce
Je proces, při kterém je voda ze srážek zadržena na předmětech nebo vegetaci
(např. listech rostlin, kmenech stromů), tato voda se časem buď vypaří zpět do
atmosféry, nebo postupně steče či odkapá na povrch (v případě stromových
porostů se jedná o tzv. korunové srážky).
Tab. 4.1.1 Hodnoty intercepce jednotlivých dřevin
Typ dřeviny
Množství
Množství srážek Celková
zadržených srážek stékajících po intercepce
v koruně (%)
kmeni (%)
(%)
Smrk
43,5
2,3
41,1
Borovice
24,5
0,7
27,8
Javor
29,5
8
22,5
Dub
26,4
5,7
20,7
Buk
36,3
16,8
19,5
Pramen: upraveno dle Duba 1957 a Demka a kol. 1976
Lidové rčení říká, že v lese
prší dvakrát – poprvé při
samotné srážce a
podruhé, když voda
zadržená v korunách
stromů odkapává na zem.
Z tabulky vyplývá, že největší intercepční schopnost mají jehličnany. Jehličnaté
lesy jsou schopny zadržet v korunovém systému více než polovinu z celkového
množství srážek. Na intercepci se významně podílí také zemědělské plodiny.
Vysoká intercepční schopnost hrachovin a jetelovin umožňuje využívat tyto plodiny
jako opatření proti erozi půdy.
39
4.1.2 Retence
dochází k zadržení vody v povodí. Voda z atmosférických srážek se může
dopadnout na hladinu jezera, rybníku nebo vyplnit terénní deprese. Z těchto
depresí se voda může pomalu vypařit, odtéci nebo se infiltrovat do podzemí.
Retence
4.1.3 Infiltrace
Infiltrace – neboli vsak je proces převádění povrchové vody do pásma
provzdušnění (areace) půdního profilu. Z pásma areace se voda díky kořenovému
systému rostlin může transportovat do rostlinných těl a odtud procesem transpirace
dostat zpět do ovzduší. Část infiltrované vody se prosákne z pásma areace až do
pásma saturace a doplní tak zásoby podzemní vody. Rychlost infiltrace a množství
infiltrované vody se odvíjí od fyzikálních vlastností půdy (typ a druh půdy),
vegetačního krytu půdy, vlhkosti půdy (množství vody v půdním profilu od
předcházející srážkové události), intenzitě a době trvání srážek, chemických
látkách přidaných do půdy, hloubce, do které je voda schopná proniknout (v
závislosti na množství a velikosti půdních kapilár) (Trizna, 2010). Základní vlivy
půd a vegetace na infiltraci shrnují tabulky.
Infiltrace
Tab. 4.1.2 Velikost infiltrace na půdě s různým typem vegetace
velikost
infiltrace
(mm/h)
půda a vegetace
půda s lesním porostem
půda s trvalým travním porostem
100-200
10-70
půda bez vegetace
0-4
Pramen: upraveno, dle Burta 1987
Tab. 4.1.1 Vliv půdních druhů a vegetačního krytu na velikost infiltrace
půdní druh
velikost infiltrace (mm/h)
s vegetačním krytem
bez vegetačního krytu
hlinito-písčitá
50
25
písčito-hlinitá
25
13
hlinitá
15
8
jílovito-hlinitá
5
3
Pramen: dle Kohnkeho 1968
4.1.4 Výpar
Výpar (evaporace) je proces, při které dochází k přeměně vody ve vodní páru.
K této přeměně je nutné dodat energii z atmosféry (vítr) nebo ze slunce (záření).
Velikost výparu je tedy přímo ovlivněna těmito komponentami. Výpar je definován,
jako množství vody nebo výška vrstvy vody vypařené za určitý časový interval
z určité plochy, vyjadřuje se tudíž v mm.
Pro hydrometeorologické účely se někdy používá intenzita výparu – tj. množství
-1
vody vypařené za jednotku času z určité plochy (mm . s ).
Výpar
40
Druhy výparu
Rozlišujeme dva základní druhy výparu: evaporaci (fyzikální výpar) a transpiraci
(fyziologický výpar - výdej vody povrchem rostlin, zejména listy v průběhu
fotosyntézy a dýchání). Společně potom tvoří evapotranspiraci.
Evapotranspirace je tak celkový výpar, vztažený k určitému území. Je to v podstatě
aktuální výpar (Et) z určitého území (povodí), který zohledňuje aktuální podmínky
stavu vody a přísunu energie. Vedle aktuálního výparu vymezujeme také
potenciální výpar (EP), což je maximální možný výpar, kterého lze na určitém
území v určitých klimatických podmínkách dosáhnout. Aktuální výpar je za suchých
měsíců daleko nižší než potenciální, vyrovnává se mu pouze v podmínkách
srážkových epizod.
V podmínkách střední
Evropy se vypaří zhruba
60% srážek (z toho 14%
z holé půdy, 45%
transpirací rostlin a 1%
z vodních toků nádrží).
Obr. 4.1.4: Průměrný roční úhrn referenční evapotranspirace v České republice
(zdroj: Tolasz a kol. Atlas podnebí ČR, 2010)
Výpar z volné vodní
hladiny je třikrát menší než
výpar z hladiny pokryté
vodními rostlinami.
Faktorů, které ovlivňují výpar, je celá řada – předně je to teplota vypařující se látky
(vody), dále vlastnosti vzduchu (teplota, vlhkost, tlak), proudění vzduchu, tvar
povrchu (reliéf), ze kterého se voda vypařuje, vlastnosti půdy (druh, barva,
kultivace, struktura), vegetační pokrývka (transpirace).
Kvůli rozdílnému prostředí a podmínkám výparu rozlišujeme tyto typy výparu:
•
Výpar z vodní hladiny (E0) (zde množství výparu záleží na velikosti,
hloubce vodní masy a také na proudění vzduchu)
•
Výpar z půdy – je velmi ovlivněn nasyceností půdy vodou, z nasycené
půdy se vypařuje 10-15 mm vody denně, ve vyschlé půdě je vypařovací
horizont ve větších hloubkách a je zanedbatelný.
•
Výpar z vegetace (transpirace)
•
Výpar ze sněhu a ledu – vzhledem k větší tepelné vodivosti ledu a menší
schopnosti odrážet sluneční záření (albedo) se z ledu voda odpařuje až 3x
více
41
K měření výparu se využívá tzv. výparoměr. Jedná se o nádobu o známých
rozměrech zapuštěnou do země. V ní se měří změny vodní hladiny pomocí
plováku. Voda je zde odčerpávána nebo dočerpávána na příslušnou hodnotu vždy
v 7 hodin ráno. Pro měření výparu z vodních nádrží se používá speciální plovoucí
zařízení a pro měření výparu z půdy se používá zvláštních typů lyzimetrů, které
jsou podobné výparoměrům, ale mají nádobu vyplněnou půdou a okolní vegetací,
navíc umožňují infiltraci vody nádobou až do půdního podloží. Při měření se tak
musí neustále měřit také průtok srážkové vody nádobou. Transpirace se měří
pomocí fotometrů a potometrů, které jsou tvořeny nádobou s půdou nebo vodou,
se zasazenými rostlinami stejného druhu. Pro zamezení výparu z půdy je zakryta
parafínem nebo fólií (Bumerl, 2003).
Důležitá role vegetace v evapotranspiraci se odráží také na místním klimatu. Jak
plyne z obr. X Kdy v dobře zavodněném prostředí s vegetací je velká část sluneční
energie transformována na výpar, za to v prostředí s malým výskytem biomasy a
antropogenně ovlivněným hydrologickým režimem (meliorace) se energie ze
slunce transformuje pouze na teplo. Ještě před několika desítkami let bylo
vědeckými studiemi prokazováno, že les „přitahuje srážky“. Tvorba „oblaků“ vodní
páry nad lesy toho byla důkazem. Dnes je dokázáno, že oblaka vodní páry nad
lesy jsou vypařující se kapky vody, které se na lesním porostu zachytily pomocí
intercepce a následně vypařily. Výpar z lesů je tedy větší než např. výpar ze
zatravněných ploch, protože je v něm zároveň největší intercepce a tudíž zásoba
vody pro výpar. Evaporace z „mokrých listů“ nebyla dlouho zkoumána, jelikož se
věřilo, že větší evaporace z listů kompenzuje ztráty z transpirace, která by v ten
moment normálně probíhala (studie ze 60. let). Později bylo zjištěno, že výpar
z mokrých listů je 3x až 4x větší než výpar ze suchých listů. Stále však zůstává
nezodpovězená otázka, jak výpar z lesa přispívá k tvorbě regionálních dešťů
(Davie, 2008).
Obr. 4.1.4.1 Ukázka důležité role lesní vegetace na výpar a tím i mikroklima (zdroj:
hgf10.vsb.cz)
Měření výparu
42
4.2 Základní typy odtoku
Typy odtoku
Celkový odtok z povodí se dá charakterizovat jako objem vody, který odteče
z povodí za jednotku času. Jeho součástí je několik typů dílčích odtoků:
a, povrchový odtok – část celkového odtoku, která stéká přímo po povrchu
terénu. Může být soustředěný (tzn. v rámci hydrografické sítě vodních toků) nebo
nesoustředěný (tzv. plošný splach – ron). Jiné dělení hovoří o sklonovém
(uskutečňuje se na sklonových plochách) a říčním (v říční síti).
b, podpovrchový odtok – tzv. hypodermický odtok – voda, která se infiltruje do
podloží a odtéká v rámci půdního profilu těsně pod povrchem terénu a není
v kontaktu s podzemní vodou.
c, podzemní odtok – je tvořen vodou, která se infiltrovala a odtéká podzemím, je
oproti hypodermickému a povrchovému odtoku značně zpomalený.
Povrchový odtok a hypodermický odtok, který probíhá již při srážce nebo
bezprostředně po jejím skončení tvoří tzv. přímý odtok. Podílí se na přechodném
zvýšení vodnosti řek.
Podzemní odtok spolu se zpožděným hypotermickým odtokem potom tvoří tzv.
základní odtok. Právě tento odtok zásobuje vodou potoky a řeky i v období bez
srážek.
4.3 Hydrologická bilance
Hydrologická bilance
Stejně jako pro velký a malý oběh vody, můžeme sestavit hydrologickou bilanci
také pro jednotlivá povodí nebo dokonce státy. Základní veličiny hydrologické
bilance rozdělujeme dle prvků hydrologické bilance na dva typy (ČHMÚ, 2010):
a, veličiny, které mají rozměr toků (srážky, výpar, průtok v závěrném profilu,
základní odtok)
b, veličiny, které mají rozměr zásob (půdní voda v zóně areace, sněhová pokrývka,
podzemní voda, voda v tocích a nádržích)
Dle rozdělení je zřejmé, že ne všechny prvky hydrologické bilance lze s přesností
změřit či určit. Pro určení specifických prvků hydrologické bilance (např. změny
v zásobě půdní a podzemní vody, potenciální výpar atd.) se tedy používají
speciální modely a modelové výpočty. V rámci potřeb ČHMÚ bylo území České
republiky rozděleno do 10 bilančních oblastí, pro které se zhotovuje přesná
hydrologická bilance.
Měření hydrologické
bilance
Pro zjednodušenou hydrologickou bilanci v rámci povodí lze využít rovnice:
HS = Ho + Hv +/- R
Hs … celková výška srážek (mm)
Ho … celková výška odtoku (mm)
Hv … celková výška výparu (mm)
R … změna výšky zásob v povodí (mm)
43
Změna zásob vody v povodí vyjadřuje úbytek či přebytek zásob vody ve sněhové
pokrývce, podzemní vody, akumulované povrchové vody atd. Pokud tyto propozice
nejsou známy lze rovnici zcela zjednodušit bez použití R.
Pro zájemce
Jak vzniká odtok? Nejznámější teorie vzniku odtoku pochází od Roberta E. Hortona z roku 1933 a je
prezentována také v tomto učebním textu. Dle této teorie vzníká povrchový odtok tak, že intenzita deště
překročí infiltrační kapacitu půdy. Na půdě se vytvoří tenká vrstva vody, která se začne pohybovat po
svahu a následně hromadit v mělkých depresích terénu. Deprese se postupně vyplní a voda z nich
začne přetékat a postupně se soustředit do rýh a stružek, které se dále spojí do vodních toků. Řídícím
faktorem tohoto modelu je tedy infiltrační kapacita půdy (Davies 2008). Hortonovský model tedy počítá
s infiltračním přebytkem, který vytváří povrchový odtok. Tento způsob výkladu je značně zjednodušený.
Betson (1964) tak podrobil Hortonovu teorii revizi a přišel s tvrzením, že v povodí existuje pouze několik
ploch, které přispívají k tvrobě plošného odtoku, zejména při přívalových srážkách. Novou teorii
podpořily také závěry Selbyho v roce 1970, který došel při svých výzkumech na Novém Zélandu k
poznání, že infiltrační kapacita místních pastvin a hrabanky pod stromy byla obecně mnohonásobně
vyšší než intenzity naměřených dešťů a přesto docházelo k tvorbě povrchového odtoku. Zcela nový
pohled přinesly Hewlett a Hibbert (1967), kteří na základě pozorování výzkumných ploch na východě
USA došly k závěru, že všechna voda se při srážce infiltruje do půdy, ale zde ji podpovrchový odtok
může přivést zpět na povrch („return flow“) a potom společně s deštěm padajícím na saturovaná místa
tvoří povrchový odtok. Tak byl položen základ tzv. nehortonovského modelu tvorby odtoku, kdy
řídícím procesem je podpovrchový odtok v půdě. Koncept modelu tedy vychází z faktu, že odtok závisí
na stavu provlhčení půdy před, během a po dešti, navíc je k jeho vzniku zapotřebí méně intenzivní děšť.
Při srážce se většina vody vsákne do půdy a nastává tak podpovrchový odtok. Podél vodního toku se
vytváří při úpatí svahů zóny nasycení (saturace) , kde se v případě dopadu srážky voda nevsakuje, ale
vytváří přímo povrchově odtéká. V průběhu dalšího pokračování srážky se zóny saturace rozšiřují
směrem do svahu a protínají dráhy podpovrchového odtoku a způsobí jeho návrat na povrch („return
flow“). Po skončení srážky dochází k rychlému poklesu přímého povrchového odtoku z nasycené zóny
a return flow. Pozvolna klesá podpovrchový odtok.
Role hypodermického odtoku zejména při přívalových srážkách není ještě zcela objasněna. Výzkumné
studie prokázaly, že samotný hypodermický odtok není rychlý (zhruba 13 mm/hod v písčitých půdách).
Teorie Hortona a Hawkinse (1965) počítá s tzv. „pístovým prouděním“ což znamená, že nově
infiltrující se voda vytlačuje z podpovrchu vodu „starou“, která tak odtéká mnohem rychleji. Stále
nevyřešená zůstává také otázka sítě makropórů v půdě (3 mm a více) a jejich podílu na rychlém
hypotermickém odtoku. Síť makropórů (tzv. preferenční cesty) můžou vzniknout např. činností půdních
živočichů, kořenovými systémy rostlin atd.
SHRNUTÍ
Hydrologický cyklus v povodí ovlivňuje řada fyzicko-geografických faktorů.
Základní vstupní komponentou jsou srážky, které dopadají do povodí.
Transformace srážek na odtok je produktem složitého systému. Část srážek se
z povodí vypaří, část se zachytí na předmětech a vegetaci, část doplní zásoby
povrchových vod stojatých, část se vsákne do půdy a část povrchově odteče do
vodního toku. Kromě povrchového odtoku se v povodí uplatňuje také podzemní a
hypodermický odtok. Přímý odtok se podílí na přechodném zvýšení hladiny a
průtoku vodních toků, základní odtok potom dotuje vodní toky v době sucha. Pro
povodí či určité území se stanovuje hydrologická bilance, která rekapituluje vstupy
(srážky, přítok, zásoby vody) a výstupy (výpar, odtok, úbytek zásob vody) do
hydrologického systému povodí.
44
Kontrolní otázky a úkoly
7.
8.
9.
10.
Vysvětli transformaci srážek v povodí.
Jaké máme typy odtoku a co je jejich předpokladem?
Který les je schopen zadržet ve svých korunách více vody?
Sestavte základní rovnici hydrologické bilance pro povodí.
Pojmy k zapamatování
Intercepce, retence, evaporace, transpirace, hypodermický odtok,
podzemní odtok, přímý odtok, základní odtok, transformace srážek
v povodí, hydrologická bilance, hortonovský odtok.
45
5
Hydrometeorologie
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Rozdělení srážek podle původu
Přívalové srážky
Metody měření srážek (klasické a moderní)
Metody plošného rozložení srážek na povodí
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Vlivem globální změny klimatu lze s velkou pravděpodobností očekávat zvýšený
výskyt nepříznivých meteorologických a následně i hydrologických jevů.
Znamená to nerovnoměrné rozložení srážek během roku i měsíců, vyšší četnost
přívalových srážek a z toho vzniklých povodní a nástupy delších období
meteorologického sucha, které se projevují v nedostatku vodních zásob. Tyto
projevy už můžeme sledovat i v ČR, kdy z pozorování meteorologů vyplývá, že
se zásadně změní rozložení srážek během roku, kdy bude méně srážek na konci
jara a na počátku léta, kdy se projeví četnější výskyt přívalových srážek. Dají se
také čekat dopady na zemědělství, protože právě v tom období, kdy by vegetace
potřebovala vodu, jí bude méně. Celkově jde tedy o stresové efekty - střídání
velmi teplých a chladnějších, a srážkově bohatších a velmi nedostatkovým
období.
Srážky, ať už kapalné nebo pevné, jsou ale jedinou vstupní veličinou do
hydrologického cyklu povodí. Právě jejich množství a časové rozložení
předurčuje velikost odtoku, tak i jeho časové rozložení – režim odtoku.
Z uvedených důvodů se v hydrologii z meteorologických jevů věnuje nejvíce
pozornosti atmosférickým srážkám, o kterých pojednává tato kapitola.
5.1 Atmosférické srážky
Podle místa vzniku dělíme srážky na:
•
atmosférické (vertikální)- déšť, zmrzlý déšť, kroupy, krupky, sníh, mrholení,
mlha
•
horizontální – rosa, jinovatka, námraza
Mohou být ve skupenství kapalném nebo pevném. Atmosférické srážky vypadávají
z oblaků, které tvoří kondenzáty (drobné kapičky vody o průměru 0,01-0,03 mm)
nebo desublimáty (drobné krystalky ledu) ve formě aerosolu. Kondenzáty a
desublimáty jsou v oblacích rozptýleny a vlivem proudění se stále pohybují.
Podmínkou pro kondenzaci nebo desublimaci vodní páry je existence
kondenzačních nebo desublimačních jader, která jsou obklopena vzduchem
nasyceným vodní párou. K nasycení může dojít buď zvýšením vlhkosti, nebo při
dané vlhkosti ochlazením styčného povrchu (tj. povrchu kondenzačních jader v
atmosféře, nebo povrchu území či předmětů), jehož teplota musí být menší nebo
rovna teplo-tě rosného bodu.
Dělení atmosférických
srážek
46
Vysvětlení pojmů:
Kondenzace: srážení, zkapalňování par, desublimace: přeměna plynného
skupenství přímo ve skupenství pevné (opak je sublimace), kondenzační jádro:
malé částice zplodin hoření, půdní mikročástice, apod., desublimační jádro: drobné
částice ve specifických tepelných podmínkách (teplota vzduchu menší než 12°C) a
vlhkostních podmínkách (výrazné přesycení vodní párou).
Podle původu rozlišujeme typy deště:
Typy dešťů
•
déšť termický (konvekční) – vzniká při ochlazování výstupních vzdušných
proudů, ohřátých od zemského povrchu krátká doba trvání, nejčastěji po
denním teplotním maximu kdy byl vysoký výpar (vysoká intenzita, malá
zasažená plocha – bouřky obr. 5.1)
•
déšť orografický (terénní) – vzniká při ochlazování vzdušných proudů
usměrněných horským reliéfem do vyšších vrstev atmosféry (dlouhá doba
trvání, nižší intenzita)
•
déšť frontální (regionální, cyklonální) – spjatý s tlakovou níží (cyklonou),
stojí-li proti sobě dvě vzduchové hmoty o různých teplotách (atmosférická
fronta). Na pření stranu cyklony se váže teplá fronta a na její zadní
(týlovou) stranu studená fronta.
Obr. 5.1. Bouřková oblaka nad Troskami
5.1.1 Déšť
Je tvořen kapkami o velikosti 0,2-3 mm. Podle úhrnu deště a příslušné doby trvání
se deště dělí na:
•
Deště normální: s nižší intenzitou a delší dobou trvání (na povodí
nevyvolávají škodlivé následky, srážková voda se vsakuje do půdy a
příznivě ovlivňuje její vlhkost).
47
•
Deště extrémní:
a. s velkou intenzitou a krátkou dobou trvání (vyvolávají povodňové stavy
na malých povodích, způsobují erozní jevy v důsledku rychlého odtoku
vody z povodí) - přívalové
b. s malou intenzitou a dlouhou dobou trvání (vyvolávají nízké odtoky z
povodí po dobu, kdy infiltrací naplňují podpovrchové horizonty, po jejich
naplnění vyvolávají povodňové stavy jako deště přívalové) – regionální
deště
Pro zájemce
Katostrofické povodně v roce 1997 na Moravě a v roce 2002 v Čechách byly způsobeny
regionálními dešti. Příčina byla tlaková níže, která se v obou případech nad naším územím při
přechodu, zastavila. Lepší představu o velikosti povodně v roce 1997 v červenci na Moravě
ukázují 5 – denní úhrny, kdy ve stanici Lysá hora spadlo 586 mm, na Pradědu 454 mm a
v Ostravě - Porubě 263 mm, což odpovídá zhruba polovině průměrného ročního úhrnu srážek
v daných stanicích. V roce 2002 v srpnu měla povodeň dvě epizody, kdy ta první plně nasytila
povodí horního a středního toku Vltavy tak, že ve druhé vlně nebylo možné využít přirozené
retenční schopnosti povodí. Například v povodí Malše byl dosažen v první vlně odtokový
koeficient 65% a ve druhé až 90%.
Při moderním statistickém vyhodnocování dešťů jsou sledovány následující
charakteristiky:
•
celkový úhrn deště ho [mm]
•
celková doba trvání deště to [min]
•
hyetogram deště [mm/min], nebo [l/s/ha], nebo [mm/min]
•
průměrná intenzita deště io = ho / to [mm/min], nebo jako průměrná
vydatnost deště [l/s/ha], když 1 [mm/min] = 166,67 [l/s/ha]
•
maximální intenzita deště im [mm/min], nebo maximální vydatnost deště
[l/s/ha], doba výskytu maximální intenzity od začátku deště tm [min]
•
vyhodnocení násobnosti deště - tj. jednoduchý déšť (má jeden vrchol),
násobný déšť (má více vrcholů), určení počtu vrcholů intenzit deště
•
plošné rozložení deště - stopa deště na povrchu, plošné rozložení intenzit
deště
•
pohyb deště nad povrchem
Deště jsou nejdůležitější proměnnou, která ovlivňuje srážko-odtokový děj.
5.1.2 Přívalové deště
Přívalové deště neboli lijáky jsou velmi vydatné krátkodobé deště, které zasahují
malé plochy. Způsobují proto prudké rozvodnění malých toků a projevují se také
splachem ornice a tím způsobují vodní eroze zemědělské půdy. Mají velký význam
v hydrotechnické praxi a jejich následky dosahují obrovských škod na majetku
státu, hospodařících subjektů, firem i samotných obyvatel.
Přívalové deště
48
Intenzita deště během jeho trvání kolísá a pozorováním dešťů prokázala některé
závislosti. Intenzita bývá největší po začátku deště a pak při dalším trvání klesá.
Čím větší je intenzita lijáků, tím menší je zasažená plocha.
Přitom ale jejich intenzita na ploše není rovnoměrně rozložena, ale od jádra deště,
kde je největší intenzita, k jeho okrajům se snižuje. Nejdůležitější je poznatek, že
všeobecně intenzita lijáků klesá s jeho trváním.
Přívalové deště nemají v meteorologické praxi přesnou definici. Podle Hellmana
jsou to deště s dobou trvání do 180 minut a s výškou srážek 10-80 mm. V oblasti
ochrany půd před vodní erozí se můžeme setkat s definicí, která byla vytvořena
pro potřeby stanovení nové metodiky výpočtu ohrožení půdy vodní erozí. Jeden
z faktorů v rovnici USLE pro výpočet vodní eroze půdy je faktor erozní účinnosti
přívalového deště (R). Faktor R je vyjádřený v závislosti na kinetické energii a
intenzitě erozně nebezpečných dešťů (přívalových dešťů). Průměrná hodnota
faktoru R je v našich podmínkách hodnotou za vegetační období, neboť přívalové
deště vyvolávající erozi se vyskytují převážně od konce dubna do počátku října.
Doporučená průměrná hodnota je pro Českou republiku R = 20 MJ.ha-1.cm.h-1.
Tato hodnota byla kritizována z řad odborníků jako nízká a pracovníci Výzkumného
ústavu meliorací a ochrany půd (VÚMOP) zpřesňují na základě historických
ombrografických záznamů přesnější regionalizaci faktoru R na území ČR. Nový R
faktor není prozatím stanoven, protože není vyhodnoceno dostatečné množství
údajů. Při výpočtu faktoru R se berou v úvahu deště (přívalové deště) o vydatnosti
větší než 12.5 mm, oddělené od předcházejících a následných dešťů 6 hodinovou
či delší přestávkou, a deště, jejichž maximální intenzita překročí 24 mm/h,
respektive intenzita 6 mm za 15 minut.
Přívalové deště zpravidla charakterizujeme periodicitou neboli průměrnou roční
frekvencí p´. Je to číslo, které udává, kolikrát v průměru je déšť určité intenzity
v rámci jednoho roku dosažen nebo překročen. Převrácenou hodnotou periodicity
je průměrná doba opakování N. Udává průměrný počet let, ve kterých je déšť
určití intenzity dosažen nebo překročen. Při stanovení se vychází z údajů počtu
výskytů sledovaného jevu za dobu pozorování a z počtu roků pozorování.
Měření srážek
5.1.3 Měření srážek klasickými pozemními metodami
Pro klasické pozemní měření srážek slouží přístroje, kterým se říká srážkoměry
neboli ombrometry. Ombrometr se skládá se záchytné nálevky, jejichž okraje jsou
2
100 cm nad zemí a má plochu 500 cm . Z nálevky srážky stékají do sběrné
nádoby, která je umístěna uvnitř ochranné nádoby. K vybavení patří i kalibrovaná
nádoba skleněná, ve které se odměřuje zachycená voda. Měření se provádí
pravidelně každý den v 7 hodin ráno nebo případně i po jednotlivých větších
deštích. Dokonalejší záznamy dostáváme ombrografem. Rozdíl je v tom, že ze
záchytné nálevky stéká voda do nádobky s plovákem, na kterém je připevněno
pisátko zapisující změny na papír navinutý na bubnu. Ten se otáčí pomocí
hodinového strojku. Dále existují impulsní srážkoměry, které jsou složeny
z kruhové záchytné plochy, vlastního pláště, tlumiče kinetické energie kapek vody
a překlopné nádržky o objemu několika mililitrů s elektromagnetickým počítáním
impulsů. Tento druh bývá vytápěn pro celoroční provoz. Optické srážkoměry měří
srážky pomocí infračerveného paprsku. Tyto přístroje jsou závislé na správné
kalibraci.
49
Na těžko dostupných místech, hlavně v horách, se měří celkový úhrn srážek za
určité delší období pomocí totalizátoru. Jeho výška nad terénem je 3 až 5 metrů.
Zachycené pevné srážky se v něm rozpustí v roztoku chloridu vápenatého a chrání
se před výparek vrstvou vaselinového oleje.
Obr. 5.1.3: Totalizátor
Při měření srážek klasickými pozemními metodami může vzniknout celá řada chyb.
Jedním ze zásadních problémů a tedy i zdrojů chyb je malá půdorysná plocha
přístroje. Pomocí těchto dat se potom určuje, odhaduje nebo extrapoluje srážková
činnost na území velkých stovky čtverečných kilometrů. Je nutná správná volba
extrapolace. Vzhledem k prostorové variabilitě srážek, zvláště za povodní, je
ovšem zřejmé, že bodová měření, i kdyby byla sebepřesnější, nemohou podat
kvalitní informace o rozložení a intenzitě srážek na ploše povodí. Chyba vzniklá při
extrapolaci bodových měření na skutečné plochy území je udávána ve výši 5-15
%, pro dlouhodobé srážkové úhrny potom 3-30 %. S velkými chybami až 75 %
potom musíme počítat pro srážky v bouřkách a pro sněhové srážky. Vítr patří
k významným faktorům ovlivňující přesnost měření srážkoměrů. Často se instalují
větrné clony, aby zamezily vznikajícím turbulencím. V letních měsících ovlivňuje
přesnost naměřených srážek výpar. Tomu se zabraňuje úzkými hrdly záchytných
nádob nebo přidáním olejů, které vytvoří na hladině mastný film.
5.1.4 Stanovení srážek pomocí dálkového průzkumu Země
Klasická měření pozemních stanic jsou významná metoda pro určování srážek, ale
pro zajištění stanovení srážek spojitě v čase, ale hlavně v prostoru nám slouží
meteorologické radary (radiolokátory). Sítě digitálních radarů byly v Evropě
vytvářeny během 70. a 80. let 20. století. V průběhu dalších desetiletí se formovala
mezinárodní výměna operativních radarových dat. Výhoda jejich měření je
schopnost zjišťovat okamžité intenzity srážek na ploše 100 - 200 km, bouřky až do
cca 250 - 300 km. Jejich funkce je založena na schopnosti dešťových kapek
v atmosféře odrážet mikrovlny. Tyto mikrovlny jsou vysílány parabolickou anténou
Totalizátor
50
Obr. 5.1.5 Radarový snímek území ČR se silnými bouřkami na Moravě (zdroj:
ČHMÚ, Praha)
o průměru několika metrů ve tvaru úzkého svazku do atmosféry. Radarová měření
díky dobrému prostorovému, časovému pokrytí i plošnému rozlišení dat vhodně
doplňují síť pozemních stanic. Intenzita srážek je závislá na hodnotách radarové
odrazivosti [dBZ], na radarovém snímku to jsou jednotlivé barvy (Obr. 5.1.5).
V současné době je většina území ČR pokryta měřením dvou civilních
meteorologických radarů v Brdech u Prahy a ve Skalce u Boskovic. Měření
probíhají nepřetržitě ve stanovených časových intervalech (tab. 5.1.5).
Tab. 2.1.5: Charakteristiky meteorologických radarů pro ČR
Meteorologické radary
Oblast
Nadmořská výška
Výška antény n.m
Průměr antény
Interval měření
V provozu
Vlnová délka
Délka pulsu
Max. vzdálenost
Typ radaru
Skalky u Boskovic
střední Morava
730 m
767 m
4,2 m
10 min.
Od 1995
5,31 cm
2 mikrosekundy
260 km
Gematronik METEOR
360AC
Brdy - Praha
střední Čechy
860 m
916 m
4,27 m
10 min.
Od 2000
5,3 cm
0,8 mikrosekundy
256 km
EEC DWSR-2501 C
Pramen: ČHMÚ, Praha.
Dále jsou používány pro území ČR satelitní měření a informace z geostacionárních
družic METEOSAT a amerických družic NOAA. Družice METEOSAT obíhá Zemi
ve výšce 36 tisíc kilometrů v rovině zemského rovníku jednou za 24 hodin. Družice
z hlediska pozorovatele na Zemi se zdá, jako by visela nad zemi stále ve stejném
bodě a snímá tedy stále stejnou část povrchu Země. Družice je zavěšena nad
Guinejským zálivem a je schopna zobrazovat celou Evropu, Afriku, západní Asii a
část Jižní Ameriky. Družice NOAA provozuje americká vládní agentura a je to
„družice polární“. Výška dráhy je 810 až 870 km a obíhá přibližné za 100 minut.
51
Pomocí družic nejsou přímo měřeny srážky. Satelitní snímky, ale poskytují kvalitní
informace o výskytu, rozložení a vývoji oblačnosti nad zájmovým územím, protože
výskyt oblačnosti je přímo svázán se srážkovou činností. Využívá se hlavně pro
predikci a připravit na dálku klasické pozemní stanice na očekávané srážky.
Pro zájemce
Pro předpověď počasí používá ČHMÚ numerické modely. Jejich princip vychází ze systému rovnic
popisující pohyb atmosféry a z příslušných fyzikálních zákonů. Jednotlivé typy modelů se odlišují jiným
časovým krokem, plošným krokem a různou dobou předstihu. Počátečním krokem predikce je důkladná
analýza současného stavu atmosféry použitím meteorologických balónů, družic a radarů, kdy
výsledkem jsou počáteční hodnoty polí hmoty, teploty, proudění větru a vlhkosti v předem určených
uzlových bodech sítě modelu. Pak je zahájen vlastní výpočet modelu. Největším problémem je
v současné době určení počátečních podmínek pro asimilaci dat, které jsou ovlivněny kvalitou dat,
nerovnoměrným rozložením měření atd. Globální modely stimulují stav a pohyb celé atmosféry, např.
ARPEGE, kde je horizontální rozlišení 50 km. Modely na omezené oblasti jsou numerické předpovědní
LAM modely (Local Are Model). Nejznámější model v ČR je ALADIN (Aire Limiteé, Adaptation
Dynamique, Development International). Ten je používán pro krátkodobou předpověď atmosférických
procesů, řádově dva dny, s rozměrem 10 km. Model je vyvíjen od roku 1991 v mezinárodní spolupráci
vedené francouzskou povětrnostní službou Météo- France.
5.1.5 Sněhová pokrývka
Specifickým druhem vertikálních srážek je sníh. Za příznivých klimatických
podmínek zůstává na zemském povrchu a tvoří dočasnou akumulaci vody v povodí
v pevném stavu. Sníh se vytváří sublimací ve sněhovém oblaku při teplotě pod 0°C
v podobě ledových krystalů. Čerstvý sníh má vysoké albedo (0,85), které ale
postupně vlivem strukturálních změn sněhových zrn a znečištěním sněhové
pokrývky klesá (znečistěný sníh má albedo 0,5).
Množství napadlého sněhu se měří srážkoměrem. V teple se zachycený sníh
nechá roztát a změří se voda ze sněhu. Mimo to se ještě měří výška sněhové
pokrývky sněhoměrnou latí ráno v 7 hodin. Důležitá charakteristika sněhu je jeho
vodní hodnota, která se vypočítává jako poměr výšky vody získané ze sněhu
k jeho původnímu objemu (1 l vody =1 kg vody). Vodní hodnota sněhu se udává v
% nebo jako bezrozměrné číslo. Dub a Němec (1969) udávají vodní hodnotu
sněhu pro nově napadlý sníh od 0,02 do 0,27, pro lehký sníh 0,20 až 0,40 a pro
starý firnový sníh 0,25 až 0,50. Pokud vynásobíme výšku sněhové pokrývky v mm
vodní hodnotou sněhu, získáme údaj o výšce vodního sloupce, který by vznikl. A
pokud tento výsledek vynásobíme plochou povodí, která je sněhovou pokrývkou
pokrytá, získáme informaci o potenciální zásobě (objemu) vody v povodí, kterou
obsahuje sněhová pokrývka. Tyto údaje mají obrovský význam hlavně v jarních
měsících při tání sněhu a při oblevách pro prognózy velikosti odtoku z povodí a
například také pro manipulace s hladinou vodní nádrže atd.
Tání sněhu, přeměna tuhého skupenství vody na kapalné při teplotě nad 0°C,
probíhá pod vlivem kombinovaného působení různých klimatických činitelů, jako
jsou teplota vzduchu (advektivní typ tání), sluneční svit (solární typ tání) a množství
dešťových srážek (pluviální typ tání).
5.1.6 Plošné rozložení srážek na povodí
Při hydrologických výpočtech pro povodí se nevystačíme se srážkoměrnými údaji
z jedné stanice. Velice často se musí stanovit průměrné množství srážek spadlých
v povodí, neboli výšku vodního sloupce, který by srážky rovnoměrně rozprostřel na
plochu povodí za předpokladu, že se nevsáknou, nevypaří a neodtečou.
Sněhová pokrývka
52
Tuto výšku nazýváme průměrnou srážkou v povodí nebo v určitém území. Při
tomto stanovení se vychází z údajů o srážkách ze sítě stanic ležících na
uvažované ploše a v jejím bezprostředním okolí, tak aby spojnice stanic
ohraničovaly celou zájmovou plochu.
Nejjednodušší metoda je vypočíst průměrnou srážku na povodí jako aritmetický
průměr všech uvažovaných stanic. Výsledek je ale jen orientační hodnota. Další
metoda je hypsometrická, která zohledňuje výškovou členitost povodí.
Polygonová metoda
měření srážek
Velmi výhodná a často používaná je polygonová metoda (také zvaná
Thiessenova nebo Hortonova). Na začátku spojíme všechny srážkoměrné stanice
do trojúhelníkové sítě (triangulace) a středy těchto stran vedeme kolmice, které
ohraničí plochu Si, pro niž je srážkový úhrn Hsi určité stanice reprezentativní. Potom
průměrnou výšku srážek na povodí Hs vypočteme váženým průměrem:
HS =
PA .H S , A + PB .H S , B + PC .H S ,C + PD .H S , D
P
,
2
kde P je plocha povodí (km ), HSA je srážkový úhrn na stanici A (mm) a PA je
2
plocha, pro kterou je reprezentativní údaj ze stanice A (km ).
Obr. 5.1.6 : Příklad vytvoření polygonů pomocí Hortonovy metody v povodí řeky
Opavy (zdroj: Kliment a kol, 2007)
V poslední době se nově se používají Krigeho metody pro aproximaci průběhu
srážek nad povodím. Je založena na myšlence, že měření prováděné ve
skutečném prostředí, nedokáží vždy toto prostředí zcela nahradit číselnými
hodnotami, které popisují některé vybrané vlastnosti tohoto prostředí. Může to být
z důvodu technických možností nebo jednoduše z nedostupnosti těchto dat.
Chybějící data je možné doplnit pomocí interpolace na základě okolních číselných
hodnot. Mimo obyčejných interpolací existují i složitější a přesnější metody –
Krigeho metoda neboli Kriging. Prvně byla použita v geologii pro stanovení rudních
ložisek inženýrem D. G. Krigem.
53
Příklad / Příklad z praxe
Krigeho metody mají široké uplatnění v mnoha oborech lidského výzkumu.
Jedná se především o oblasti, kde by obyčejná interpolace nebrala v úvahu
jednotlivé změny hodnot na ploše. Je obsažena v mnoha programových
prostředcích pro zpracování různých typů dat. V geografii je to například
prostředí GIS pro vykreslování terénu a pro výpočty založené na prostorových
souřadnicích. Tuto metodu využívají i další programy např. Surfer na vytváření
2D a 3D reliéfů. V hydrologii má význam pro stanovení srážkových polí
v horských oblastech, kde obyčejná interpolace podhodnocuje průměrné srážky,
dále k interpolaci hladiny nadmořské výšky zvodní.
SHRNUTÍ
Za klíčové z hlediska tvorby povrchového odtoku a povodňových průtoků v tocích
lze považovat na našem území srážky, z charakteristik pak jejich výšku (v mm),
intenzitu, trvání a jejich rozložení v ploše, dále stupeň nasycení povodí.
Atmosférické srážky dělíme podle intenzity a délky trvání. Z hlediska
vohodohospodářské praxe jsou nebezpečné přívalové deště s krátkou dobou
trvání a velkou intenzitou, které zasahují malá území. Regionální deště s dlouhou
délkou trvání a menší intenzitou způsobují plošně velké povodně (př. povodně na
Moravě v roce 1997 a v Čechách v roce 2002).
Srážky se měří klasickými pozemními metodami (ombrometry, ombrografy,
totalizátory) nebo moderními metodami (radarová měření a satelitní snímkování).
Výhody radarového a satelitního měření jsou jeho plošné pokrytí, možnost
vyjádření dynamiky oblačnosti a operativní dostupnost aktuálních dat. Pozemní
měření srážkoměrných stanic zpřesňuje radarové odhady a doplňuje výsledná
výstupní data.
Kontrolní otázky a úkoly
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Jaké přístroje slouží pro měření srážek?
Jaké nevýhody mají jednotlivé přístroje?
Jaké charakteristiky se používají pro atmosférické srážky?
Charakterizuj přívalové srážky.
Jaké další přístroje a zařízení slouží pro předpovědi srážek?
Proč je důležité znát vodní hodnotu sněhu? Co to je?
Jako jsou metody určení plošného rozložení srážek na povodí?
Pojmy k zapamatování
Typy atmosférických srážek, přívalové deště, regionální deště, zařízení na
měření srážek, vodní hodnota sněhu, měření sněhu, radarová měření
srážek, satelitní snímkování oblačnosti, metody plošného rozložení srážek
na povodí.
54
6 Hydrometrie
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
co sledují hydrologické stanice
jak se měří hydrologické prvky
jaké přístroje se používají v hydrologické praxi
měrná čára průtoků
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 80 minut.
Průvodce studiem
Zpočátku si lidstvo získávalo bezprostředním stykem s přírodou nové poznatky o
přírodních jevech, včetně těch hydrologických (např. povodně, sucho). Jako
prožité zkušenosti si je shromažďovalo a předávalo z pokolení na pokolení.
Z podobných pohnutek ale pro účely monarchie byla v roce 1875 byla zřízena
Hydrografická komise pro Království české jako reakce na extrémní povodně
z let 1872, mimořádné sucho 1874, sérií přívalových povodní 1875. Jednou
z jejich dvou sekcí byla i sekce hydrometrická. Má tedy tato služba na našem
území dlouho tradici a i v dnešní době má významné postavení v rámci
hydrologických věd a nemůže být nezařazena do tohoto učebního textu.
6.1 Měření hydrologických prvků
Hydrologická pozorovatelská služba a měření hydrologických prvků se uskutečňuje
ve vodoměrných stanicích, které jsou uspořádány do sítě dle hlavních povodí.
Takto získáváme základní charakteristiky vodních poměrů v povodích. Stanice se
budují na hydraulicky vhodných místech a součástí stanice je vhodně upravený
příčný profil. Stanici většinou tvoří vodočet nebo limnigrafická budka, ve většině
případů obojí. U limnigrafické stanice je přes řeku ještě natažena tzv. lanovka,
která slouží k měření průtoků.
Soustava vodoměrných stanice je uspořádána do kategorií:
1. kategorie (základní) zahrnuje stanice pro dlouhodobé a kontinuální sledování
vodních stavů, bilance průtoků a pro předpovědní službu. Leží na hlavních řekách
a jsou to stanice s automatickým limnigrafem s dálkovým přenosem dat.
2. kategorie (sekundární) doplňují základní síť a jedná se o stanice na menších
tocích nebo jako mezilehlé stanice na velkých řekách. Většinou jsou vybaveny
limnigrafy.
3. kategorie (účelová) je tvořena stanicemi např. na přehradách, jezech, které
poskytují podklady pro provoz těchto technických zařízení.
55
6.1.1 Měření vodního stavu
Vodní stav (H) je důležitý hydrologický prvek z důvodu výpočtu dalších
hydrologických charakteristik a to hlavně průtoku. Jednotka vodního stavu jsou
centimetry (relativní hodnota vodního stavu), údaje se odečítají s přesností na 1
cm. Definuje se jako kolmá vzdálenost od nuly vodočtu, který je přesně nivelačně
zaměřen. K měření se používají dva druhy měřícího zařízení, vodočet a limnigraf.
Měří se ve vodoměrných stanicích vybavených vodočtem (vodočetné stanice)
nebo ve stanicích s vodočtem a limnigrafickým přístrojem, popř. automatickým
zařízením pro měření vodních stavů (limnigrafické stanice). Výhodou
limnigrafického záznamu (limnigrafu) je jeho kontinuálnost. Na vodočetných
stanicích pozorovatel odečítá hodnoty zpravidla 3x denně. Mimořádná pozorování
se provádí v době povodní.
Vodočty se rozlišují dle charakteru břehu v místě měření na svislé (např. na
mostech) a šikmé, tam kde jsou břehy se šikmými svahy. Výpočet vodního stavu
ze svislého vodočtu se provádí dle vzorce: l´= l/ sin α.
Obr. 6.1.1 Vodočet – svislý a šikmý (zdroj Kříž a kol., ?????)
Odečty z vodočtu se provádí v 7, 12, a 18 hodin v letním období a v 8, 12 a 17
v zimním období, aby se odečítání provádělo za denního světla. Na vodočtu
římské číslice znamenají metry a arabské číslice decimetry, jeden dílek má
hodnotu 2 cm.
Limnigrafy jsou automatické přístroje, které kontinuálně zaznamenávají hodnoty
vodního stavu do grafu. Výstupem z limnigrafu je grafický záznam změn vodního
stavu v čase a je vždy ve vazbě na konkrétní limnigrafickou stanici, a který se
nazývá limnigram (limnigrafický záznam). Princip měření závisí na změnách
pohybu hladiny vody v šachtě pod limnigrafickou budkou (obr. 6.1.1), který přenáší
plovák na zapisovací zařízení v budce.
Síť vodoměrných stanic
ČHMÚ v ČR tvoří celkem
521 stanic pozorující vodní
stavy s vyhodnocením
průtoků a 149 stanic
pozorujících teplotu vody.
Všechny vodoměrné stanice
mají název podle katastru
obce, kde se nacházejí, dále
mají svoje databankové
číslo a jejich seznam je na
stránkách ČHMÚ
(http://old.chmi.cz/hydro/opv
/stanice.html). V seznamu
jsou ke každé stanici její
specifické údaje. Například
stanice Olomouc – Nové
sady, řeka Morava:
databankové číslo 3670,
stanice měří průtok i teplotu
od roku 1921 a spadá pod
pobočku ČHMU Ostrava.
Usazení nuly vodočtu
v profilu toku, se dělá tak,
aby byla vždy i pod nejnižší
možnou hladinou vody
v toku i v budoucnu (nesmí
docházet k záporným
hodnotám). Nula vodočtu se
ale může poškodit při
velkých povodních, které
mohou vymílat koryto řeky.
Její nadmořská výška je
vztažena ke státní nivelaci
(systém Balt), a protože
známe její přesnou
nadmořskou výšku,
můžeme určit i absolutní
hodnotu vodního stavu v m
n. m. V době povodní
frekvence odečítání může
narůst až na každou hodinu.
Pokud překročí vodní stav
horní okraj vodočtu při
povodni, používají se
povodňové značky na
zaznamenání nejvyšší
hodnoty.
56
Hladina vody v šachtě je hydraulicky spojena s hladinou vody v řece a je ve stejné
výšce. Nejrozšířenější jsou plovákové limnigrafy, ale existuje i pneumatický a
elektrický typ.
Obr. 6.1.1.1 Limnigrafická stanice a detail limnigrafu (autor: R. Pavelková
Chmelová)
6.1.2 Měření teploty vody
Měření teploty vody se provádí v blízkosti vodočetné stanice. Teplota se měří
denně pravidelně v 7 hodin. Měří se u hladiny na místě tomu určeném, které je ve
stínu, alespoň jeden a půl metru od břehu, kde voda mírně proudí. V zimě se měří
v otvoru v ledu v místě, kde voda proudí. K měření slouží rtuťový teploměr se
stupnicí -12 st. až + 40 st. s přesností na jednu desetinu stupně. Aby měření
nebylo ovlivněno teplotou okolní atmosféry je teploměr zasunut do ochranného
skleněného pouzdra, na jehož spodní časti je našroubována nádoba, ve které se
drží voda. Tento teploměr musí být ponořen minimálně 10 minut v proudící vodě.
V současné době je ale měření postupně na stanicích nahrazováno kontinuálním
měřením pomocí automatického teploměrného čidla. V důsledku různých činností
člověka (vodní díla, vypouštění odpadní vody) dochází v mnoha vodoměrných
profilech k ovlivnění přirozeného teplotního režimu říční vody.
57
6.1.3 Pozorování ledových jevů
Ve vodoměrných stanicích se pozorují ledové jevy, které se na většině řek objevují
téměř každou zimu. Tento druh pozorování má význam pro vyhodnocování
vodních stavů a průtoků. Znalosti ledového režimu řek, ale i jezer a nádrží jsou
potřebné proti zabránění škodlivého účinku ledu na technická zařízení, ale i
k ochraně obyvatel a majetku před nebezpečím zimních a jarních povodní.
V období, kdy klesne teplota vody pod 0 st., začne voda na řekách zamrzat a ve
vodoměrných stanicích jsou každodenně zaznamenávány ledové úkazy. Tvoření a
pohyb ledu na tekoucích vodách probíhá ve třech hlavních fázích, podzimní, zimní
a jarní.
K podzimní fázi patří a) led u břehu v místech, kde je při březích malá rychlost
vody, který doprovází b) ledové mázdry a c) plovoucí ledová tříšť, v bystřinných
úsecích může vznikat d) dnový (hlubinný) led. Podzimní fázi zakončuje zámrz
řeky a nastupuje zimní fáze. V některých místech ledové pokrývky mohou vznikat
propary Zimni fáze končí dnem, kdy při jarním tání rozpuká ledová pokrývka a dá
se do pohybu, nastává chod ledu (obr. 6.1.3). V místech přírodních nebo umělých
překážek v korytě mohou vznikat ledové zácpy a bariéry.
Obr. 6.1.3: Chod ledu řeka Jizera březen 2012.
Úkol / Úkol k zamyšlení
1. Najděte na stránkách ČHMÚ hydrologickou stanici nejbližší vašemu
bydlišti a zjistěte o ní veškeré dostupné informace. Zamyslete, kdo
využívá dat o průtocích a vodních stavech.
6.1.4 Splaveniny
Splaveniny jsou výsledkem erozní činnosti vody, buď přímo v korytě řeky nebo
v důsledku kinetické energie dopadajících kapek na zemský povrch.
Ledové jevy
58
Splaveniny dělíme na dvě skupiny:
•
Plaveniny – velmi jemné částice, které se ve vodě vznáší a usazují se při
velmi malých rychlostech. Způsobují zanášení koryta, umělých kanálů a
nádrží, ale i zúrodnění inundační oblasti řeky
•
Dnové splaveniny – hrubší částice, které jsou posouvány po dně (saltací).
Způsobují tzv. divočení některých vodních toků, snižují splavnost, vytvářejí
nánosy a mělčiny. Znalost režimu splavenin je důležitá při hrazení bystřin
apod.
Podle velikosti se dělí splaveniny do několika skupin: jemný písek 0,06 -0,25 mm,
střední písek 0,25 -1 mm, hrubý písek 1 - 2 mm, drobný štěrk 2 - 8 mm, střední
štěrk 8 - 30 mm, hrubý štěrk 30 - 130 mm, kameny 130 - 250 mm a balvany nad
250 mm.
Měření plavenin spočívá ve zjištění množství unášených plavenin v průtočném
profilu. Přístroj na měření plavenin - batometr je láhev se širokým hrdlem, v jejichž
zátce jsou dvě trubičky a průměru 2 a 6 mm, z nichž do jedné vniká voda a druhou
odchází vzduch (obr. 6.1.4). Osa přístroje musí být při měření ve směru proudu.
Nádoba má objem 1 litr a dá se lehce vyměnit a přepravovat. Množství plavenin
3
3
v objemové jednotce se nazývá zakalení a měří se v kg/m nebo g/m .
Batometr
Obr. 6.1.4: Batometr
K měření a odebírání vzorků splavenin se používají tzv. lapáky. Každý stát používá
určitý typ (Poljakov, Šumov, Muhlhofer) s ohledem na konkrétní poměry daných
toků. Lapáky jsou buď s plnými stěnami, nebo se stěnami z drátěné sítě. Vzhledem
k jejich méně dokonalým funkcím je jejich účinnost v rozmezí 50 - 80%.
Odběry splavenin a plavenin nejsou nepřetržité, vzorky se odebírají v určitých
časových obdobích a jen na určitých profilech.
6.1.5 Měření průtoků
Měření průtoků
Z hydrologického hlediska je průtok (Q) množství vody, která proteče průtočným
3 -1
-1
profilem za jednotku času. Udává se v m .s nebo v l.s . Průtok můžeme zjistit
několika způsoby.
5.I.2.1 Přímé měření průtoků
Na velmi malých tocích a zvláště na pramenech lze měřit průtok přímo měrnou
nádobou o známém objemu. Měří se doba, za kterou se nádoba naplní. Podle
vzorce Q= V/t, kdy V je objem nádoby a t je čas jejího naplnění, se průtok vypočítá.
59
Ke zpřesnění výsledku se doporučuje provést měření třikrát a vzít z něj aritmetický
průměr.
5.I.2.2. Měření průtoků přepady
V potocích a korytech řek širokých do 1 až 2 metrů a s malými hloubkami, kdy není
možné využít hydrometrickou vrtuli, se používá k měření průtoků měrných
přepadů, zvaných též přelivy. Jsou to dřevěné nebo kovové stěny, kterými se
koryto přepaží. Za stěnou přepadu dojde k vzdutí hladiny, vytvoří se nádrž a téměř
se utlumí rychlost přitékající vody. Voda přetéká výřezem ve stěně dokonalým
paprskem (působí gravitační zrychlení, dokonale provzdušnění paprsku apod.).
K měření průtoků v přirozených korytech se nejčastěji používá ostrohranných
přepadů s výřezem obdélníka (Ponceletův) a pravoúhlého rovnoramenného
trojúhelníka (Thomsonův).
5.I.2.3. Měření průtoků pomocí hydrometrické vrtule (hydrometrování)
Princip této metody je v měření rychlosti proudění vody a zjištění plochy
průtočného profilu. Voda se pohybuje v říčním korytě většinou turbulentním
pohybem vody. Podmínky pro pohyb vody v otevřeném korytě nejsou ve všech
bodech průtočného profilu stejné. Nejméně příznivé jsou v blízkosti dna, břehů a
hladiny, kde jsou rychlosti pohybujících se částic nejmenší. Vychází se při tom
z definice průtoku, kterou vyjadřuje vztah:
Q= F.vp,
kde F je plocha průtočného profilu a vp průměrná rychlost proudění vody v měrném
profilu.
Průměrná rychlost vp v průtočném profilu a současně i plocha průtočného profilu
se zjišťují pomocí hydrometrické vrtule. Skládá se z pevné části – těla vrtule,
z pohyblivé části – vrtule, z kontaktního a převodního zařízení a směrového
zařízení – kormidla. Rychlost proudění se určuje pomocí počtu otáček pohyblivé
části zařízení - vrtule za určitý časový interval. Počet otáček je přímo úměrný
rychlosti proudění vody.
Vztah mezi počtem otáček vrtule za vteřinu n a rychlostí proudící vody v je
vyjádřen rovnicí:
v = a + b .n, ,
kdy a konstanta vyjadřuje vnitřní tření celého zařízení vrtule a b konstanta
vyjadřuje tření vodních částic o šroubovou plochu vrtule. Tyto konstanty jsou u
každé vrtule uvedeny a musí se ověřovat tzv. tárováním v příslušném zařízení.
Rychlost proudění vody v průtočném profilu se mění se vzdáleností od břehu a
s hloubkou. Z toho vyplývá, že na stanovení průměrné rychlosti v průtočném profilu
nestačí změřit rychlost proudění v jediném bodě tohoto profilu. Je nutné zvolit
takový počet měření a umístění bodů, ve kterých se rychlost bude měřit tak, aby co
nejlépe vystihlo rozdělení rychlosti vody v profile. Rychlost v praxi měří v měrných
svislicích. Počet měřených bodů v jedné svislici závisí na hloubce vody ve svislici.
Z měřených hodnot v jedné svislici se počítá střední rychlost proudění vs ve svislici
podle vzorce:
vs = 0,10 (v0 + 3 v 0,2h + 3 v 0,6h + 2 v 0,8h + vdno),
Velikost, tvar a
konstrukční vybavení
hydrometrických vrtulí se
řídí podle účelu měření.
Na tocích s velkými
hloubkami se používá
velkých a těžkých vrtulí torpéd, které jsou
zavěšené na laně a
usměrňovány výškovým a
směrovým kormidlem. Na
malých tocích se používá
menších vrtulí
připevněných na
nastavitelném soutyčí (až
do 3 metrů délky).
Zařízení, které provádí
tárování vrtulí v ČR je
v provozu ve Výzkumném
ústavu
vodohospodářském T. G.
Masaryka v Praze, které
má oprávnění vydávat tato
osvědčení, které je potom
platné na určitou dobu
nebo na určitý počet
měření.
60
kde v 0,2h atd. jsou rychlosti změřené v hloubce rovné 0,2, 0,6, 0,8 celkové hloubky
h ve svislici.
Plochu průtočného profilu F vypočítáme jako součet dílčích ploch omezených
hladinou, dnem, břehy a svislicemi. Každá z nich má tvar geometrického obrazce,
jehož plochu musíme vypočítat.
Naměřené hodnoty můžeme hodnotit různými metodami, např. numerickým
výpočtem, graficko- početní metodou (Harlacherova metoda) nebo metodou
analytickou. V současnosti se naměřené hodnoty na průtočných profilech
vyhodnocují pomocí specializovaných počítačových programů.
Jméno profesora A. R. Harlachera je spojováno s významnými hydrometrickými aktivitami v Čechách,
jako je založení vodoměrné sítě se systematickým pozorováním vodních stavů a především
systematické měření průtoků, konstrukce měrných křivek a následně vyhodnocování průtokových
množství i vytvoření metodiky predikce vodních stavů na dolním Labi. Originální byl i jeho vývoj
elektrického integrátoru pro měření hydrometrickou vrtulí, kterým doplnil Voltmanovu hydrometrickou
vrtuli a jež byla oceněna na Světové výstavě v Paříži 1878 zlatou medailí. Harlacherem zdokonalená
hydrometrická vrtule byla rovněž uvedena do sériové výroby firmou Ott a definovala tehdejší standard
pro tyto přístroje.
5.I.2.4. Měření průtoků pomocí indikátorů
Princip této metody je v použití chemických roztoků nebo radionuklidů, které se
přidají do proudící vody. Koncentrace chemického roztoku je známá a měří se míra
zředění v kontrolním profilu. Tato metoda se používá převážně na horských
bystřinách, kde velké nerovnosti dna koryta nedovolují změřit rychlost proudící
vody výše zmíněnými klasickými metodami. Tato metoda není používaná často pro
své nevýhody při určování koncentrace zředěného roztoku v dolním profilu
vzdáleném od místa vypouštění 100 až 150 m.
5.I.2.5. Hydrotechnický výpočet průtoku
Výpočet průtoku
Během roku může nastat na vodním toku povodňová situace, kdy není možné
změřit vodní stav ani kulminační průtok. K dispozici mohou být jen známky o horní
hranici zaplavení údolního dna. V tomto případě se používá pro výpočet střední
profilové rychlosti tzv. rychlostních vzorců. Základní z nich je Chézyho rovnice:
vs = c.
,
kde c je rychlostní součinitel, která je závislý na součiniteli drsnosti n, R je
hydraulický rádius jako poměr plochy průtočného koryta a omočeného obvodu a I
je hydraulický sklon hladiny v absolutních jednotkách (např. 0,001, což odpovídá 1
promile). Nejdůležitější pro přesnost výpočtu je stanovení rychlostního součinitele
c, ke kterému se používá celá řada vzorců např. Pavlovského, GnguilletůvKutterův vzorec atd (viz kapitola 7.)
5.I.2.6. Měření průtoku pomocí moderních metod
V současné době se s rozvojem techniky používá metod měření průtoků na
základě měření pomocí ultrazvuku nebo alektromagnetické indukce. Příkladem
takového přístroje je přístroj nesoucí označení ADCP (Acoustics Doppler Current
Profiler). Bývá umístěn na člunu (obr. 5.1.2.5), kdy snímá vodní těleso pod sebou
ultrazvukovou sondou.
61
Princip je ve vysílání signálů a jeho zpětného zachycování sondou, kdy změna
frekvence indikuje informace o pohybu částic ve vodě a výsledné měření se ihned
zobrazuje v počitači v příslušném programu (obr. 5.1.2.6).
Metoda elektromagnetické indukce využívá proud vody jako vodiče a v uměle
vytvořeném magnetickém poli naměřená velikost indukovaného napětí je přímo
úměrná rychlosti proudící vody.
Obr. 5.1.2.6: Přístroj ADCP při měření v Olomouci na Moravě a detail výstupu měření
přístrojem ADCP (Pramen: R. Pavelková Chmelová)
Měření průtoků systémem ADCP je založeno na Dopplerově jevu (ADCP =Acoustics Doppler Current
Profiler) a slouží k měření rychlostí proudění a průtočné plochy a tím ke stanovení průtoku v měřeném
profilu. Člun, na kterém je přístroj ADCP umístěn, se pohybuje od jednoho břehu vodního toku ke
druhému a ultrazvuková sonda snímá akusticky vodní těleso pod sebou. Směrem ke dnu jsou vysílány
ve čtyřech paprscích signály o dané frekvenci, jsou odráženy částicemi rozptýlenými ve vodě a zpětně
zachyceny sondou ADCP jako tzv. echa. Změna frekvence mezi vysílaným a přijímaným signálem
podává informace o pohybu částic. Systém ADCP je schopen rozlišovat přijatá echa z různých hloubek
a na základě toho zkonstruovat rychlostní profil. Další ultrazvukové signály (reflexe ode dna řeky) jsou
nutné k určení hloubky a rychlosti pohybu lodi. Pomocí naměřených hodnot je možné určit průtok. V
Evropě je tento systém měření používán od roku 1991. Mezi hlavní výhody patří přesnost a rychlost
měření na velkých tocích. Nevýhodou tohoto principu měření je nutnost dodržení minimální hloubky pod
snímačem - 0,8m. Přístroje využívají pracovníci ČHMÚ pro svoji rychlost naměřeného průtoku v praxi
od roku 2007.
6.2 Vztah mezi vodním stavem a průtokem
Z výše uvedených způsobů měření průtoků vyplývá, že měřit denně průtok
podobně jako vodní stav na všech významných vodních tocích by bylo mimořádně
nákladné. Dokonce při povodních je to často úplně nemožné. Hodnota průtoku je
ale důležitá hydrologická veličina a pro hydrologickou praxi je potřeba znát její
Elektormagnetická indukce
62
hodnotu denně. Řešením je využití závislosti mezi vodním stavem a průtokem a
konstrukcí měrné křivky průtoků (konzumpční křivky). Měrná čára průtoků je
tedy graf závislosti mezi vodním stavem a průtokem v daném profilu řeky.
Naměřený průtok vždy odpovídá dané poloze hladiny v místě jeho měření, neboli
vodnímu stavu, který při měření průtoku zjistíme. Větší počet hodnot průtoků
zjištěných při různých hodnotách vodních stavů, umožňuje zjistit vztah mezi
průtoky a vodními stavy Q = f (H) a pomocí něho odvodit průtoky pro jakékoliv
naměřené vodní stavy. Vodní stavy se ve vodoměrných stanicích pozorují
soustavně denně, a proto z nich můžeme odvodit denní průtoky v jednotlivých
stanicích. Měrné křivky průtoků se v jednotlivých měrných profilech aktualizují
pravidelným měřením průtoků a to různou metodou v závislosti na charakteru
koryta řeky a typu vybavení příslušné pobočky ČHMÚ. Frekvence měření je závislá
na významnosti profilu řeky, na změnách podmínek v průtočném profilu atd.
Průběh měrné křivky pro daný profil řeky není neměnný a je nutné ho neustále sledovat a upravovat.
Způsobují ho různé rychlosti proudění vody nebo změna průtočného koryta, která se může změnit
zanášením koryta nebo naopak erozí a odnosem materiálu při povodních. Rychlosti proudění vody se
mění a) v závislosti na změnách sklonu hladiny, např. při povodních, b) v menších tocích v letních
měsících může zarůstat tok vegetací a změní se drsnost koryta nebo c) v zimním období ovlivňuje
rychlost i množství a druh ledových jevů. Z těchto důvodů může existovat pro jeden vodoměrný profil
několik křivek průtoků, z nichž každá má časově omezenou platnost.
Příklad / Příklad z praxe
1. Na internetových stránkách dole najděte hydrologickou stanici nejbližší
vašemu bydlišti a zjistěte, jaký byl průtok a vodní stav dnes ráno. Jaké
jsou hodnoty povodňových stupňů v této stanici?
Využij tyto webové stránky:
http://www.hladiny.cz/hladiny/,http://www.hladiny.cz/chmi/,
http://www.hladiny.cz/povodi/.
SHRNUTÍ
K hlavním úkolů hydrometrie patří stanovení a ověřování metod měření
hydrologických prvků, pozorování a systematické měření hydrologických prvků,
které se provádí specializovanými přístroji a zařízeními, ukládání a zpracování
hydrologických dat spojené s jejich zpracováním, vyhodnocováním a se
zveřejňováním výsledků. K přístrojům, které se využívají v hydrologické praxi,
náleží vodočet a limnigraf pro měření vodních stavů, hydrometrická vrtule pro
stanovení bodové rychlosti proudící vody, přístroj ADCP pro stanovení průtoků,
speciální teploměry v ochranném pouzdře pro měření teploty vody a v neposlední
řadě ledoměrné tyče pro stanovení tloušťky ledu na vodní hladině. Výsledky těchto
měření se vyhodnocují, archivují a hlavně používají pro rozhodovací procesy ve
vodohospodářské praxi.
Kontrolní otázky a úkoly
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Jaké znáte metody na měření vodních stavů?
Kdy končí podzimní fáze ledových jevů?
K čemu slouží a jak se používá hydrometrická vrtule?
Jak dělíme splaveniny?
Vyjmenuj metody měření průtoků vody v toku.
K čemu slouží měrná čára průtoků?
63
Pojmy k zapamatování
Vodočetná stanice, limnigrafická stanice, vodní stav, vodočet, limnigraf,
plaveniny, dnové splaveniny, batometr, průtok, metody měření průtoku,
hydrometrická vrtule, průtočný profil, měrná čára průtoků (konsumpční
křivka), teplota vody, ledové jevy
64
7
Hydraulika vodního toku, fluviální
činnost
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Popsat charakter proudění ve vodních tocích
Vysvětlit jak vzniká meandr
Charakterizovat říční nivu
Vyjmenovat typy říčních údolí
Vysvětlit pojem „Říční krajina“
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 90 minut.
Průvodce studiem
Při pohledu na letecké snímky našich přirozených vodních toků nás jistě
napadne otázka, jak je možné, že nabývají tak různých podob. Někde prudce
stékají po dně hlubokých horských údolí, Jindy se líně klikatí krajinou. Co
zapříčiňuje tyto skutečnosti? Jaké tvary v krajině vytvořila sama řeka? Odpovědi
nalezneme v následující kapitole.
7.1 Hydraulika vodního toku
Na zemském povrchu se setkáváme s vodami stojatými (lentickými), které se
pohybují minimálně nebo vůbec a vodami tekoucími (lotickými). Pro podobu
reliéfu krajiny hrají významnou roli tekoucí vody, potoky a řeky, které své okolí
modelují. Mluvíme tak o fluviálních pochodech, které podněcují vznik fluviálních
tvarů. Činnost tekoucí vody může být rušivá (eroze) nebo naopak kreační
(náplavy). K pochopení vzniku fluviálních tvarů je nutné znát základní hydraulické
principy, které ve vodních tocích fungují.
Na částice vody působí
také Coriolisova síla, která
se uplatňuje díky zemské
rotaci. Způsobuje, že řeky,
které na severní polokouli
tečou od severu na jih,
vymílají více západní
(pravé) břehy, na jižní
polokouli je tomu naopak.
Vodní tokem myslíme soustředěné odtékání vody korytem, které může být
přirozené nebo uměle zbudované (náhon, kanál atd.). Na částice vody ve vodním
toku působí gravitační síla, která je žene ve směru sklonu dna. Kromě tohoto
podélného proudění se ve vodních tocích uplatňuje také proudění příčné, které je
způsobeno nepravidelnou trasou vodního toku a střídání obloukovitých úseků
s úseky přímými. Výsledkem působení obou těchto proudění je šroubovité
proudění (Beran 2009).
Charakter proudění vodních částic je dán hloubkou vodního toku, rychlosti
proudění a drsností dna a břehů. V 99% má charakter turbulentního proudění,
vířivého. To znamená, že vodní částice se pohybují chaoticky, v různých úrovních
a vrstvách kapaliny ve směru sklonu řečiště. V ideálním prostředí, za malých
rychlostí, malých hloubek a při rovném dně, by se vyvinulo proudění laminární,
kdy by částice proudily v jednotlivých vláknech či rovnoběžných vrstvách –
laminách (viz obr.x). Přechod mezi oběma typy proudění je dán tzv.
Reynoldsovým číslem (Re).
65
Turbulentní proudění
Laminární proudění
Obr.
7.1
Ukázka
turbulentního
http://www.ceb.cam.ac.uk)
a
laminárního
proudění
(zdroj:
Pro zájemce
V rámci proudění vody v korytech rozlišujeme dva typy vodních toků ve vztahu k turbulenci. Hranice
mezi oběma typy je daná tzv. Froudovým číslem (Fr). Kde Fr může nabývat hodnot <1 (klidný tok), >1
(bystřinný tok).
v … rychlost proudění vodního toku
g … gravitační konstanta
D … hloubka vodního toku
Rychlost proudění vodního toku je závislá na spádu vodního toku, množství a
viskozitě vody a šířce, hloubce, tvaru a drsnosti koryta. Obecně platí, že největší
rychlost proudění ve vodním toce je dosažena nad nejhlubšími místy dostatečně
vzdálenými od břehu, v určité hloubce pod hladinou. Důležitou roli hraje tření, které
působí jako odporový faktor proti proudění vody podmíněné gravitací. Čím drsnější
a nepravidelnější koryto bude, tím více bude působit na částice vody protichůdnou
silou a bude je zpomalovat. Jak je vidět z obr. 7.1.1 v příčném profilu koryta bude
dosaženo maximální rychlosti proudění ve vrchní polovině vodního sloupce, kde na
částice nejméně působí tření nerovností dna a vzduchu při volné hladině. V situaci
zámrzu řeky nebo tvorby ledové tříště bude maximální proudění zhruba v polovině
vodního sloupce (obr. 7.1.1). Místa s největší rychlosti proudění ve vodním toku
spojuje myšlená čára – proudnice. V případě zámrzu řeky se nad průběhem
proudnice často tvoří nezamrzlá místa tzv. propary.
Obr. 7.1.1 Vertikální řez vodní masou koryta s maximálním prouděním při volné
hladině a zamrzlé hladině (vlastní zpracování)
Rychlost proudění
66
Výpočet rychlosti proudění
Rychlost proudění se vypočítá z nám již známé Chézyho rovnice. Hodnota
rychlostního součinitele C lze vypočítat z rovnic, které definovali různí autoři podle
odlišných kritérií, mezi jinými to byly Manning, Pavlovskij, Strickler, Agroskin ad.
Například rychlostní součinitel dle Manninga se vypočítá z rovnice:
n … stupeň drsnosti
R … hydraulický poloměr
Pro n je dosazován koeficient dle drsnosti jednotlivých typů koryt: volné koryto bez
nánosů a výmolů (0,025), koryto zarostlé a zanesené (0,05), bažinaté koryto
zarostlé rákosem (0,133), umělé zděné koryto (0,017), zemní kanály (0,03) (dle
Berana 2009).
Voda ve vodním toku, která se pohybuje ve směru sklonu koryta díky gravitační
síle, vykonává neustále práci, tj. působí na své okolí silou. Největší část této práce
je spotřebována na překonání vnitřního i vnějšího tření (odporových sil). Další část
práce a se spotřebovává na erozi břehů (viz níže) a dopravu sedimentů (splavenin)
(Hubačíková, Oppeltová 2008). Voda je schopná vykonávat tím více práce, čím má
větší unášecí sílu. Unášecí síla roste s průtokem a rychlostí proudění, která
narůstá se sklonem hladiny (tzn. se sklonem dna i povrchu, po kterém se voda
pohybuje) (Beran, 2009).
7.2 Vývoj vodního toku
Horní tok
Střední tok
Dolní tok
Na spádové křivce každého vodního toku můžeme vymezit tři úseky. První úsek
(horní tok) je charakteristický velkým spádem a vysokou rychlostí proudění. Voda
zde má nejvíce energie, díky které je schopna ve velké míře rozrušovat dno a
břehy, tím se vodní tok směrem po toku rozšiřuje a prohlubuje. Hovoříme o aktivní
činnosti vodního toku, které je nazýváno erozí. Erozí se do vodního toku dostává
erodovaný materiál ve formě splavenin, který je vodní tok schopen přenášet na
větší vzdálenosti. V druhém úseku (střední tok) se snižuje spád i rychlost
proudění, snižuje se také energie vodního toku, který již výrazněji neeroduje, ale je
schopen dál transportovat materiál z horního toku. V posledním úseku (na dolním
toku), kde je malý spád i rychlost proudění, ztrácí vodní tok svoji unášivou
schopnost a dochází k pasivní činnosti vody - akumulaci transportovaného
materiálu. Toto rozdělení vodního toku je zjednodušené a zobecněné.
Mnoho vodních toků nemá vyrovnanou spádovou křivku a střídají se úseky
s různou rychlostí proudění. Míra eroze je také závislá na odolnosti břehů a dna
koryta a souvisí tak s geologií podloží. Erozní schopnost vodního toku se také
výrazně mění s narůstajícím průtokem a rychlosti proudění (např. při povodňových
situacích). Obecně platí, že vodní tok se snaží dosáhnout profilu rovnováhy, tedy
stavu, kdy spád, hloubka a šířka koryta jsou v rovnováze s průměrným průtokem a
množstvím splavenin. Tím se udržuje rovnováha mezi erozí a akumulací. Vodní tok
v tomto stabilním stavu téměř neeroduje ani neakumuluje, na každou odchylku pak
vodní tok reaguje vyrovnáváním vlivu změny (Demek, 1983).
Vodní tok se tak neustále vyvíjí. Typickým příkladem tohoto vývoje jsou zákruty a
meandry (viz níže).
67
Spádová křivka
Obr. 7.1.1.1 Spádová křivka vodního toku s vymezením jednotlivých úseků (zdroj:
internet, upraveno)
Pro zájemce
Ve vodohospodářské praxi se stanovují tzv. vymílací a nevymílací rychlosti toku. Jedná se o kritické
hodnoty rychlosti proudění, při kterých buď vodní tok svou sílu vyčerpává pouze na transport splavenin
a jejich množství se ve vodním toku nezvyšuje ani nezmenšuje (nevymílací rychlost toku) nebo má
vodní tok přebytek energie, díky které je schopen nejen transportovat sedimenty, ale také narušovat
stabilitu dna a břehů a tím tvořit různé typy výmolů (vymílací rychlost toku) (Hubačíková, Oppeltová
2008). V následující tabulce jsou uvedeny průměrné nevymílací rychlosti ve vodním toku s profilem o
hloubce 1 m pro koryta z různého materiálu.
Materiál
vv (m.s-1)
hrubozrnný písek
0,6
hrubý štěrk
2,3
velké kameny
3,8
dlažba
8
Tab. X. Průměrné nevymílací rychlosti různého materiálu (dle Berana 2009)
7.2.1 Eroze a vodní toky
V rámci činnosti tekoucí vody v korytě vodního toku rozlišujeme tyto druhy eroze:
a, hloubková eroze (vodní tok se zahlubuje)
b, boční eroze (vodní tok se rozšiřuje)
c, zpětná eroze (vodní tok se prodlužuje)
d, speciální (evorze, eforace)
Na většině vodních toků se uplatňují všechny typy eroze. Na horních úsecích
vodních toků se více uplatňuje eroze hloubková a zpětná, na středních a dolních
Druhy eroze
68
úsecích převažuje eroze boční (může se vyvíjet v rámci aluvia a říční nivy). Zpětná
eroze vzniká zahlubováním partií horních toků a tím řeka prodlužuje svoji délku a
často narušuje povodí jiné řeky. Zpětná eroze se ale také uplatňuje na skalních
stupních a vodopádech, kdy vodní válce narušují skalní stěnu. Eforace je speciální
typ eroze, při kterém dochází k vymílání stropů krasových chodeb, cele vyplněných
vodou, která proudí pod tlakem (Petránek 1993).
V roce 1875 byla J. W. Powellem publikována teorie erozní báze. Dle této teorie
tvoří říční soustava určitý typ geosystému, kde jsou jednotlivé komponenty (vodní
toky) na sobě závislé. Vodní tok vyššího řádu vytváří vždy erozní bázi pro vodní
tok nižšího řádu (Demek 1983). Erozní báze tvoří dolní hranici erozních procesů.
Rozlišujeme:
a, hlavní erozní bázi (kterou je hladina světového oceánu)
b, místní erozní bázi (každý bod na řece, který je místní erozní bází pro bod výše
na toku, včetně všech přítoků)
c, dočasnou erozní bázi (tvoří dočasný limit eroze, např. více odolné horniny,
uměle vybudovaný stupeň atd.)
V praxi to znamená, že se řeka nemůže zahloubit pod úroveň hlavní erozní báze
(hladina světového oceánu) nebo, že se bod níže na toku, který tvoří místní erozní
bázi, nemůže ocitnout nad úrovní bodu položeného výše na toku. Vodní tok by tak
tekl do kopce. Dočasná erozní báze se poté vytvoří v místě, kde je znemožněno
vodnímu toku erodovat a dále se zahlubovat, např. v odolné hornině nebo na
umělém stupni (viz obrázek 7.2.1). Erozní bázi si tedy můžeme představit jako
určitý řetězec maximálních limitů eroze. Půjdeme-li od ústí proti proudu, pak každý
bod na vodním toku je erozním limitem pro bod nad ním.
Obrázek 7.2.1: Teorie erozní báze (zdroj: Gabler, Pettersen, Trapasso 2007;
upraveno)
Splaveniny
Při erozi se do vodního toku uvolňuje materiál, který se následně ukládá, ale může
také zvýšit erozní schopnost řeky (např. hrubý materiál unášený proudem pomáhá
více rozrušovat dno a břehy). Erozí uvolněný materiál ve vodním toku nazýváme
splaveniny a rozlišujeme je na:
69
a, plaveniny
b, dnové splaveniny
Plaveniny jsou tvořeny jemnozrnným materiálem z minerálních částic (písek,
jemné hlíny), který je volně unášen vodním tokem. Dnové splaveniny jsou hrubé
částice (štěrk, oblázky, kameny), které jsou převalovány nebo vlečeny po dně,
případně jsou částečně neseny proudem a částečně posunovány po dně pomocí
skoků, tzv. saltace. V souvislosti se splaveninami hovoříme také o unášecí
kapacitě vodního toku, tj. maximálním množství materiálu určité velikosti, který
může tok dopravovat jako splaveniny na dně a unášecí rychlosti, tj. největší
průměr částice, který je vodní tok schopen po dně dopravovat (Demek, 1983).
Nejmenší částice, které se ve vodním toku pohybují, jsou rozpuštěné ionty
+
2+
+
uvolněné ze sedimentů a podloží, nejčastěji se jedná o Na ,Ca a K . Podrobně
vše znázorňuje obrázek x. Velikost sedimentů obecně klesá od pramene po ústí
vodního toku. Postupné zjemňování sedimentů může být ale narušeno erozními
sedimenty z břehů nebo jemnějším materiálem ze soutoku (Švehláková a kol.
2006).
Obrázek 7.2.1.1: Pohyb splavenin ve vodním toku (zdroj: Thompson, Turk 1997,
upraveno)
7.3 Fluviální tvary
Následující přehled je výběrem nejznámějších fluviálních tvarů, které vznikly erozí
a následnou akumulací, či kombinací obou. Jedná se pouze o základní přehled.
Fluviálním tvarům reliéfu se podrobněji věnuje vědní disciplína geomorfologie,
konkrétně fluviální geomorfologie. Usazeninám říčního původu se souhrnně říká
aluvium, nehledě na druh a velikost sedimentovaného materiálu. Pro aluvium je
typické třídění materiálu. Hrubý materiál se ukládá přímo ve vodním toku, u břehů
a v přilehlé nivě převažuje jemnozrnný materiál.
70
7.3.1 Zákruty a meandry
Jsou prakticky nejznámějším fluviálním tvarem. Jedná se o zvlněné úseky vodních
toků, které se vytvářejí především v říční nivě. Při jejich vývoji se uplatňuje
především boční eroze, ale i eroze hloubková (při nárazových březích). Meandry
jsou zákruty koryta vodního toku větší délky, než je polovina obvodu
kružnice opsané nad jeho tětivou a jejichž středový úhel je větší než 180°
(Demek 1983). Pokud dojde ke spojení několika meandrů, hovoříme o
meandrovém pásu. U meandru rozlišujeme několik částí. Předně je to konvexní
nebo-li vypuklý břeh (tzv. jesep) a konkávní břeh (vydutý, tzv. výsep). Proudící
částice vody v meandrech narážejí na vydutý břeh, který narušují a erodovaný
materiál z něj transportují šikmo napříč korytem k dalšímu břehu. Při výsepním
břehu dochází také ke tvorbě výmolů dna, takže vodní tok zde dosahuje největších
hloubek. Mohou se zde také vytvořit břehové nátrže (svislé stěny v březích vzniklé
boční erozí vodního toku). V průběhu transportu erodovaného materiálu dochází
k poklesu unášecí rychlosti i kapacity a dochází k ukládání sedimentů. U jesepního
břehu tak dochází k akumulaci naplavenin od jemnozrnných k hrubozrnným ve
směru do středu vodního toku. Díky poklesu unášivé rychlosti a následné
akumulaci dochází ke tvorbě tzv. brodů, míst kde je napříč vodním tokem
akumulován materiál mezi dvěma výsepními břehy. Uvnitř jednotlivých meandrů se
tvoří tzv. meandrové ostruhy. Ty se postupující boční erozí mohou zmenšovat a
v nejužším místě (tzv. šíje meandru) se následně protrhnou. Dojde tak ke změně
průběhu vodního toku a oddělená část meandru (tzv. odškrcený meandr) se
postupně zazemňuje nánosy a vegetací. Postupně se zcela oddělí od vodního toku
a za normálních vodních stavů již není protékán vodou, jedná se o mrtvé rameno
(viz obr. X). Meandrový pás se postupným protrháváním posunuje směrem dolů po
proudu. Intenzivní rozvíjení meandrů nastává v době rovnovážného stavu řeky.
Příliš prudké toky nemeandrují (Hubačíková, Oppeltová 2008).
Meandr
Název meandr je odvozený z řeckého názvu řeky Maiandros (latinsky Maeandér),
která je velmi křivolaká a protéká mezi Tureckem a Řeckem východozápadním
směrem až k ústí do Egejského moře (Hubačíková, Oppeltová 2008).
71
Obr. 7.3.1.1 Schéma říčních zákrutů (zdroj: Huggett 2009, upraveno)
Vývoj meandru
Obr. 7.3.1.2 Schéma vývoje meandru (zdroj: www.rade.ic.cz, upraveno)
72
Dle typu podloží, v jakém se meandr vyvíjí, rozlišujeme: volné meandry a
zaklesnuté meandry. Volné meandry se objevují v široké nivě, zaklesnuté
meandry potom v území se složitou geologickou stavbou, kde je meandrování
podmíněnou různou odolností hornin (dochází tak tzv. nucené orografické
křivolakosti).
Obr. 7.3.1.3 Volné meandry Williams River na Aljašce a zaklesnuté meandry řeky
Colorado (foto: N. D. Smith)
7.3.2 Strže
Strží rozumíme větší typ erozní rýhy, která se stále vyvíjí. Má charakteristický profil
ve tvaru písmene „V“. Široce se zde uplatňuje hloubková eroze, se stržemi se
setkáme nejčastěji na horních úsecích vodních toků, kde mají velký spád.
Rozlišujeme strže typu ovrag (hluboce zaříznuté, stále se vyvíjející, nestabilní) a
typu balka, které se vyvinuly z předchozího typu, jsou stabilnější a dno mají
vyplněné sedimenty. V případě větší hustoty strží v území může vzniknout
charakteristický reliéf tzv. badlands.
Obří hrnce jsou kotlovité
prohlubně, které vznikají
vířivým pohybem vody
v prohlubních balvanů a
skalního podloží. Jejich
vývoj je urychlen, víří-li
v prohlubni ve vodě také
erodovaný materiál, který
podklad stále obrušuje,
takovému typu eroze
říkáme evorze (vymílání).
V České republice mnoho
obřích hrnců spatřit na
řece Vydře nebo v úseku
Stvořidel na řece Sázavě.
Obr. 7.3.2 Erozí rozbrázděný reliéf typu „badlands“ v Národním Parku Badlands
v Jižní Dakotě (zdroj: www.jdonohue.com)
73
7.3.3 Údolí
Údolí jsou protáhlé sníženiny, které vznikly říční činností a sklánějí se ve směru
spádu vodního toku (Demek, 1983). Existuje několik klasifikačních systémů údolí.
Vitásek (1958) rozčleňuje údolí dle tvaru příčného profilu na soutěsku, kaňon,
těsné údolí a úval. Klimaszewski (1978) vyčleňuje 10 typů údolí na základě
monografických charakteristik příčného profilu. Jedno z nejznámějších členění
přinesl Demek (1983), který vymezil na základě vztahu mezi lineární erozí vodního
toku (neboli hloubkové erozi - I) a vývojem svahů (boční erozi – D) tyto typy údolí:
A, soutěska – výrazně převažuje (I) nad (D). Svahy soutěsky jsou rovnoběžné a
šířka soutěsky v horních partiích je přibližně stejná jako v dolních partiích. Na dně
soutěsky často najdeme obří hrnce, vodopády atd. Velmi hluboké soutěsky bývají
nazývány kaňony.
B, údolí ve tvaru písmene V – vzniká při rovnovážném vývoji (I) a (D). Dno tvoří
koryto vodního toku a směrem ode dna se údolí rozšiřuje. Podélný profil vodních
toků v těchto údolích bývá nevyrovnaný. Údolí přítoků se nestačí zahlubovat stejně
rychle jako údolí hlavního toku a mohou tak vzniknout visutá údolí, z nichž voda
přepadá do hlavního toku.
C, neckovitá údolí – vznikají při převaze (D) nad (I). Vodní tok meandruje při
širokém údolním dně a střídavě podkopává údolní svahy, ty jsou většinou skalnaté.
Mezi údolními svahy a dnem je zřetelný lom spádu. V prostoru údolního dna je
nezřídka vyvinuta údolní niva.
D, úvalovitá údolí – údolí se širokým dnem, kde výrazně převládá (D). Údolí
pozvolna přechází do mírných svahů pokrytých sedimenty, bez výraznější paty
svahu.
7.3.4 Říční terasy
Říční terasy jsou bývalá údolní dna proříznutá vodním tokem. Údolní dno se
vyvíjelo ve fázi vertikální stability, proříznuto bylo v následující fázi vývoje údolí
(Demek, 1983). Říční terasy jsou tedy stupně, které jsou tvořeny zarovnaným
povrchem bývalého dna a poté prudkým svahem. Rozlišujeme říční terasy erozní
(vznikly erozí vodního toku skalního dna)a terasy akumulační (zbytky proříznuté
údolní nivy). Na základě vývoje říčních teras můžeme doložit střídání dob ledových
a meziledových, tedy období s intenzivní erozí a akumulací. Nejstarší terasa je
potom ta nejvýše položená (např. terasy Vltavy).
Schéma vzniku říčních
teras
Obr. 7.3.4 Vznik říčních teras (zdroj: www.geology.cz).
74
1, erozní terasa ve skalním podloží; 2, akumulační říční terasa v aluviu; 3, tři
terasové stupně vzniklé postupným zařezáváním toku
Obr. 7.3.4.1 Schéma vltavských teras. Původní třetihorní údolí se nacházelo
přibližně o 160 m výše, než dnes. (zdroj: www.prazskestezky.cz)
Štěrková lavice
7.3.5 Štěrková lavice
Štěrkovou lavici tvoří nánosy hrubších usazenin nejčastěji při břehu říčního toku.
Ukládají se za vyšších průtoků, při ztrátě unášivé rychlosti. Na štěrkových lavicích
se při opadu vyšších vod zachytávají povodňové hlíny a rozšiřuje se zde následně
náletová vegetace. Ta utváří ze štěrkových lavic unikátní biotopy, jejichž
společenstva jsou adaptována na časté disturbance. Zároveň však vegetace
zpevní lavici, která je tak odolnější proti erozi a v případě povodňových vod může
vytvářet překážku v průtočném profilu (Birklen a kol. 2008).
Obr. 7.3.5 Štěrkové lavice vytvořené ve vodním toku a vzniklé za povodní
v intravilánu (foto: arnika, kge.zcu.cz)
7.3.6 Náplavový kužel
Náplavový kužel
Je akumulační tvar kuželovitého tvaru z říčních sedimentů (Smolová, Vítek 2007).
Vytváří se v místech úpatí svahu, kde se prudce mění sklonové poměry vodního
toku.
75
Kužel se rozevírá směrem do údolí. Vodní tok se v kuželu může rozvětvovat na
několik ramen (tzv. divočení vodního toku) a tím vyrovnat rychlou změnu spádu.
Při spojení dvou a více náplavových kuželů vznikají úpatní haldy nebo
piedmontní nížiny.
Obr. 7.3.6 Náplavový kužel a divočení vodního toku (foto: NASA, 2012)
7.3.7 Říční niva
Vymezení nivy je v některých případech sporné, v závislosti na oboru, který se
nivou zabývá. Dle široce uznávané definice se říční nivou rozumí akumulační
rovina podél vodního toku, která je tvořena fluviálními sedimenty a při povodních
bývá zpravidla částečně či celá zaplavována (Křížek, 2012). Nachází se tedy
v inundační (záplavové oblasti). Pedologie chápe říční nivu jako oblast výskytu
fluvizemí a glejů. Biologie a krajinná ekologie vymezuje nivu dle specifických
biochor a ekosystémů. Údolní niva je od ostatních částí reliéfu většinou oddělená
hranou od údolního svahu nebo říční terasy, ostrost hrany závisí na lokálních
podmínkách. Rozlišujeme dva typy údolní nivy – konkávní a konvexní. V případě
konvexních niv je okolí vodního toku vyvýšeno nad okolní nivu z důvodu
sedimentace větších částic – vznikají tak agradační valy. Za agradačními valy
následuje mírně ukloněná střední část nivy a poté snížená okrajová část nivy.
Velikost sedimentů poté klesá směrem od gradačního valu k okraju nivy, kde se za
povodní ukládají jemné povodňové hlíny a vznikají periodické tůně. Takové říční
nivy se vyskytují v okolí velkých toků. Ploché nivy nebo mírně prohnuté se
vyskytují u středních a malých vodních toků. Šířka nivy se zvětšuje s délkou
vodního toku (Křížek, 2012).
V prostoru říční nivy mohou vznikat různé erozní a akumulační formy reliéfu.
Rozlišujeme zde korytovou facii (ukládání uvnitř zákrutů a meandrů, většinou
písek a štěrk), povodňovou facii (usazení jemných sedimentů při povodních),
facii břehových valů (jemné sedimenty s vysokým obsahem humusu) a facie
mrtvých ramen (v sedimenty fluviálních jezer). Břehy vodních toků se zde
dynamicky vyvíjí, stabilnější jsou ty, které jsou porostlé vegetací, která je svým
kořenovým systémem zpevňuje. Při povodních však vegetace působí jako bariéra
průtoku. Do vývoje říční nivy zasahuje velkým způsobem činnost člověka. Nivy
jsou měněny v kulturní zemědělskou krajinu nebo v intravilán měst.
Říční niva
Facie
76
Oblasti přirozeného rozlivu řek jsou tak výrazně omezeny, stejně jako vodní
kapacita krajiny. Nelze se tedy divit, že má řeka při povodních tendenci rozlévat se
do svého původního inundačního koryta a působí tak škody na majetku, který jí
člověk postavil do cesty.
Obr. 7.3.7 Konvexní říční niva a její části (Pearson Prentice Hall, 2005)
Vegetace říčních niv
Výzkumem sedimentů,
které se ukládaly v nivě,
můžeme určovat nejenom
historické povodně, ale
také zkoumat erozní a
akumulační činnost
v rámci posledního
glaciálu.
Říční niva je významným stabilizačním prvkem v krajině. Tvoří důležitý koridor pro transport organismů,
látek a energie. Pro nivu jsou typické nížinné lužní lesy. Ty se někdy člení na měkký a tvrdý luh. Měkký
luh se vytváří na vlhkých stanovištích a je tvořen vrbami, olšemi a topoly. Na sušších místech,
krátkodobě zaplavovaných se uplatňuje tvrdý luh s jilmy, javory, jasany, duby a lípamami. V bylinném
patře lužních lesů převažují geofyta, která před olistěním keřového a stromového patra výrazně a hojně
kvetou (tzv. jarní efekt). V nivě českých řek dále nalezneme aluviální louky s travinami (psárkou luční,
metlicí trsnatou), vlhkomilnými bylinami (pryskyřník prudký, kostival lékařský, kohoutek luční) a v době
vysušení s kosatcem sibiřským nebo podzimním ocúnem jesenním. Vyskytuje se zde i spousta
nepůvodních druhů, u nichž je zapotřebí jejich regulace, neboť se velmi dobře nivou šíří (křídlatka,
netýkavka žláznatá, hvězdnice kopinatá, zlatobýl obrovský) (Chuman,2012).
7.4 Říční krajina
Vodní toky chápeme jako přirozenou součást naší krajiny. Samotné vodní toky
však vytvářejí ve svém okolí unikátní podmínky, díky kterým se kolem řeky vyvíjejí
specifické formy reliéfu, ale také specifická biologická společenstva, specifické
ekosystémy. Vodní tok je tak nejen součástí krajiny, kterou protéká, ale vytváří
krajinu zcela novou, která je na něm absolutně závislá. Tuto krajinu nazýváme
„říční krajinou“ (River landscape). Termín vznikl v 80. letech 20. století a jeho
autorem je olomoucký profesor Otakar Štěrba. Ten definuje říční krajinu jako
„ekologický systém (supraekosystém), který je tvořen ekosystémem současné řeky
a přilehlými ekosystémy, které jsou touto řekou vytvořeny nebo zásadním
způsobem podmíněny“ (Štěrba a kol. 2008).
Říční krajina je tedy samostatný typ krajiny, chorické prostorové dimenze a nikoli
pouze biokoridorem v krajině. Je vyvinuta od pramenů řek až k jejich ústí.
77
V příčném profilu je říční krajina rozložena na půdorysu aluviálních náplavů,
ohraničena první pravou a levou říční terasou. Pokud říční terasy nejsou vyvinuty,
pak je říční krajina v profilu vymezena úpatími údolních svahů nebo skal.
Vertikálně je říční krajina vymezena povrchovými částmi (stromy, stavby atd.) se
shora a podpovrchovými částmi sedimentů ze spodu. Zatímco v pramenných
částech řek je říční krajina široká sotva několik desítek centimetrů (často pouze
koryto a břehová část), na dolním toku dosahuje její šířka až několik kilometrů
(údolní niva, delta). Všechny součásti říční krajiny jsou patrné na obrázku.
Obr. 7.4 Schematický příčný řez říční krajinou (zdroj: Štěrba 2008)
Hlavní funkce říční krajiny dle O. Štěrby (2008) jsou:
•
•
•
•
•
•
Geofyzikální (tvorba geomorfologických tvarů, nivy, říční sítě, eroze atd.)
Půdotvorná (kolem vodních toků se z nánosů tvoří nové půdy, nejčastěji
fluvizemě)
Klimatická (vliv na mikro a mezoklima)
Hydrologická (infiltrace, zvýšení hladiny podzemní vody, vedení vody,
zadržení vody, zdroj vody pro organismy)
Ekologická (životní prostředí, migrace, samočištění, produkce biomasy,
biodiverzita)
Společensko-ekonomická (rekreační, ekonomická, obytná…)
Kromě klasických říčních krajin existují i speciální typy. Jedná se o říční krajiny
podzemních krasových řek, ledovcových řek, které protékají pod ledovcem nebo
meandrují přímo v ledovci a poté periodické vodní toky pouští a polopouští (creeky,
vádí).
V rámci výzkumu říčních krajin v ČR došel tým O. Štěrby k závěrům, že říční krajina pokrývá v České
republice přes 800 000 ha a tvoří zhruba 10% rozlohy naší republiky. Největší podíl na ploše říční
krajiny mají paradoxně krátké, většinou bezejmenné vodní toky (viz obr.), proto je nutné dbát na
ochranu a dohlížet na správné hospodaření na těch nejmenších vodních tocích. Jejich vymizení či
přílišná regulace by mohla nenávratně poškodit říční krajiny a funkce, které plní.
Funkce říční krajiny
78
Obr. 7.4.1 Rozložení celkové plochy říčních krajin podle vzdálenosti od pramene,
ve vztahu k celkové ploše ČR (dle Štěrby a Bednáře 2008)
Úkol / Úkol k zamyšlení
Na fotografii Vltavy (A. Motejla) určete a popište všechny fluviální tvary.
SHRNUTÍ
Proudění v říčních tocích j většinou trubolentní. Vodní částice jsou schopny při
dosažení určité rychlosti narušovat dno a břehy, tím dochází ke vzniku eroze a
erozních fluviálních tvarů (meandry a zákruty, říční terasy). Erodovaný materiál ve
formě splavenin je vodním tokem dále transportován a ukládán v akumulačních
tvarech (náplavový kužel, říční niva). Řeka se svou nivou vytváří zcela unikátní typ
krajiny, kterou nazýváme říční krajina.
79
Kontrolní otázky a úkoly
1.
2.
3.
4.
Jaké máme hlavní dělení fluviálních tvarů?
Vysvětlete a zakreslete princip tvorby meandrů.
Jaké jsou součásti říční nivy?
Co je to říční krajina, jak ji vymezujeme a jaké funkce plní v krajině?
Pojmy k zapamatování
Laminární pohyb, turbulentní pohyb, Reynoldsovo číslo, hloubková eroze,
boční eroze, zpětná eroze, evorze, meandr, výsep, jesep, šíje meandru,
mrtvé rameno, říční terasa, náplavový kužel, badlands, ovrag, balka, údolí,
soutěska, profil rovnováhy, fluvizem, říční krajina, říční niva.
80
8
Režim vodních toků
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
vysvětlit termín hydrologický režim vodního toku
vyjmenovat a vysvětlit měrné jednotky odtoku
jak se hodnotí průtok a vodní stav
jaké jsou hydrologické modely a další metody výpočtů hydrologických
charakteristik
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
K vystižení režimu řek a ke vzájemnému porovnání poměrů jednotlivých řek i
podmínek pro odtok na jejich povodích se používá absolutních a relativních
odtokových jednotek a základních hydrologických veličin a metod jejich
zpracovaní, které budou stručně zmíněny v následujících podkapitolách.
Hydrologickým režimem chápeme zákonitosti změn hydrologických prvků v čase a
prostoru, způsobenými fyzickogeografickými činiteli (srážky, teplota vzduchu atd.),
popřípadě umělými zásahy. Rozlišujeme potom režim vodního toku přirozený,
který není ovlivněn umělými zásahy a režim ovlivněný, který může být ovlivněn
vzdutím hladiny vlivem vodní stavby nebo změna teploty vody ve vodním toku
v důsledku existence vodní nádrže na řece. Podle jednotlivých hydrologických
prvků pak můžeme definovat režim vodních stavů, režim průtoků, teplot a ledový
režim řek.
8.1 Měrné jednotky odtoku
Průtok
Základní jednotkou pro odtok vody v korytě řeky je průtok (značíme Q)., který je
základní měrná jednotka odtoku a budeme se o ní zmiňovat v další kapitole.
Specifický odtok
Průtok vody Q vztažený na jednotku plochy povodí Sp nazýváme specifickým
3 -1
-2
-1
-2
odtokem q. Určuje se v m .s .km nebo v l. s .km . Pro posouzení vodnosti a
celkových podmínek pro odtok v jednotlivých povodích nebo jejich částech to tato
charakteristika dobře umožňuje. Specifické odtoky závisí na podmínkách
geografických a klimatických.
Odtok
Další měrnou jednotkou odtoku je odtok, značíme ho Vo a je to objem vody, který
odtekl z povodí nebo vodního útvaru za daný časový úsek. Objem, který z povodí
3
odteče za uvažované časové období (den, měsíc, rok), se vyjadřuje v m , popř.
3
v km .
Odtoková výška
Pokud objem odtoku přepočítáme na celou plochu povodí, tj. že vyjádříme výšku
vrstvy vody, která by se vytvořila při rovnoměrném rozprostření množství odteklé
vody po ploše daného povodí, pak mluvíme o odtokové výšce HO, která se
vyjadřuje v mm a je vztažena k danému časovému intervalu.
81
Analogicky se určuje výška srážek HS, která vyjadřuje výšku vrstvy vody srážek,
která by se vytvořila při rovnoměrném rozprostření množství srážek spadlých na
plochu daného povodí. Vyjadřuje se v mm a je vztažena k danému časovému
intervalu (rok).
Podobně určíme i výšku výparu (evapotranspirace) HE, která vystihuje výšku
vrstvy celkového výparu, která by se vytvořila při rovnoměrném rozprostření
množství výparu z plochy daného povodí. Vyjadřuje se také v mm a je vztažena
k danému časovému intervalu (rok).
Výška srážek
Výpar
Pro tyto charakteristiky platí základní rovnice hydrologické bilance:
HS = HO + HE
Součinitel odtoku φ je číselná hodnota, která vyjadřuje celkové podmínky pro
odtok v povodí bez vlivu geografických činitelů prostředí v povodí. Je to podíl výšky
odtoku a výšky srážek. Udává se jako bezrozměrná veličina nebo se může vyjádřit
v %. Číslo, vyjadřuje jaké procentuální množství srážek z povodí, odteklo.
Součinitel odtoku
Pokud se kterákoliv veličina vztahuje na období roku, jde zpravidla vždy o rok
hydrologický, který v našich zeměpisných podmínkách začíná 1. 11. a končí 30.
10. následujícího roku, jehož letopočtem se i tento rok označuje. Příklad
hydrologický rok 2012, začal 1. 11. 2011 a skončí 30. 10. 2012.
Hydrologický rok
8.2 Hodnocení průtoků
Režimem průtoků se rozumí typické změny vodnosti řek v daných časových
úsecích (dny, měsíce, roky, desetiletí apod.) Druh režimu je výsledkem působení
mnoha činitelů, které působí v celém povodí a ovlivňují nejen odtok z plochy, ale i
odtok přímo v říčním korytě. Ze zdroji vodnosti řek souvisí i časově rozložení
odtoku vody z povodí v průběhu roku. Základní zdroje vodnosti jsou voda z dešťů,
z periodické sněhové pokrývky, z ledovců nebo trvalé sněhové pokrývky nad
sněžnou čárou a z podzemní vody.
Průtok je množství vody, které proteče za jednu vteřinu příčným průřezem koryta.
Denní průtoky ( Qd ) se mohou označit pojmem průměrný denní průtok jen
v případě, kdy byl stanovem na základě limnigrafického záznamu. Na základě
měrné křivky průtoků jsou pro většinu vodoměrných profilů udávány denní průtoky.
Z denních průtoků se stanovují nejen měsíční průtoky (QM), ale i průtoky roční
(QR). Důležité je ale i stanovení dlouhodobého průměrného průtoku Qa, který se
nazývá normál, který vyjadřuje průměrnou vodnost řeky za určité časové období
např. 1961 – 1991.
Stanovení dlouhodobého průměrného ročního průtoku (Qra):
•
je-li pro daný profil toku k dispozici dostatečně dlouhá řada pozorování,
vypočítáme tento aritmetickým průměrem
•
není-li pro výpočet dostatečně dlouhá řada pozorování, tak máme několik
možností, např. prodloužíme řadu průměrných ročních průtoků Qr
grafickou extrapolací (přibližné a subjektivní) nebo použijeme statistických
metod, např. korelace, tj. řadu ročních průtoků Qr (minimálně 10 členů)
nebo prodloužíme pomocí korelačního vztahu s dostatečně dlouhou řadou
v jiném profilu (povodí) atd.
Průměrný roční průtok
82
•
Hydrogram
Histogram
Čas překročení průtoků
hodnotu Qra při nedostatku pozorování v daném profilu můžeme vypočítat
také z bilanční rovnice povodí
Podkladem pro vyjádření časových změn v profilu je chronologická čára průtoků –
hydrogram. Je odvozená z měřených vodních stavů. Z hydrogramu zjistíme nejen
maximální a minimální hodnotu sledované hydrologické řady, ale i změny průtoků v
průběhu roku, jejich kolísání a velikost amplitudy.
Čára rozdělení četností výskytu (histogram) je závislost mezi hodnotami průtoků a
absolutní četností výskytu (počtem výskytů). Průměrné denní průtoky se rozdělí do
třídních intervalů a zjišťuje se počet výskytů v jednotlivých intervalech. V
histogramu se určuje modus. Je to hodnota průtoku, která se nejčastěji vyskytla za
dané období.
Čára překročení průtoků vyjadřuje závislost mezi hodnotami průtoků a
kumulativní četností, tj. počtem dosažení nebo překročení těchto hodnot za
uvažované období. Zpracovává se:
•
čára překročení průměrných denních průtoků: v daném roce z průměrných
denních průtoků
•
čára překročení dlouhodobých průměrných denních průtoků: za
dlouhodobé období, za řadu let (z průměrných dlouhodobých denních
průtoků)
Z čáry překročení průtoků se určuje medián neboli obyčejný průtok. Je to průměrný
denní průtok, který je 50 % výskytu dosažen nebo překročen, dále se určují Mdenní průtoky. M-denní průtok Qmd je průměrný denní průtok, dosažený nebo
překročený po M dní ve zvoleném časovém období. (násobek 30, tj. Q30d až
Q330d, dále Q355d a Q364d). Obvykle se za délku časového období volí
3 -1
hydrologický rok. Například Q30 = 28 m .s znamená, že po dobu 30 dní v roce byl
3 -1
dosažen nebo překročen průtok 28 m .s , po zbytek roku byl tento průtok
nedostupný. Je to velký průtok.
P-procentní denní průtok je průměrný denní průtok dosažený nebo překročený po
p % počtu dnů ve zvoleném časovém období. Pravděpodobnost p = 1, 2, 5, 10, 20,
50, 80, 90, 95, 99, 99.72 %. Určuje se z čáry překročení průtoků.
Dále se stanovují extrémní hodnoty průtoků. Maximální průtok Qmax je největší
(kulminační) průtok povodňové vlny v určitém období (den, měsíc, rok, řada let). Nletý maximální průtok Qmax,N j největší (kulminační) průtok povodňové vlny, který je
dosažen nebo překročen v dlouhodobém průměru jednou za N let. (Q1, Q2, Q5,
Q10, Q20, Q50, Q100). Minimální průtok Qmin je nejmenší průměrný denní průtok v
určeném období (den měsíc, rok, řada let). N-letý minimální průtok Qmin,N je
nejmenší průměrný denní průtok, který je dosažen nebo nedostoupen průměrně
jednou za N let.
83
8.3 Hodnocení vodních stavů
Po stanovení hodnot vodních stavů je základním způsobem jejich vyjádření do
chronologické čáry vodních stavů za určité časové období. Z množiny naměřených
dat se tímto způsobem stává hydrologická řada. Konstrukce grafu je jednoduchá.
Na osu X se vynáší jednotky času a na osu Y hodnoty příslušných naměřených
nebo vypočítaných hodnot vodních stavů. Z chronologické řady se dá zjistit
maximální a minimální vodní stav. Rozdíl těchto hodnot se nazývá variační rozpětí
– amplituda. Pomocí jednoduché statistiky získáváme další hodnoty jako u
zpracování dat průtoků, jako je aritmetický průměr (měsíční, roční, dlouhodobý),
modus, medián.
Při analýze ročního chodu vodních stavů je v hydrologické praxi nutné znát jak
dlouho byl na sledovaném vodním toku určitý vodní stav překročen. Podobně jako
u průtoků konstruuje se čára překročení. Hodnoty z této křivky obecně
označujeme jako M denní vodní stavy, kde M je počet dní (nejčastěji 30, 60, 90,
280, 330, 354 atd.). Celý postup je možný v současnosti automatizovat pomocí
standardních počítačových programů.
Příklad / Příklad z praxe
Konstrukce čáry překročení:
nejmenší počet prvků hydrologické řady vodních stavů je 365 dní, počet dní
v daném sledovaném roce. Ten si nejprve rozdělíme do třídních intervalů
pravidelného nebo nepravidelného rozsahu, nejčastěji volíme 10 až 20
pravidelných intervalů. Při tomto počtu dosáhneme nejmenší chyby. Zjistíme,
kolik vodních stavů ze sledované řady patří do příslušného intervalu a
vypočítáme kumulativní četnost. Na základě těchto hodnot vykreslíme čáru
překročení vodních stavů tak, že na osu X vynášíme hodnoty kumulativní
četnosti a na osu Y hodnoty vodních stavů (horní hranici intervalu. Z tohoto grafu
můžeme zjistit dobu (počet dnů), po čas kterých je dosáhnutá nebo překročená
určitá hodnota vodního stavu.
8.4 Hydrologické modely a další metody používané
v hydrologické praxi
Model je zjednodušené vyjádření reality pro účely popisu, vysvětlení, prognózy
nebo plánování. Umožňují simulovat skutečný hydrologický proces, ale také
předpovídat chování povodí v různých extrémních situacích. Matematický model
srážko-odtokového procesu existuje již od 60. let 20. století, jeho plné využití je
datováno od 80. let spolu se zaváděním počítačů a počítačových programů
Čára překročení
84
Vlastnosti hydrologických modelů:
nesmějí být příliš složité
nesmějí být duplicitou reality
přílišná jednoduchost snižuje význam modelovaného jevu
musí věrohodně popisovat hlavní vlastnosti modelovaného jevu
Aplikace modelů v hydrologii má velkou škálu možností jako je pohyb vody
v řečišti, přenos hmoty ve vodě, chemické složení, znečištění, odtok vody
z povrchu, různé erozní modely, model vytváření a tání sněhové pokrývky, srážkoodtokový model, model simulující chování nádrží nebo model proudění vody
korytem.
Modely se dělí podle mnoha parametrů např. podle kauzality (deterministické a
stochastické), dále detailněji rozebereme dělení podle dle využití a dle prostorové
diskretizace.
Dělení modelů dle účelu využití:
•
modely v operativní hydrologii – okamžitá data ze stanic a radarů,
krátkodobá předpověď vodních stavů a průtoků v profilu – předpovědní
systém FFS (Flood forecasting system)
•
modely pro návrhovou a projekční činnost ve VH – dlouhodobější
předpovědi, povodňové ochrany, technické stavby
•
modely využívané ve výzkumu – experimentální povodí, podrobnější
výzkum jednotlivých komponent srážko-odtokového procesu a jejich
přesnější popis
Modely dle prostorové diskretizace:
•
celistvé modely („lumped models“) – parametry charakterizující povodí
(veličiny i časové řady) jsou vztahovány k celému nebo dílčímu povodí,
data bodově měřená (stanice), přepočítání pomocí geostatistických metod
na plošné hodnoty (obr. 8.4)
Obr. 8.4: Příklad využití celistvého modelu v povodí
85
•
distribuované modely – distribuované parametry, prostorová variabilita Distribuované modely
vstupních a výstupních parametrů, rozdělení povodí GRIDEM (čtvercová či
2
trojúhelníková síť, max. do 1 km ) na elementární odtokové plochy, pro
každé políčko charakteristická hodnota parametru (obr. 7.3.2)
Obr. 8.4.1: Přiklad využití distribuovaného modelu v povodí
•
semi-distribuované modely - rozdělení povodí na elementární odtokové Semi-distribuované modely
plochy (hydrotypy), které se vyznačují homogenními prostorovými
parametry (stejný půdní druh, vegetační kryt atd.), jsou nejhojněji
využívané, využívá se kombinace prostorové distribuce parametrů
hydrologického systému a respektování územních faktorů ovlivňujících
odtokový režim jako je topografie, půdní podmínky, pokryv, hydrogeologie
(obr. 7.4.3).
86
Obr. 8.4.2: Příklad využití semi – distribuovaného modelu v povodí
V hydrologii se dále využívají metody pro různé účely výpočtů. Často tvoří moduly
hydrologických modelů např. DesQ –MAX. využívá CN křivky. Pro výpočet
odtokové ztráty v každém pixelu povodí se používá metoda CN-křivek, která je
v hydrologické praxi nejznámější a často používana. Metoda CN-křivek byla
vypracována Soil Conservation Service (SCS) v USA a pro naše poměry úspěšně
adaptována (Janeček, 1992). Metoda umožňuje stanovení objemu „přímého
odtoku“ a kulminačního průtoku na zemědělsky a lesnicky využívaných povodích, i
na povodích urbanizovaných, do velikosti plochy povodí cca 10 km2 (SCS, 1986 in
Kulhavý, Kovář, 2000). Účelem metody je kvantitativní ohodnocení hydrologických
funkcí krajinných složek. Metoda ve svém řešení zohledňuje závislost retence
povodí na hydrologických vlastnostech půd, počátečním stavu nasycenosti půd a
způsobu využívání půd a hydrologických podmínkách.
Odtok je především určen množstvím srážek, infiltrací vody do půdy, vlhkostí půdy,
porostem, nepropustnými plochami a retencí povrchu. Základním vstupem metody
CN – křivek je srážkový úhrn o určitém časovém rozdělení, za předpokladu jeho
stejnoměrného rozdělení po ploše povodí. Objem srážek je přeměněn na objem
odtoku pomocí čísel odtokových křivek. Jejich hodnoty jsou závislé na
hydrologických vlastnostech půd, vegetačním pokryvu, velikosti nepropustných
ploch, intercepci a povrchové akumulaci.
Čísla odtokových křivek jsou tabelizována podle hydrologických vlastností půd
rozdělených do 4 skupin: A, B, C, D na základě minimálních rychlostí infiltrace
vody bez pokryvu po dlouhodobém sycení a využití půdy, vegetačního pokryvu.
87
SHRNUTÍ
Hydrologické jevy jsou ve své podstatě náhodné (stochastické). Není možné
stanovit přesně výskyt náhodného jevu, jsme schopni pouze odhadnout
pravděpodobnost tohoto výskytu. Při popisu náhodných jevů se využívá poznatků z
teorie pravděpodobnosti, resp. statistiky. V hydrologické praxi se využívá
standardizovaných hydrologických charakteristik a metod jejich zpracování. Tyto
hodnoty často slouží jako vstupní údaje do hydrologických modelů, které mají
různé možnosti využití v hydrologické praxi (od předpovědí, po možné návrhy
hydrologických situací a možností návrhů třeba prevence atd.).
Kontrolní otázky a úkoly
1. Jaké základní charakteristiky průtoku se zjišťují a vypočítávají?
2. Vysvětli, co se dá vyčíst z čáry překročení.
3. Vysvětli základní principy hydrologických modelů.
Pojmy k zapamatování
Hydrologický režim vodního toku, odtokové charakteristiky, specifický
odtok, výška srážek, výška odtoku, objem odtoku, součinitel odtoku,
modus, medián, maximální a minimální hodnoty průtoku a vodního stavu,
čára překročeni, hydrogram, hydrologické modely, CN křivky
88
9
Extrémní jevy v povodí
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Rozlišit typy povodní a jejich příčiny
Popsat povodňovou situaci
Vysvětlit pojem sucho
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 50 minut.
Průvodce studiem
V současné době slýcháme o povodních ve sdělovacích prostředcích často. Je
to častěji než dříve? Kdo za to může? Povodně tady „dlouhou dobu“ nebyly a
může se zdát, že jsou něčím extrémním. Je třeba si ale uvědomit, že na to celé
ale nahlížíme v časovém horizontu jedné generace čí z hlediska délky
historických záznamů měření. Podíváme-li se na povodně v horizontu 10 000 let,
pak zjistíme, že se ve střední Evropě vyskytlo několik na povodně bohatých
období a že povodně tady byly i dříve než začal člověk výrazně měnit své životní
prostředí. Povodně jsou pro krajinu přirozenou součástí a jsou přirozenou
součástí „života“ řeky samotné, tak rostlinných a živočišných společenstev údolní
nivy a tedy i člověka, který v ní žije. Lidská paměť je však krátká. Těsně po
povodni nebo v oblastech, kde dochází k pravidelným záplavám, lidé s tímto
jevem počítají a přizpůsobují se mu, ale v místech, kde delší dobu k žádné
povodni nedošlo, jako by si toto riziko nepřipouštěli.
Historicky byla většina sídel budována v blízkosti toků, ale na vyvýšených
místech, kde byla přirozeně chráněna před povodněmi a do říční nivy – údolního
dna byly stavěny pouze specializované stavby (mlýny, pily, hamry). Ve 20. století
se však vývoj měst a vesnic rozvíjel a intravilány se rozšiřovaly do povodněmi
ohrožených míst údolního dna. Dlouhé období bez větších povodní a
zdokonalování jen technických protipovodňových opatření přispěly k falešnému
pocitu bezpečí, přestalo se připouštět riziko povodní, přestalo se dbát na šetrné
hospodaření na zemědělské půdě i v krajině.
O čem ale není ve sdělovacích prostředcích moc informací je další extrémní jev
– sucho. Česká republika nepatří mezi nejohroženější oblasti v Evropě, ani na
světě, ale sucha často postihují v letních měsících hlavně oblasti Žatecka,
Lounska, které leží ve srážkovém stínu Krušných hor, ale i oblasti jižní Moravy.
Důsledky sucha jsou spojovány hlavně se zemědělstvím – neúrodou, ale také a
nedostatkem podzemní i povrchové vody pro vodní hospodářství.
9.1 Povodně
Povodně
Pojem povodeň definují různí autoři různě. Nejčastěji se uvádí, že je to situace, při
níž množství vody překročí z různých příčin průtočnou kapacitu koryta toku. Nebo
také jako náhlé zvětšení vodního stavu v důsledku srážkové činnosti, ale také
zmenšením průtočnosti koryta, jako je například ledová zácpa, či bariéra ze
splavených překážek.
89
Průběh odtoku je popisován průtokovou vlnou, která představuje přechodné
zvětšení a následující pokles průtoků a vodních stavů, vyvolaný dešti, táním
sněhu, nebo umělým zásahem. Povodně lze také charakterizovat kulminačním
průtokem, což znamená, vrcholový objem vody, který proteče daným korytem za
určitou jednotku času.
9.1.1 Typy povodní dle příčiny
Dešťové povodně – ty jsou vyvolány kapalnými srážkami a podle způsobu vzniku,
doby trvání a intenzity deště je možno dále rozdělit na povodně z trvalých srážek a
povodně z přívalových srážek. Dešťové povodně z trvalých srážek jsou vázány
hlavně na vícedenní trvalé srážky (mohou být přerušované), které mohou být
spojené s některými srážkově významnými situacemi (srážkotvorná cyklona).
Dešťové povodně z přívalových srážek souvisejí se srážkami s krátkou dobou
trvání, zpravidla to bývá několik hodin, avšak tento druh povodně se projevuje svou
silnou intenzitou, a často způsobuje velké lokální škody (i v důsledku kinetické
energie tekoucí vody).
Dešťové povodně
Pro zájemce
Dešťová povodeň v roce 2002 v srpnu byla výjimečná, a to jak objemem spadlých srážek a velikostí
zasažené plochy, ta i velikostí kulminačních průtoků a objemů povodňových vln. Na mnoha místech
v povodí Vltavy a dolního Labe byly zaznamenány doposud nejvyšší pozorované vodní stavy a průtoky,
např. na Vltavě v Praze byly překonány všechny vyhodnocené povodně od roku 1827 a hladina stoupla
i nad značky starších historických povodní. Z hydrometrického hlediska probíhala povodeň ve dvou
vlnách. V první vlně 6. - 7. srpna byly v Novohradských horách naměřeny dvoudenní úhrny 130-220
mm, ve stanici Pohorská Ves dokonce 277 mm. Ve druhé vlně srážek 11. - 12. srpna byly už zasaženy
celé Čechy, např. třídenní maximum bylo naměřeno na Cínovci 400 mm. Z publikovaných grafů ČHMÚ
je zřejmé, že došlo na soutoku Berounky a Vltavy k přibližné časové shodě kulminačních průtoků, které
pak měly za následek katastrofální následky pro hlavní město. V Praze Chuchli byl dne 14. 8. 2012 ve
12 hodin naměřen kulminační průtok 5 160 m3/s a vodní stav 782 cm, což odpovídá době opakování
500 let.
Smíšené povodně – jsou nejčastěji zapříčiněné kombinací tání sněhu a
dešťovými srážkami (taktéž mohou být doprovázeny ledovými jevy). Ke zhoršení
situace nejčastěji dopomáhají další faktory, jako jsou například nerovnoměrné
povětrnostní podmínky, a kapalné srážky, které přispívají ke zvětšení průtoku.
Ledové povodně – vznikají po období déletrvajících mrazů, při kterých zamrzají
koryta řek. Po oblevě ledová pokrývka řek popraská a kry se dají do pohybu (chod
ledu).
Sněhové povodně- tento druh povodně vznik náhlým táním sněhu při kladných
teplotách (nejčastěji v jarních měsících), které mohou být doprovázeny i ledovými
jevy. Na obr. 8.1.1 vidíme jarní povodeň způsobenou táním sněhu v roce 2006
v Olomouci na řece Moravě v porovnání s normálním stavem stejného úseku řeky.
Smíšené povodně
Ledové povodně
Sněhové povodně
90
Obr.9.1.: Povodeň v Olomouci v roce 2006 v dubnu (autor: Pavelková Chmelová)
9.1.2 Popis povodňové události
Maximální průtok je největší průtok ve sledovaném příčném profilu vodního toku za
zvolené období. Vlivem vydatných dešťů, táním sněhu nebo táním ledovců a sněhu
nad sněžnou čarou dochází často na některých řekách k přechodnému, ale
výraznému zvýšení hladiny. To je způsobeno náhlým zvětšením průtoku nebo
dočasným zmenšením průtočnosti koryta (např. ledovou zácpou nebo v
nálevkovitých ústích při pobřeží moří účinkem větru). Přechodné zvětšení a
následující pokles průtoků vodních stavů se nazývá průtoková vlna. Voda, která
nemůže rychle odtéci, se vylévá z koryta a způsobuje záplavy, postihující často
rozsáhlé oblasti. Tento jev nazýváme povodeň, a průtokovou vlnu pak povodňová
vlna.
Časový průběh povodní
Časový průběh každé průtokové vlny v konkrétním profilu můžeme vyjádřit graficky
(obr. 9.1.2). Průtoková resp. povodňová vlna je charakterizována tvarem,
kulminačním (vrcholovým) průtokem a objemem. Tvar povodně je vyjádřen
začátkem povodňové vlny, tedy okamžikem, kdy dochází k výraznému a rychlému
zvětšování průtoků. Doba nejvyššího průtoku povodňové vlny (vrcholení povodně)
odpovídá kulminačnímu průtoku a ukončení povodně (pata povodně) je okamžik,
kdy průtok klesne na počáteční stav nebo na stav odpovídající dlouhodobému
normálu. Doba mezi začátkem a koncem povodňové vlny se označuje jako trvání,
které se skládá z doby vzestupu, která vrcholí kulminačním průtokem a doby
poklesu. Celkové množství vody, které proteklo sledovaným profilem od začátku
do konce povodňové vlny, tedy během trvání povodně, je objem povodně.
(CHÁBERA, 1999)
91
Obr. 9.1.2: Průběh vodních stavů během povodně v roce 2002 na dolním toku Vltavy a Labe
(Pramen: ČHMÚ).
9.1.3 Opatření proti povodním
Pro plynulý průchod povodní v povodích je dle Soukupa a Kulhavého důležité
zajistit:
•
dostatečnou výšku mostů, pokud možno bez většího počtu pilířů,
•
vybavení jezů na menších tocích pohyblivými konstrukcemi
•
uvolnění kritických míst v záplavových územích toků (povolování staveb,
změny územních plánů, zamezit ukládání volně plovoucích materiálu a
drobných staveb atd.)
•
vybavit kanalizační vyústění ovladatelnými klapkami
•
navrhovat a realizovat protierozní opatření na zemědělských půdách
•
zajistit, aby se koryta co nejvíce přibližovaly přirozenému, tj. miskovitému
tvaru nebo tvaru dvojitého lichoběžníku
•
definovat a vymezovat místa pro rozliv k odlehčení průtoků chráněných
hrázemi, bočními nádržemi apod.
Velkou úlohu při protipovodňové ochraně hraje vegetace v povodích, ať už je to
dobrý stav lesů, existence trvalých travních porostů třeba v drahách soustředěného
odtoku až po zajištění vhodného osevního postupu na kritických lokalitách,
hospodárného obdělávání zemědělské půdy, která má dobré infiltrační vlastnosti a
není příčinou nežádoucího povrchového odtoku a zrychlené eroze a není zhutnělá.
Protipovodňová opatření
92
Příklad / Příklad z praxe
Povodněmi v srpnu 2002 bylo zasaženo v různém rozsahu celkem 43 okresů v
rámci 9 krajů ČR. Zatopeno bylo celkem 99 měst, obcí a městských částí, voda
částečně poškodila dalších 347 měst a obcí. Přímo nebo nepřímo bylo
povodněmi dotčeno 15,5 % obyvatel České republiky. Složkami Integrovaného
záchranného systému bylo evakuováno 123 200 osob a bezprostředně bylo
zachráněno 3 374 osob.
Z hlediska jednotlivých druhů majetku došlo k největším škodám především na:
•
budovách, halách a stavbách ve výši cca 6 mld. Kč,
•
pražském metru ve výši cca 6 mld. Kč.
•
pozemních komunikacích ve výši cca 4 mld. Kč,
•
rodinných domech ve výši cca 3 mld. Kč atd. (ČAMROVÁ, 2006)
9.2 Sucho
Pravděpodobně nejjednodušším vymezením pojmu sucho je věta: „Sucho je
nedostatek vody“. Ucelenější definici přináší H. J. Critchfield: „Sucho je deficit,
který nastává, když půdní vlhkost nestačí pokrýt požadavky půdní potenciální
evapotranspirace (celkový výpar). Ve světě můžeme rozlišit tři skupiny such: a)
stálé sucho spojené s aridními podnebími; b) sezónní sucho, které se vyskytuje v
podobě zřetelných každoročních období suchého počasí; c) sucho způsobené
proměnlivostí srážek.“ (CRITCHFIELD, H. J. 1984).
Sucho v našich podmínkách dle Sobíška (1993) můžeme dělit na:
Meteorologické sucho
Hydrologické sucho
Meteorologické – primárním zdrojem vody v suchozemském geobiocyklu jsou
atmosférické srážky, daný fakt je zohledněn v Kakosově definici meteorologického
sucha: „sucho definované nejčastěji časovými a prostorovými srážkovými poměry,
např. výskytem suchého nebo vyprahlého období.“
Hydrologické – „sucho hydrologické definované pro povrchové toky určitým počtem
za sebou jdoucích dní, týdnů, měsíců i roků s výskytem relativně velmi nízkých
průtoků vzhledem k dlouhodobým měsíčním či ročním normálům. Sucho
hydrologické se vyskytuje zpravidla ke konci déle trvajícího období sucha, ve
kterém nepadaly kapalné ani smíšené srážky. Obdobných kritérií lze použít i pro
stavy hladin podzemních vod a vydatnosti pramenů.
Sucho hydrologické se často vlivem retardačních účinků vyskytuje i v době, kdy již
meteorologické sucho dávno odeznělo. Naopak při výskytu meteorologického
sucha se ještě vůbec nemusí projevovat sucho hydrologické.“
Zemědělské sucho
Zemědělské – „sucho agronomické je nedostatek vody v půdě, ovlivněný
předchozím nebo ještě nadále trvajícím výskytem meteorologického sucha.“
Socioekonomické sucho
Socioekonomické – sucho socioekonomické spojuje dodávky a požadavky
ekonomických statků s faktory meteorologického, zemědělského a hydrologického
sucha.
93
Podle Brázdila a Štekla (1986) souvisejí extrémně nízké měsíční úhrny srážek na
území ČR s izolovanými, v mnoha případech blokujícími anticyklonami nebo
protaženými hřebeny vysokého tlaku vzduchu, jejichž středy popř. osy neleží dále
než asi 1500 km od středu ČR. Pokud nejde o centrální části anticyklon, pro výskyt
sucha je důležitý směr proudění, způsobujícího advekci relativně suchého
vzduchu.
Se suchem úzce souvisí pojem desertifikace. Geologická služba Spojených států
(USGS) definuje desertifikaci jako: „Desertifikace je přeměna orné obdělávatelné
země na suchou, holou a neúrodnou pustinu či poušť v důsledku dlouhotrvajícího
sucha nebo škodlivých dopadů lidské činnosti, jako jsou destruktivní zemědělská
činnost, často způsobena velkým přelidněním“. (USGS, 2006)
9.2.1 Sucho v ČR
Podle zpracovaných dat (Potop, Soukup, Možný, 2011) z 5 klimatologických stanic
(Doksany, Čáslav, České Budějovice, Brno a Olomouc) za období 1901–2010 byly
definovány období sucha v ČR. Pro stanovení epizod sucha bylo použito
Standardizovaného srážkového a evapotranspiračního indexu (SPEI) a
Standardizovaného srážkového indexu (SPI).
Sucho v ČR
Nejvyšší počet a trvání sucha (v délce 3 měsíců) v zimním období (prosinec až
únor) byly zaznamenány v desetiletích 1901–1910 (7 případů s maximálním
trváním 3 měsíce), 1911–1920 (4 případy s maximálním trváním 2 měsíce), 1921–
1930 (3 případy s maximálním trváním 3 měsíce) a 1941–1950 (3 případy s
maximálním trváním 2 měsíce). V první polovině 20. století byla průměrná
maximální doba trvání zimního sucha 2 měsíce, po roce 1960 jen 1 měsíc. Pro
stanice ležící v nížinách byla většina zimních suchých epizod soustředěna do
období 1901–1960, zatímco jarní a letní suché epizody se vyskytují s větší četností
a závažností v obdobích 1991–2000 a 2001–2010. Oba indexy identifikují
minimální výskyt nebo nejkratší suché jarní epizody v desetiletích 1961–1970 a
1981–1990. Jarní sucha (v březnu až květnu) získávají perzistenci v průběhu
posledních 20 let, největší počet a doba trvání se vyskytla v období 1991–2000 (5
případů) a 2001–2010 (4 případy).
Extrémní jarní sucha byla zaznamenána v letech 1903, 1943, 1946, 1953, 1959,
1976, 1993, 1998, 2003 a 2007. Letní sucha (v červnu až srpnu), na rozdíl od
jarních, mají tendencí být delší a extrémní, s častým rozšířením až do podzimního
období (září až listopad). Větší četnost letního sucha byla v období 1911–1920,
1941–1950, 1991–2000 a 2001–2010. Nejčetnější podzimní suché epizody podle
SPEI byly zaznamenány v desetiletích 1941–1950, 1951–1960, 1991–2000 a
2001–2010. Největší počet a extrémnost těchto epizod se vyskytla v období 1941–
1950.
Extrémní podzimní sucha byla v letech 1942, 1947, 1949, 1953, 1959, 1973, 1975,
1992, 1997, 2003 a 2006. Podle indexu SPEI bylo sucho v roce 1947 zařazeno do
nejvyšší závažnosti a trvání pro vybrané stanice na území České republiky.
Tendence rostoucí frekvence sucha dle SPEI v časovém intervalu od 12 do 24
měsíců v průběhu posledních dvou desetiletí souvisí se zvyšováním teploty
vzduchu v letním období.
Extrémní jarní sucha
Extrémní podzimní sucha
94
Příklad / Příklad z praxe
Suchá období působí v ČR problémy hlavně v zemědělství, ale i ve vodním
hospodářství a v lesnictví. V teplotně extrémním roce 2000 zapříčinila velká
sucha a horka od dubna do června neúrodu obilovin zvláště na jižní Moravě,
přičemž ztráty kompenzované zemědělcům ze státního rozpočtu dosáhly asi 5
miliard Kč. Na příkladu jarní pšenice, která je zvlášť citlivá na srážky,
-1
v uvedeném roce poklesl průměrný hektarový výnos z 3,9 t.ha v roce 1999 na
-1
2,81 t.ha v následujícím roce (statistiky MZe, Praha).
Úkol / Úkol k zamyšlení
Zjistěte z územního plánu (můžete jej najít na webu obce či města) nebo přímo
ze záplavové mapy, která území vaší obce nebo města jsou ohrožena.
Pokud byla vaše obec nebo město postiženo povodněmi, zkuste na plánu nebo
přímo v terénu identifikovat nejrizikovější části obce a vysvětlete, proč jsou
nejvíce ohroženy.
Až na nepatrné výjimky jsou povodně i sucho v naší krajině přirozeným jevem a
obyvatelstvo je zažívá od nepaměti. Hlavní faktory, které oba jevy způsobují, jsou
zřejmé, otázka je do jaké míry jsou ovlivňovány lidskou činností. V naší blízké
paměti jsou katastrofické povodně z let 1997 na Moravě a v roce 2002 v Čechách,
které zasáhly plošně obrovská území. Mnohem častěji se opakující jsou bleskové
povodně („flash floods“) způsobené přívalovými srážkami, které mohou způsobit na
malém území obrovské škody a, které se dají špatně předpovídat. Sucho
způsobuje hlavně velké škody v zemědělství (neúrodu, finanční škody
zemědělcům, státu), na mnoha územích světa potom i hladomory a nedostatek
pitné vody. Hydrologické charakteristiky těchto dvou jevů a jejich předpovědi jsou
nepostradatelnou informací pro vodohospodářské pracovníky a pro rozhodovací
procesy na všech úrovních.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Vyjmenuj typy povodní a stručně je charakterizuj.
2. Co je to vzestupná a sestupná větev povodňové vlny?
3. Jak se definuje sucho.
Pojmy k zapamatování
Typy povodní, objem povodně, doba trvání povodně, kulminační průtok, pata
povodně, sucho hydrologické, meteorologické sucho
95
10 Limnologie
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Určit rozdíl mezi jezerem a rybníkem
Rozlišit jezera dle jejich geneze a vlastností
Sestavit hydrologickou bilanci jezera
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 110 minut.
Průvodce studiem
Jezero hladké v křovích stinných zvučelo temně tajný bol, břeh je objímal kol a
kol…. „známý úryvek z básně K. H. Máchy „Máj“ popisuje neblahý osud Jarmily,
která ukončila svůj život skokem do jezera. Krajina v okolí hradu Bezděz, která
Máchu inspirovala k sepsání tohoto díla, je skutečně mystická. Ono temné jezero
- dnešní Máchovo jezero není jezerem ale vlastně Velkým rybníkem…, který se
ovšem dle určitých definic dá považovat za jezero… tak jak to vlastně je?
10.1 Definice jezera
Za zakladatele limnologie, tedy nauky (vědy) o jezerech je považován švýcarský
vědec, původně profesor medicíny, Francoise-Alphonse Forel. Zkoumal
ledovcová jezera v Alpách a v roce 1904 publikoval první limnologickou studii „Le
Léman“. V ní uvedl také vůbec první definici jezera:
„Jako jezero je označována stojatá stagnující vodní hmota, která se nachází
v prohlubni zemského povrchu, na všech stranách uzavřené, nemající přímé
spojení s mořem“
Tato definice je však příliš široká a zahrnuje každou akumulaci vody v terénní
depresi, která nemá spojení s mořem. Patřily by sem potom také louže, tůně,
rašeliniště, rybníky i přehradní nádrže. Forel tedy jezera dále dělí na:
a, Jezera v úzkém slova smyslu – hluboká, u nichž povrchové vlnění neovlivňuje
dno a břehová vegetace kromě mělčin, nedosahuje na dno. U jezer v mírných
šířkách se poté v průběhu roku vyvíjí a mění vertikální teplotní zvrstvení.
b, Rybníky – jsou dle Forela velmi mělké a tudíž ovlivněné vlněním, s břehovou
vegetací prorůstající na dno a bez zřetelnější vertikální teplotní stratifikace.
Jak poznamenávají Jánský (2003) a Löffler (2004), Forelova definice je platná
2
pouze pro určité typy jezer. Velmi mělké Neziderské jezero (183 km ), které
zarůstá vegetací, by tak bylo zařazeno mezi rybníky.
Zároveň jezero Ichkeul v severním Tunisku je v zimě a na jaře napájeno šesti
řekami, ale v létě a na podzim při poklesu vodnosti řek je napájeno slanou vodou
ze zálivu Bizerta mořskou vodou prostřednictvím řeky Tinja. Termín rybník (angl.
pond, fishpond) je navíc v našich končinách spjatý spíše s umělými vodními
stavbami a nikoliv s mělkými jezery. Mělká jezera jsou navíc některými autory
odlišována a jinými ztotožňována s bažinami, močály a mokřinami. Definice jezera
je tedy velmi problematická.
96
V rámci rozsáhlého výzkumu jezer České republiky stanovil tým prof. Jánského
tuto definici jezera:
„Jezero je přírodní deprese na zemském povrchu nebo pod ním, trvale nebo
dočasně vyplněná vodou, nemající bezprostřední spojení s mořem. Oproti
rybníkům a malým vodním nádržím se jezera nedají jednoduchým způsobem
vypustit. Na rozdíl od mělkých stojatých vod, jako jsou drobné vody (louže, tůně),
organogenní jezera, fluviální jezera u hlubokých jezer neovlivňuje povrchové vlnění
jejich dno a břehová vegetace díky jejich hloubce nedosahuje na dno. Oblast
největších hloubek tedy není zarostlá vegetací“
Definice tedy zohledňuje rozdíl mezi dvěma hlavními skupinami jezer – hlubokými
jezery a mělkými jezery. Zároveň vymezuje jezera oproti uměle zbudovaným
malým vodním nádržím a postihuje také případné výjimečné avšak ne přímé
spojení s mořem. Samostatnou kategorii poté Jánský a kol. (2003) spatřuje
v antropogenních jezerech, které vznikly zatopením starých těžebních oblastí.
Jejich původ není čistě přírodní, ale splňují mnohé předpoklady, aby se mohly za
jezera považovat.
Velikostní kategorie jezer
Vedle uvedených definic jezer existují ještě definice založené na velikost či objemu
jezer, jednu z nich publikoval Kalff (2002). Ten rozlišuje čtyři velikostní kategorie
jezer:
2
1, Největší jezera (>10000 km )
2
2, Velká jezera (100 – 10000 km )
2
3, Střední jezera (1 – 100 km )
2
4, Malá jezera (0,1 – 1 km )
Dale rozlišuje tzv. “drobné vody” (large ponds 1 – 10 ha a other ponds < 1 ha).
Toto rozdělení není pro naše poměry ideální, neboť všechna naše jezera by
spadaly svou velikostí maximálně do kategorie malých jezer, většina spíše do
„large ponds“ (velkých rybníků).
Úkol / Velikosti jezer
Pomocí internetu nalezněte ke každé velikostní kategorii jezer (dle Kalffa), pět
příkladů ze světa.
10.2 Fáze vývoje jezer
Podobně jako živé organismy i jezero má svůj „životní cyklus“, jehož časové
rozpětí je závislé především na genetickém typu jezera a zároveň velkém množství
geofaktorů (klima, reliéf, vegetace atd.). Může trvat několik tisíciletí (v případě
horských ledovcových jezer) nebo může být omezeno na období zvýšených
vodností (periodická jezera v nivě). Ve vývoji jezer můžeme stanovit základní tři
fáze.
97
1, Období mládí – jedná se o období po vzniku jezera, kdy jezerní pánev
nedoznala zásadních změn a usazeniny nezměnily ani její tvar.
Vývojové fáze jezer
2, Období zralosti – kolem jezera se vytvořila pobřežní mělčina vzniklá ze
sedimentů z okolních svahů (koluvium), z eroze břehů, z organických zbytků
vegetace nebo byly přineseny vodním tokem.
3, Období stáří – sedimenty jsou rozšířeny po celé jezerní pánvi. Mění se zároveň
její tvar (dno je vyrovnáno a tvoří souměrně prohnutou depresi) a redukuje se
celková hloubka jezera. Jezero je tak schopno pojmout menší množství vody.
Břehová vegetace se často rozšiřuje do nově vzniklých mělčin a jezero zarůstá.
Obr. 10.2 – Fáze vývoje jezer (zdroj: Allaby 2000, upraveno autory)
10.3 Morfometrické charakteristiky jezer
Stejně jako u ostatních vodních útvarů, můžeme i u jezer určit základní
charakteristiky vztahující se k jejich morfologii.
•
Plocha hladiny (P) – udává plošný výměr jezera. Určuje se buď z přímých
měření v terénu nebo planimetricky z mapy vhodného měřítka.
•
Délka jezera (l) – je definována jako nejkratší vzdálenost na hladině mezi
dvěma nejvzdálenějšími body na pobřeží.
Základní charakteristiky
morfologie jezer
98
•
Šířka jezera (š, bm) – je poměrem plochy a délky jezera
•
Hloubka jezera (h) – hloubka jezera se měří hloubkoměrem (pomocí
závaží na škálovém laně) nebo pomocí echolotu (zařízení pracující na
principu odrazu rázových vln vysílaných ze zařízení na lodi a zpětně
přijímané
odrazem
ode
dna
jezerní
pánve).
Z hloubkových
(batymetrických) měření se sestrojují batymetrické mapy.
Obr. 10.3 Batymetrická mapa ledovcového jezera v Kyrgyzstánu (zdroj:
geominprojects.com)
Obr. 10.3.1 Princip echolotu (zdroj: seaspirit.ru)
•
Objem jezera (W) – velikost objemu jezera se počítá na základě
batymetrických map jako součet dílčích objemů vymezených hloubkou a
plochou dvou izobat (myšlená linie spojující místa se stejnou hloubkou).
•
Délka břehové linie (u, s) – je v podstatě obvod jezera
•
Křivolakost břehové linie (E, Ds) – je poměr skutečné délky břehové linie
a délky obvodu kruhu, jehož plocha je stejná jako plocha jezera (P)
99
•
Povodí jezera – stejně jako u vodních toků, můžeme určit také povodí
jezera, kdy zjišťujeme plochu, ze které stéká voda do jezera (např. u
karových jezer nebo kráterových jezer), případně vymezujeme plochu
povodí k závěrnému profilu u odtoku jezera.
Povodí jezera
10.4 Vodní bilance jezer
Vodní bilance jezer nám udává změny v objemu jezera za určitou časovou
jednotku v důsledku přítoku a odtoku vody.
Pozitivní složky vodní bilance jezer (přítok) jsou:
Pozitivní složky vodní
bilance jezer
a, povrchový přítok vody do jezera (vodním tokem), plošný splach
b, přítok podzemní vody břehovým pásmem či dnem pánve
c, kondenzace par ze vzduchu na hladině, v době kdy je teplota vody nižší než
teplota vzduchu
d, srážky spadlé na hladinu
Záporné složky vodní bilance jezer (odtokové ztráty) jsou:
Záporné složky vodní
bilance jezer
a, přímý říční odtok
b, podzemní odtok
c, evaporace z volné vodní hladiny
d, transpirace rostlin v pobřežním pásmu
e, antropogenní odběry vod
Zjednodušená rovnice vodní bilance jezer, lze tedy vyjádřit takto:
∆∆W… změna objemu jezera
Q … povrchový přítok do jezera
S … srážky
O … přímý odtok z jezera
E … evaporace
Do zjednodušené bilance nejsou započítávány těžko měřitelné přítoky a odtoky
podzemní vody, kondenzace vodních par a hodnota evapotranspirace odpovídá
evaporaci. Změna objemu jezera lze vyjádřit také pomocí snížení a zvýšení hladiny
a plochy jezera:
∆∆W… změna objemu jezera
P1 … plocha jezera před změnou objemu
Rovnice vodní bilance
jezer
100
P2 … plocha jezera po změně objemu
∆h … rozdíl hloubek jezera
Rovnici vodní bilance vždy musíme sestrojovat s ohledem na typ jezera a jeho
možným zdrojům vody a naopak odtokovým ztrátám. Neprůtočná jezera jsou tak
citlivější k jakýmkoli klimatickým změnám, které se okamžitě projeví v poklesu
nebo zdvihu hladiny.
Úkol / Vodní bilance jezera
Nalezněte si informace o Plešném jezeře pomocí internetu a odborné literatury a
sestavte rovnici jeho vodní bilance.
10.5 Vlastnosti jezerní vody
10.5.1 Proudění
Říční proudění
V rámci jezera se uplatňují tři druhy proudění. Prvním je prouděním říční, které se
vyvine pouze v průtočných jezerech. Hladina těchto jezer je u vtoku nepatrně výše
než u výtoku, zároveň má voda u vtoku jiné teplotní a hmotností (splaveniny)
charakteristiky, což způsobuje vznik proudění. Velikost tohoto proudění lze měřit
speciálními barvivy (dosahuje rychlosti až 10 m/hod.).
Proudění vyvolané větrem
Proudění vyvolané větrem nastává, pokud je hladina jezera dlouhou dobu
vystavena působením větru z určitého směru. Při takové situaci nastává vlnění a
voda je větrem „nakupena“ na návětrném břehu. Vzniká tak proudění, které
vyrovnává rozložení masy vody v jezeře. U hlubokých jezer se toto proudění
realizuje v hloubkách, u mělkých jezere podél břehů.
Konvekční proudění
Třetím typem proudění je proudění konvekční, které se odehrává ve vertikálním
směru. Jedná se o proudění vyvolané nerovnoměrným rozložením teplot v jezeře.
10.5.2 Vlnění
Vznik vlnění na jezeře ovlivňuje celá řada faktorů, mezi jinými především samotné
proudění vzduchu (jeho rychlost a směr), šířka jezera, plocha jezera a přítomnost
litorálního pásma. Rozlišujeme tyto typy jezerního vlnění:
Vlny vyvolané větrem
a, vlny vyvolané větrem – v případě vzniku těchto vln se posuzuje výška vlny,
délka vlny, perioda vlny a rychlost pohybu vlny. Kromě speciálních zařízení jako
jsou automatická měřící zařízení na bójích, se k těmto měření stále využívá
vlnoměrná lať.
Vlny vyvolané ponorem
b, vlny vyvolané ponorem – jedná se o vlny vyvolané náhlou událostí jako je
řícení skal, sesuv svahu atd.
Vlny stojaté
c, vlny stojaté – objevil zakladatel limnologie F. A. Forel, který je popsal na
Ženevském jezeře. Séše jsou rezonance jezerní vody způsobený vnějším
faktorem, kterým může být vítr, změny atmosférického tlaku, seismika nebo
vzdálená přírodní katastrofa (tsunami). Hladina jezera se začne pohybovat (kývat)
a vyrovnávat rozdíl v tlacích či změně gravitačního pole kolem uzlových bodů.
101
Velikost stojatého vlnění se pohybuje od několika cm až k několika metrům.
V prostředí Velkých kanadských jezer se tyto vlny nazývají „slosh“.
Obr. 10.5.2 Vznik séší (seiche) – rozkývání hladiny kolem uzlových bodů (zdroj:
Axler, Hagley 2004, upraveno autory)
10.5.3 Teplotní vlastnosti jezer
Pro hluboká jezera je charakteristická teplotní stratifikace vodního sloupce. Ta se
v průběhu roku mění a je výrazná u jezer mírného a polárního pásu. Tropická
(ekvatoriální) jezera mají rozdíl teplot ve vodním sloupci v průběhu roku maximálně
2°C. V jezeře nám vznikají při normální stratifikaci tři teplotní vrstvy:
•
epilimnion – je prohřátá vrstva u hladiny, dobře okysličená kontaktem se
vzduchem, vyskytuje se zde nejvíce zooplanktonu, teplota zde klesá asi
0,5°C na 1 m. Vlivem rozpuštěných živin a slunečního záření vzde vzniká
nová organická hmota, která postupně klesá ke dnu. Výška epilimnionu je
značně proměnlivá a záleží na mnoha faktorech.
•
metalimnion – skočná vrstva, v této vrstvě dochází k přechodu od teplé
vody u hladiny ke studené vodě u dna. Teplota vody s hloubkou zde rychle
klesá, zhruba 2°C na 1 m.
Epilimnion
Metalimnion
Velikost skočné vrstvy roste spolu se zeměpisnou šířkou. Nejtenčí je tato
vrstva v tropických oblastech, největší v polárních oblastech. Při obrácené
stratifikaci se tyto rozdíly stírají. Někdy je tato vrstva označována jako
termoklina.
•
hypolimnion – chladná vrstva vody. Voda zde dosahuje minimální teploty
4°C, kdy má zároveň největší hustotu. Teplota vody zde již nepatrně klesá
o 0,1°C na 1 m. Je zde velký nedostatek kyslíku, který se spotřebovává na
rozklad organické hmoty. Ta se zde hromadí v sedimentech. Čím je jezero
hlubší, tím jetaké větší šířka hypolimnionu.
Hypolimnion
102
Obr. 10.5.3 Průměrné teploty vody jezer u dna a u hladiny v závislosti na
zeměpisné šířce. U tropických jezer je rozdíl v teplotách minimální, oproti
jezerům temperátním a polárním. (zdroj: Lewis, 1996, upraveno autory)
Normální teplotní stratifikace vzniká v letním období. Způsobuje, že u hladiny je
prohřátá vrstva vody od slunce s velkým množstvím kyslíku a u dna je chladná
vrstva vody o větší hustotě a teplotě blížící se 4°C. Stabilní teplotní zvrstvení
zapříčiňuje, že se chladná voda nemůže dostat k hladině a je pevně oddělena
termoklinou. Je zde velmi málo kyslíku, ale za to mnoho živin, které se nemohou
dostat do epilimnionu. Toto období se nachází období letní stagnace.
K promíchání vodního sloupce může docházet za větrného počasí nebo je-li
v jezeře vyvinuto proudění. S koncem letního období dochází k ochlazování
epilimnionu. Ochlazená voda je těžší a začíná „klesat“ ke dnu, dochází tak
k výměně vody mezi jednotlivými vrstvami. Zároveň se snižuje teplotní rozdíl mezi
vrstvami, až dojde k období tzv. jarní a podzimní homotermie, kdy se teplota
mezi vrstvami ustálí na krátké období na 4°C. V zimním období dochází k tzv.
obrácené stratifikaci, kdy je teplota vody u hladiny nižší (led) než teplota vody u
dna, nastává období zimní stagnace.
103
Teplotní zvrstvení jezera
Obr 10.5.3.1 Teplotní zvrstvení jezera mírných šířek během ročních období (zdroj:
XXX, upraveno autory)
10.5.4 Průzračnost a barva vody jezer
Průzračnost jezer se udává dle hloubky viditelnosti Secchiho desky (bílo-černý
kotouč o průměru 20 – 25 cm) spouštěné do jezera na oškálovaném laně.
Průzračnost jezer je tedy známa jako tzv. Secchiho hloubka. Průzračnost jezer se
mění v závislosti na míře ve vodě rozpuštěných látek.
Obr. 10.5.4 Ukázka měnící se průměrné Secchiho hloubky v jezeře Tahoe (USA)
(zdroj:)
Secciho desky
Secciho hloubka
104
Forel-Uleova stupnice
Barva jezer je dána mírou rozpuštěných, které různou měrou absorbují modré
světlo. Barva jezera se určuje podle Forelovy-Uleovy stupnice. Rozlišuje 21
odstínů barvy jezerní vody od modré až po hnědou. Barva vody se posuzuje dle
Secchiho disku ponořeného do hloubky 1 m vizuální komparací se stupnicí.
10.5.5 Ledové jevy
Také na jezerech můžeme pozorovat ledové jevy. K zamrzání jezer dochází po
vyčerpání energetických zásob vody, kdy poklesne teplota vzduchu pod bod mrazu
a v epilimnionu na 0°C. Objemnější jezera mají více energetických zásob vody,
proto zamrzají pomaleji. Pokud při zamrzání sněží nebo je větrno, ledové jevy se
na hladině vytvářejí rychleji. Energie z vody se vyčerpává na tání sněhových
vloček, které dopadnou na hladinu nebo je odnímána větrem. S rostoucí salinitou
vody se rychlost zamrzání snižuje (např. pro salinitu 35‰ je tvorba ledu
podmíněna teplotou -1,9°C). Pokud v průběhu zimy dochází ke střídání nízkých a
vyšších teplot, dochází k efektu tzv. vysouvání ledu. Při nízkých teplotách se led
smršťuje a vytvářejí se v něm dlouhé suché trhliny, při vyšších teplotách se naopak
roztahuje a při působení silných větrů jsou kry vysouvány na pobřeží. Při tání
dochází na jaře k odlamování ker podél trhlin. Tání probíhá slunečním zářením se
shora, ale také u průtočných jezer zespoda (díky říčnímu proudění) (Bumerl,
2003).
Obr. 10.5.5: Vysouvání ledu na Michiganském jezeře (zdroj: Calvin College 2005).
10.5.6 Život ve vodě jezera
Živé organismy v jezerech
V mase jezní vody lze vyčlenit různé části, dle živých organismů, které se v nich
nacházejí. Jedná se o zónu litorální, limnetickou a profundální. Litorální (pobřežní
zóna) je charakteristická vysokým počtem druhů organismů, které ji obývají.
V příbřežní části dosahuje sluneční záření dna a malá hloubka vody umožňuje
vegetaci prorůstat až na dno. Vegetace poskytuje ochranu dalším živočichům či a
larvám hmyzu. V limnetické zóně, která je vázána na epilimnion se nachází velké
množství fytoplanktonu (jako dominantního fotosyntetizujícího organismu) a ryb.
Hluboké vody nazývané jako profundální zóny jsou zcela bez slunečního záření a
teplota vody zde prudce klesá. Nenacházejí se zde žádné rostliny, pouze bakterie,
vodní červy a ryby, které se živý konzumací organického materiálu, který se sem
dostává z hladiny (Chang, 2006). Některými autory je vyčleňována bentická zóna,
což je zóna dnová, která pokrývá celou jezerní pánev. Je tedy obsažena ve všech
třech předchozích zónách.
105
10.6 Klasifikace jezer
Jezera lze dle jejich charakteristik dělit dle několika kritérií. Nejznámější je dělení
jezer dle geologických a geomorfologických sil, které se uplatnily při vzniku jezera
(tzv. genetická klasifikace jezer).
10.6.1 Klasifikace dle geomorfologických sil, které se podílely na
vzniku jezer
Ledovcová jezera
a, jezera ledovcová (glaciální) – jezera, která vznikla v důsledku činnosti
pevninského či horského ledovce. Jedná se o jezera karová, která vznikla erozí
v pásmu vyživování ledovce, hrazená morénová, která vznikla přehrazením údolí
morénou (čelní, boční, ústupová atd.), proglaciální, hrazená přímo ledovcem nebo
vzniklá roztátím mrtvého či pohřbeného ledu (tzv. alasy) a trogová, která vznikla
pohybem ledovcových jazyků. Specifickým typem jsou subglaciální jezera,
nacházející se pod ledovou vrstvou (především v Antarktidě, např. jezero Vostok).
Největší ledovcová jezera světa se nacházejí v Severní Americe (Velká Kanadská
jezera). V podmínkách České republiky registrujeme celkem 6 jezer ledovcového
původu, jsou to Černé, Čertovo, Plešné, Prášilské a Laka na Šumavě a Mechové
jezírko v Krkonoších. Šumavská jezera jsou kombinací karových a morénových
jezer. Mechové jezírko vzniklo v moréně (Jánský 2003).
b, jezera tektonická – patří mezi nejhlubší jezera světa. Vznikají v riftových
zónách na tektonických rozhraních. Příkladem může být pás tektonických kolem
Velké příkopové propadliny v Africe (jezera Malawi, Tanganika, Kivu, Kyoga,
Edwardovo jezero, Albertovo jezero a Viktoriino jezero – které je druhé největší
sladkovodní jezero světa).
Tektonická jezera
Vulkanická jezera
c, jezera vulkanická – do této skupiny patří jezera vzniklá v souvislosti se
sopečnou činností. Do této kategorie zahrnujeme jezera kráterová, kalderová,
jezera hrazená lávovými proudy a maary (forma kráteru s nízkým reliéfem, který
vznikl erupcí způsobenou kontaktem magmatu a podzemní vody). Nejčastěji
uváděným příkladem kráterového jezera je Crater Lake v USA, které vzniklo
v kráteru sopky, jež explodovala před 7700 lety a je hluboké až 590 m. Kráterová
jezera mají jediné zdroje vody srážky a podzemní vodu, jsou bez přítoku a zároveň
problematicky odtékána. Relikty vulkanických jezer v ČR se nacházejí u
Nepomyšle (Přikryl, 2011).
106
Obr. 10.6 Crater Lake v USA (zdroj: www.alaska-in-pictures.com)
Tremokrasová a krasová
jezera
Fluviální jezera
Limanová jezera
Eolická jezera
d, termokrasová a krasová jezera – v krasových oblastech. Jedná se o
akumulace srážkové či podzemní vody v dutinách krasových hornin (vápence a
dolomity). Patří mezi ně jezera v poljích, v ucpaných závrtech nebo v jeskynních
prostorách při tvorbě sintrových a travertinových hrázek (Jánský a kol. 2003).
Nejznámější krasová jezera v České republice jsou vázána na propasti - Hranické
jezero (hluboké až 205 m – přesná hloubka není stále zjištěna) a Horní a Dolní
jezírko na dně Macochy.
e, fluviální jezera – jsou jedním z nejrozšířenějších typů jezer na světě. Jejich
vznik je vázán na erozní činnost vodních toků (odškrcené meandry) v říčních
nivách na středních a dolních úsecích vodních toků. Periodická fluviální jezera
vznikají po povodňových situacích, kdy voda zaplní terénní deprese v nivě (např.
v CHKO Litovelské Pomoraví). Fluviální jezera bývají propojena s hlavním tokem.
Jsou významným biotopem pro řadu chráněných rostlin a živočichů a proto jsou
v České republice často součástí území se zvláštní ochranou (Křivé jezero,
Vrapač, Polanská niva atd.). Tento typ jezer se rychle zazemňuje a následně
zaniká nebo se přeměňuje ve slatiny.
f, limanová jezera – limanová jezera jsou spojena s vývojem mořského pobřeží.
Jedná se o bývalé zálivy, které byly postupně zcela odděleny od moře např.
písečnými kosami nebo říčními sedimenty. Zajímavostí je, že tato jezera se
poměrně rychle vyslazují. Mnoho limanových jezer se nachází na pobřeží Černého
moře (např. jezero Varna).
g, eolická jezera - jsou vázány většinou na aridní oblasti, ve kterých došlo k vyvátí
(deflaci) reliéfu větrem a vznikla tak terénní deprese. Typickými příklady tohoto
typu jezer je Čadské jezero a jezero. Mělká deflační jezera vznikají také
v bezodtokých solných pláních (tzv. šoty) v severní Africe a v Asii, kde se nazývají
takyr. Proces deflace záleží na rychlosti větru (uvádí se ≥ 10 m/s) a délkou trvání
tohoto větru. Speciální typy deflačních jezer vznikají v souvislosti se systémem
pohybu dun. Velmi staré duny z křemičitého materiálu jsou stabilizovány vegetací,
která produkuje organický materiál, který se usazuje v přilehlé depresi. Spolu
s pískem v depresi tvoří velmi nepropustný horizont, který je schopen udržet vodu.
Taková jezera se často tvoří v blízkosti pobřeží.
107
h, jezera hrazená – vznikla přehrazením vodního toku např. sesuvem půdy.
V České republice takto vzniklo nejmladší jezero – Mladotické.
i, jezera organogenní – jsou jezera vzniklá činností rostlin a živočichů. V prostředí
mořských korálových ostrovů se nachází jezera korálová, která vznikla
přehrazením laguny korálovými útesy. Dalším příkladem organogenních jezer jsou
bobří jezera, která vznikla přehrazením vodního toku bobří hrází (v případě Bobra
amerického až 50 m dlouhé). V prostředí České republiky jezera organogenního
původu vznikají většinou nadržením srážkové vody nebo podzemní vody
v mělkých terénních depresích, ve kterých dochází k procesům řašelinění nebo
tvorby slatin (Jánský a kol. 2003).
•
Rašelinná jezírka – nejčastěji vznikají uvnitř vrchovišť, kde dochází
k akumulaci srážkové vody, které je často zbarvena produkty z rašelinění
(červená až hnědá barva). Tato jezírka mají nízké pH (3-5) a nedostatek
minerálních látek a organických látek, které se zde vyskytují pouze ve
formě humusových koloidů. Rašelinná jezírka se u nás hojně vyskytují
v pohraničních pohořích - Roklaňská slať, Mlynářské slatě (Šumava) Velké
a Malé jeřábí jezero (Krušné hory), Mechová jezírka u Rejvízu (Jeseníky),
atd. Největší rašelinné jezírko v ČR se nachází v Chalupské slati na
Šumavě a má výměru 1,3 ha.
•
Slatiništní jezera – vyskytují se v menších nadmořských výškách
v depresích s výstupem podzemních vod nebo v opuštěných říčních
ramenech v pokročilém stadiu zazemnění. Voda v těchto jezerech je často
bohatá na minerální látky i organické živiny, dochází zde proto
k eutrofizaci. Tato jezera jsou typická pro odškrcené meandry v nivě našich
velkých řek (Labe, Morava, Dyje). Slatiniště s periodickými jezírky se
nachází v Černovíře u Olomouce. V případě, že slatiny vzniknou na
kyselých půdách, potom je zde možnost vzniku přechodného rašeliniště.
Přechodné formy mezi slatinami a rašeliništi se nazývají slatinná
rašeliniště, často jsou v ČR pojmenována jako blata.
j, jezera vzniklá impaktem vesmírných těles – krátery po dopadech
meteoritů jsou většinou suché, najdou se však také výjimky, kdy dno kráteru
protne hladinu podzemní vody nebo je tvořeno nepropustným materiálem,
který bráni infiltraci srážkové vody, pak vznikne jezero. Příkladem může být
jezero Chubb Lake v Kanadě u Quebeku kruhovitého tvaru s poloměrem 3,3
km a hloubkou až 251 m (Löffler 2004).
k, jezera vzniklá antropogenní činností – jedná se o jezera, která vznikla
následkem lidské činnosti v opuštěných povrchových lomech, jámách po těžbě
rašeliny atd. Někteří autoři do kategorie zařazují také všechny umělé vodní
nádrže, které zbudoval člověk – rybníky a přehradní nádrže, stavy atd.
Hrazená jezera
Organogenní jezera
Jezera vzniklá impaktem
vesmírných těles
Jezera vzniklá
antropogenní činností
108
Obr. 10.6.1 Jezera mírného (graf vlevo) a tropického (vpravo) pásu dle původu
(zdroj: Lewis 1996)
Jezera dle původu jezerní
pánve
10.6.2 Klasifikace dle původu jezerní pánve
a, hrazená jezera (vzniklá zahrazením říčního údolí sesuvem, písečným valem,
morénou, masou ledovce, lávovým proudem nebo zřícením skal)
b, kotlinová jezera (jezera v terénních depresích vzniklých deflací, poklesem ker
zemské kůry, vyhloubením ledovcem, chemickou erozí, vulkanickou činností,
degradací permafrostu)
c, údolní jezera (vyvinula se v inundačním korytě říčních toků díky větvení,
zaškrcování meandrů nebo vývojem delty)
d, smíšená jezera (vznikla kombinací)
Jezera dle chemického
složení vody
10.6.3 Klasifikace jezer dle chemického složení vody
a, jezera sladkovodní - nacházejí se v oblastech s dostatečným množstvím
srážek nebo s dobrým zásobováním říční vodou.
b, jezera brakická - brakická jezera se nacházejí v prostředí, kde se mísí voda
sladká s vodou slanou. Mají větší koncentraci solí než sladká voda, ale méně než
voda slaná (od 0,5 do 30 g/l). Jsou většinou vázána na říční delty a estuária.
c, jezera slaná - nacházejí se především v tropických a subtropických oblastech
s nízkými úhrny srážek, sůl ve vodě pochází většinou z hornin ve zdrojové oblasti
nebo v oblasti jezerní pánve. Koncentrace solí převyšuje hodnotu 30g/l a v řadě
případů tak dosahují větší salinity než moře a oceány.
Jezera dle vertikální
výměny vody
10.6.4 Klasifikace jezer dle vertikální výměny vody
a, holomiktní jezera – jezera, u nichž dochází k výměně vody a jejím
promíchávání v celém vodním sloupci
b, meromiktní jezera – voda se promíchává pouze do určité hloubky
109
10.6.5 Klasifikace jezer dle teplotních poměrů
Jezera dle teplotních
poměrů
Dle teplotních poměrů můžeme rozlišit jezera na tropická, temperovaná a polární
nebo také na:
a, teplá jezera – teplota v celé hloubce jezera neklesne pod 4°C, celý rok je
normální teplotní zvrstvení
b, chladná jezera – v létě se vytváří přímá stratifikace a v zimě obrácená
stratifikace
c, studená jezera – po celý rok obrácená stratifikace
10.6.6 Klasifikace jezer dle převládajících biologických procesů
Jezera dle převládajících
biologických procesů
Trofie (úživnost) jezera je spojena s teplotní stratifikací a hloubkou jezera. Čím je
jezero hlubší, tím více je oligotrofní (nedostatek živin), čím je mělcí, tím více je
eutrofní (s nadbytkem živin). Zatímco u hlubokých jezer s teplotní stratifikací je
většina živin uložena v sedimentech hypolimnionu, které se do epilimnionu
dostávají pouze při promíchávání, v mělkých jezerech se stratifikace nevyvíjí a celý
vodní sloupec má charakter epilimnionu s možností obohacení o organické látky
v sedimentech na dně (Přikryl, 2011). Rozlišujeme tedy:
a, eutrofní jezera - v nich převládají produkční životní procesy nad rozkladnými,
dochází zde k ukládání zahnívajícího bahna (sapropel a hnilokal), které jsou
přeměňovány oxidací na anorganické látky (slatinná jezera, fluviální jezera).
Obsahují velké množství planktonu, často se v nich některé druhy organismů
přemnoží (např. vodní květ, řasy, sinice, rákos).
b, oligotrofní jezera – jsou jezera s dostatkem kyslíku a čistou vodou, s malou
produkcí organických látek (např. alpská jezera)
c, mezotrofní jezera – na přechodu mezi eutrofními a oligotrofními jezery s velkým
druhovým množstvím organismů.
c, dystrofní jezera – jezera s přebytkem organických látek ve tvaru humusových
koloidů, které již dále nemohou být upotřebeny (rašeliništní jezera)
10.6.7 Klasifikace jezer dle odtoku
a, bezodtoková
b, odtoková
c, s občasným odtokem
d, s podzemním odtokem
e, průtočná
10.7 Bažiny a mokřady
Mokřady jsou území, na kterých se po větší část roku vyskytuje silně provlhčená
půda nebo mělká vrstva vody. Mnoho mokřadů vzniklo ze zazemněného jezera
nebo v místech s vysokou hladinou podzemní vody.
Jezera dle odtoku
110
Jinými názvy pro mokřady jsou bažiny, luhy, slatě, močály… Jedná se v podstatě o
mělká periodická jezera, porostlá vodomilnou vegetací a mající velký ekologický
význam v krajině. Někteří autoři řadí močály někde mezi suchozemské a vodní
ekosystémy (Přikryl, 2011).
Ochrana bažin a mokřadů
Celková světová plocha mokřadů je odhadována na 6% souše. V minulém století
se člověk snažil mokřadů v krajině zbavit a přeměnit je na zemědělskou půdu
různým systémem drenáží. Staly se tak jedním z nejvíce ohrožených ekosystémů
na světě. Mokřady jsou významným biotopem tažného ptactva. I z tohoto důvodu
byla v roce 1971 v Iránu podepsána tzv. Ramsarská úmluva s platností od roku
1975. Tato úmluva si klade za cíl zastavit ničení mokřadních ekosystémů a vytvořit
síť mokřadů mezinárodního významu. Doposud bylo vyhlášeno 1912 mezinárodně
významných mokřadů. Česká republika dohodu ratifikovala v roce 1990, na našem
území se nachází 12 mokřadů mezinárodního významu. Mokřady jsou u nás
chráněny i v rámci zákona o ochraně přírody a krajiny jako významné krajinné
prvky (Přikryl, 2011).
Tab. 10.7 Klasifikace mokřadů dle Ramsarské úmluvy (zdroj: Přikryl, 2011)
Klasifikace mokřadů dle Ramsarské úmluvy:
mořské a pobřežní
mořské
estuární
laguny
vnitrozemské
uměle vytvořené
říční
(rybníky, zaplavená
jezerní
zemědělská půda,
bažinné a mokřadní rýžoviště, lomy..)
geotermální
SHRNUTÍ
Jezery se zabývá limnologie, jejímž zakladatelem je F. A. Forel. Definice jezera je
velmi obtížná, obecně lze říci, že jezero je přírodní terénní deprese zatopená
vodou, která nemá přímé spojení s mořem a na rozdíl od umělých nádrží nejde
lehce vypustit. Existuje mnoho klasifikací jezer dle různých kritérií. Základní
rozdělení jezer je na hluboká a mělká. Nejznámější klasifikace je dle
geomorfologických sil, které se podílely na jejich vzniku. Jezero lze popsat různými
morfometrickými charakteristikami a zároveň lze sestavit jeho hydrologickou
bilanci. Jezerní voda má specifické vlastnosti, mezi nejdůležitější patří termická
stratifikace. Každé jezero prochází vývojem. Důležitou úlohu v přírodě hrají
mokřady, které jsou od roku 1975 chráněny Ramsarskou úmluvou.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Pokuste se vysvětlit problém definice jezera.
2. Zakresli teplotní stratifikaci jezera při letní stagnaci.
3. Srovnejte jednotlivé klasifikace jezer a vyberte podobnosti.
Pojmy k zapamatování
Limnologie, zazemňování jezer, stojaté vlny (séše), epilimnion, metalimnion,
hypolimnion, letní a zimní stagnace, podzimní a jarní homotetie, Secchiho disk,
objem jezera, eutrofni jezera, oligotrofní jezera, dystrofní jezera, šoty, holomiktní
jezera, meromiktní jezera, mokřad, Ramsarská úmluva, batymetrie, echolot
111
11 Hydrologie podpovrchových vod
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Rozdělení podpovrchových vod
Základní charakteristiky půdní a podzemní vody
Základní metody měření hladiny podzemní vody
Definice a rozdělení pramenů, vysvětlení pojmu artézská voda
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Podzemní vody mají prvořadý význam pro lidskou společnost jako jeden z
hlavních přírodních zdrojů, který se využívá pro zásobování obyvatelstva,
průmyslu i zemědělství. Z globálního hlediska lze podzemní vody zařadit mezi
nevyčerpatelné přírodní zdroje, které se při oběhu vody v přírodě neustále
doplňují a obnovují. Lidská společnost při využívání těchto zdrojů pro
uspokojování svých potřeb ale může přispět k jejich vážnému poškození a
znehodnocení. Tyto negativních antropogenních zásahy nemohou ohrozit
podzemní vody v jejich podstatě, ale mohou mít nepříznivé důsledky pro jejich
další využívání.
Podzemní voda vyniká svou stálou jakostí a obecně lepšími vlastnostmi pro využití
pro pitné účely než voda povrchová. Využívání zdrojů podzemních vod má však
své specifické problémy vyplývající z jejího chemického složení, způsobu vzniku a
okolního horninového prostředí. Podzemní vody tvoří velmi důležitou část celkové
zásoby vody použitelné pro zásobování obyvatelstva pitnou vodou.
V ČR je několik velkých oblastí přirozené akumulace vody, které jsou hlavními
zdroji pitné vody v dané lokalitě, jejich rozdělení je však nerovnoměrné. Ve
vodohospodářsky významných hydrogeologických rajonech svrchní křídy, které
2
zaujímají rozlohu 12,5 tis. km , jsou soustředěny zdroje s využitelnou vydatností
3 -1
více než 17 m .s , v sedimentech jihočeských a západočeských pánví okolo 1,5
3 -1
3 -1
m .s , v neogénu a kvartéru v povodí Moravy a Odry 6 m .s .
Celková disponibilní kapacita obnovitelných využitelných zdrojů podzemní vody
3
v ČR je zhruba 1 625 mil m , což tvoří asi 20% celkových spolehlivých zásob pitné
vody. Hlavní vodárenský zdroj v ČR však přestavuje voda povrchová (53%), na
rozdíl od některých evropských zemí, kde představují hlavní zdroj pitné vody
podzemní zásoby (např. Francie 56,4%, Německo 72%, Itálie 80,3%, Dánsko
téměř 100%).
11.1 Rozdělení podpovrchových vod
Podpovrchová voda je voda, která se vyskytuje v zemské kůře ve všech
skupenstvích a je součástí horninového prostředí, se kterým vstupuje do
vzájemného vztahu. Také se uvádí, že je to voda, která se vyskytuje ve vodních
útvarech pod zemským povrchem (v zemské kůře), je to společné označení pro
půdní a podzemní vodu.
Dělení podpovrchových
vod
112
Vznik podpovrchové vody
Odhalení procesu vzniku
podpovrchové vody a
dělení do současné podoby
byl v historii lidstva dlouhý
proces poznání. Nejstarší
teorie se přikláněly k
názoru, že jde pouze o
vodu srážkovou, která se
pod povrch dostávala
velkými nebo malými otvory
procesem vsakování –
infiltrace. Již ve starověku
se to mu to výkladu říkalo
infiltrační teorie. Filozof
Plinius obohatil tuto teorii o
poznatek, že voda pod
povrchem získává
vlastnosti díky horninovému
prostředí, kterým prochází.
Na druhou stranu však
vznikl i jiný názor (filozofové
Seneca, Aristoteles), že se
voda dostává do podzemí v
podobě vodní páry a tam
kondenzuje.
Teprve ve druhé polovině
17. století teoreticky
odůvodnil infiltrační teorii
francouzský fyzik Mariotte a
ruský učenec Lomonosov ji
doplnil o geochemickou
část výkladu. Platnost
pouze této teorie se udržela
až do druhé poloviny 19.
století, kdy se znovu
„oprášila“ kondenzační
teorie a teorie vzniku
podpovrchové vody byla
rozšířena o nové poznatky
a důkazy kondenzační
teorie a vzniku vody i
hluboko v zemské kůře.
Také se bilančně
prokázalo, že největší část
vody pod povrchem vzniká
infiltrací.
Podpovrchová voda vzniká několika způsoby:
•
průsakem z povrchu (infiltrací) nebo průsakem tekoucí vody v korytech –
voda infiltrační
•
kondenzací vodních par v půdě - voda kondenzační
•
v hlubinách zemské kůry vzniká voda v podobě vodní páry, kdy se za
vhodných podmínek (teploty a tlaku) spojují molekuly kyslíku a vodíku a v
chladnějších vrstvách zemské kůry zkapalní – juvenilní voda
Společné označení pro vodu infiltrační a kondenzační je voda vadózní (plytká).
Podpovrchová voda, která se nachází v půdních prostorech a vyplňuje pukliny a
trhliny spolu se vzduchem se nazývá půdní voda a nachází se v pásmu
provzdušnění (aerace). V hlubších vrstvách dochází k úplnému zaplnění pórů
vodou (pásmo saturace) a této vodě se říká voda podzemní. Rozložení vrstev
v půdě ukazuje obr. 9.1
Obr. 11.1: Rozdělení půdní vody v půdním a horninovém prostředí.
11.1.1 Půdní voda
Půdní voda je souhrnné označení pro veškerou vodu v půdě ve všech
skupenstvích. Tato voda se vyskytuje převážně v aeračním pásmu, někdy ale i v
zóně se souvislou podzemní hladinou, která je součástí spodní části půdního
profilu nebo pod půdním profilem a může do něj vzlínající voda významně
zasahovat.
Půdní voda je hybnou silou různých fyzikálních, chemických, fyzikálně-chemických,
biochemických a biologických pochodů, které v půdě probíhají. Fyziologický
význam vody je v tom, že je nenahraditelným životním faktorem pro rostliny a
edafon.
113
Jejím prostřednictvím organismy přijímají potřebné živiny a existuje těsná
souvislosti půda – voda – biota. Biologická účinnost vody závisí na jejím množství
v půdě (vlhkost půdy) a na energetických poměrech, které ovlivňují její pohyblivost
a dostupnost rostlinám.
Voda je v půdě vázaná různými silami a podle těchto sil můžeme rozlišovat:
•
adsorpční vodu – ta je vázaná adsorpčními silami půdních zrn a
horninových částic, tyto síly jsou značně velké, ale mají malý dosah. Přímo
na povrchu těchto pevných částic (vnitřní strana) je vázaná nejsilnějšími
silami voda hygroskopická, která není přístupná rostlinám. Vnější vrstva je
vázáná slabšími silami a voda se nazývá voda obalová.
Adsorpční voda
•
kapilární voda – zaplňuje póry (kapiláry) s velikostí 1 mm nebo pukliny s
průměrem 0,25mm, k povrchu, resp. ke stěnám je připoutána kapilárními
silami. Pokud je hmotnost vody a průměr kapilárních pórů velmi malá,
může voda vzlínat i proti směru gravitačních sil. Vyskytuje se v
bezprostřední blízkosti hladiny podzemní vody, podepřená kapilární voda –
vyplňuje prostory nad hladinou podzemní vody, při poklesu hladiny může
vzniknout zavěšená kapilární voda.
Kapilární voda
•
gravitační voda – se vyskytuje pouze krátce v půdním profilu (při dešti, tání
sněhu) a prosakuje nekapilárními póry hlouběji do půdního profilu a odnáší
sebou rozpuštěné látky z povrchových vrstev do spodních částí profilu.
Gravitační síla způsobuje, že se voda dostane až k hladině podzemní
vody, kterou společně s vodu kapilární doplňuje.
Gravitační voda
Gravitační a kapilární vody jsou přístupné rostlinám. Obecně platí, čím větší póry
se v půdě vyskytují, tím lépe se voda v půdě pohybuje. Půda s malými póry (např.
jílovité půdy) se po nasycení stávají prakticky nepropustné.
Mezi další druhy půdní vody podle skupenství patří:
•
vodní pára – je to forma půdní vody, která vyplňuje pukliny i póry v
plynném skupenství a vzniká při zvýšení teploty půdy.
•
půdní led – vzniká při poklesu teploty půdy pod bod mrazu. Největší
množství ho je v permafrostu. Mocnost dlouhodobě zmrzlé půdy může
dosahovat i několik set metrů.
11.1.2 Podzemní vody prosté
Jako prostou podzemní vodu označujeme kapalnou vodu s obsahem rozpuštěných
látek nebo oxidu uhličitého menší než 1 000 mg.l-1. Výskyt podzemní vody je
vázán na takové horninové prostředí, které má schopnost vodu nejen přijmout, ale
i odevzdávat. Toto prostředí musí obsahovat póry a pukliny větší než kapilární.
Pohyb je vyvolaný pouze gravitační silou a voda přenáší hydrostatický tlak. Jako
kolektor označujeme takové horninové prostředí, jehož propustnost je v porovnání
se sousední horninou o tolik větší, že gravitační voda se jím může snadněji
pohybovat. Jako izolátor označujeme takové horninové prostředí, jehož
propustnost je ve srovnání se sousední horninou o tolik menší, že za stejných
podmínek se jím může gravitační voda pohybovat nesnadněji. Horninové prostředí,
které je tvořeno materiálem plně nasyceným se nazývá zvodeň.
Permafrost zaujímá na
planetě poměrně velkou
2
plochu (asi 21 mil km ).
Převážná část je na
severní polokouli od
severovýchodní Evropy
přes severní Asii, v
severní Kanadě,
Arktickém kanadském
souostroví a Grónsku. Jen
asi 5 % je v Antarktidě a
Jižní Americe. Maximální
mocnost permafrostu se
udává 1500 metrů.
114
Zvodeň
Zvodní se může při střídání propustných a nepropustných vrstev vyskytovat do
hloubky několik pod sebou. Podzemní voda v první z nich se nazývá mělká voda
(freatická). K doplňování zásob podzemní vody dochází v našich podmínkách
hlavně v zimě a na jaře. Čím větší hloubka výskytu podzemní vody, tím je její
pohyb pomalejší a doba setrvání delší, proto bývá i její minerální zátěž větší než u
vody pohybující se rychle a v malé hloubce pod povrchem.
Obr. 11.1.2: Příklad geologické stavby území s příkladem kolektoru a izolátoru.
Jak je zvodeň mohutná závisí na tom, v jaké hloubce se nachází nepropustný
izolátor. Voda se nad ním hromadí a jsou dvě možnosti:
•
Název artézská voda
pochází podle historické
země v severní Francii
Artois, dnes v
departmentu Pas-deCalai, kde byla ve 12.
století poprvé mnichy
tamního kláštera taková to
studna vykopána.
Specifickým případem
výskytu podzemní hladiny
jsou pouštní oázy.
Infiltrační oblast je často
vzdálená desítky, až
stovky kilometrů od místa
výstupu na zemský
povrch. Základní
podmínkou je jako u
pramenů existence
poruchy v nadložní vrstvě,
díky které může pronikat
voda do vyšších vrstev,
případně až na povrch
nahromadí se až k hornímu izolátoru (nepropustné nadloží), v tom případě
může být pod tlakem (je větší než atmosférický) a má napjatou vodní
hladinu.
Specifickým druhem této podzemní vody je artézská voda, kdy pro vznik této vody
je třeba specifické geologické poměry se synklinální formou uložení propustných a
nepropustných vrstev a této formaci se říká artézská pánev.
•
nahromadí se ke své horní volné hladině a má volnou vodní hladinu, kde je
normální atmosférický tlak. Hladina se může volně pohybovat v rozsahu
celého kolektoru.
.
Z hlediska propustnosti a kvality horninového prostředí se podzemní voda dělí:
•
průlinová voda, kdy voda vyplňuje prostory mezi částicemi (průliny, póry)
nezpevněných a zpevněných sedimentů. Voda se pohybuje díky gravitaci,
ale může být i pod tlakem. Dochází zde k přirozenému procesu
samočištění (filtrace). Obvykle tvoří tato voda plošně rozsáhlé zvodně.
•
puklinová voda, která se vyskytuje v puklinách a trhlinách zpevněných
hornin, kdy tyto prostory vznikají především mechanicky (smršťováním,
rozpínáním, zvětráváním). Proudění vody v puklinách je nestejnoměrné a
nedochází k filtraci, nevytváří se souvislá vodní hladina a nepřenáší se
hydrostatický tlak.
115
•
krasová podzemní voda se vyskytuje v krasových horninách, kde mohou v
horninách vznikat malé vnitřní prostory, pukliny až krasové jeskynní
systémy, kde voda teče jako povrchový tok. Jsou zde tři pásma, kdy
nejspodnější patro je trvale zaplaveno vodou. Tato voda není schopná
filtrace, může být znečišťována vodou z povrchu a je velmi bohatá na
rozpuštěné látky.
11.1.3 Prameny
Pramenem se označuje místo, kudy se přirozeným soustředěným nebo
nesoustředěným způsobem dostává podzemní voda na zemský povrch. Zpravidla
se vyskytuje tam, kde zvodnělá vrstva protíná terén, na místech styku dvou vrstev
s rozdílnou propustností. Prameny můžeme klasifikovat podle různých kritérií.
Podle doby trvání vývěru vody na stálé, občasné (periodické) a epizodické.
Podle způsobu, jak se voda dostává na povrch, se dělí na:
Dělení pramenů
•
sestupné – vznikají tak, že se podzemní voda pohybuje vlivem gravitace
ve směru sklonu vrstev a v místě, kde kolektor i podložní izolátor vystupují
na povrch, volně vytéká. Rozlišujeme svahový, suťový, přelivný, vrstevní
nebo roklinový.
•
výstupné - vyvěrají díky přetlaku způsobeného gravitací nebo tlaku vody
ve zvodnělé vrstvě, v místech tektonické poruchy, vlivem tlaku plynu nebo
účinkem vysoké teploty. Rozlišujeme prameny zlomové nebo vyvěračky v
krasových oblastech.
•
podmořské prameny – vyvěrají skrytě pod mořskou hladinou u pobřeží,
které je tvořeno propustnými, nejčastěji krasovými horninami.
•
gejzíry – jsou periodické prameny, které vznikají tlakem nadloží nebo
tlakem plynu, kdy je voda vytlačována na povrch v cyklech, které mohou
trvat několik minut, hodin nebo dokonce dnů. Voda vystřikuje do výšky až
několik desítek metrů a bývají doprovodným jevem vulkanické a
postvulkanické činnosti.
Vydatnost pramenů Q se zjišťuje obdobně jako průtok menších vodních toků
jednak přímým měřením pomocí měrné nádoby nebo přelivy. Měrný přeliv se
-1
3 -1
umisťuje, co nejblíže k prameni. Jednotkou vydatnosti pramene je l.s nebo m .s
v závislosti na velikosti pramene. Režim pramenů je vyjadřován změnami
vydatnosti v čase a jejich rozkolísaností. Na režim pramenů mají na něho vliv
různé faktory např. velikost infiltrační oblasti (čím větší, tím vyrovnanější režim),
geomorfologické parametry, klimatické poměry (srážky, výpar), rozsah, uložení a
propustnost zvodnělých vrstev a tlakové poměry.
11.1.4 Minerální vody
Pokud se v jednom litru vody nachází více než 1 gram minerálních látek nebo
plynů, označuje se tato voda jako minerální.
Podle způsobu utváření minerálních vod je dělíme na:
•
minerální vody kontinentálního původu, které se tvoří při oběhu podzemní
vody, doplňované průsakem z povrchu země)
Vydatnost pramenů
116
•
fosilní mořské vody, které vznikly uzavřením mořské vody nepropustným
sedimentem, které obsahují vyšší obsahy solí, jodidů a bromidů
•
vody ropného původu, které jsou tvořeny směsí mořské vody vytěsněné z
organických zbytků živočichů a rostlin během jejich rozkladu. Obsahují
malé množství síranů, zbarvují vodu do žluta.
11.2 Hydrologické charakteristiky podzemních vod
Základní charakteristika režimu podzemní vody jsou průměrné hodnoty stavu
hladiny podzemní vody. Z hlediska sledování podzemní hladiny vody
vodohospodáře zajímá její úroveň a to buď v absolutním vyjádření nadmořskou
výškou, nebo její hloubka pod zemským povrchem. Aby bylo možné poznat lépe
režim podzemních vod, jsou nutná spolehlivá dlouhodobá a nepřetržitá sledování
stavů hladiny podzemní vody a vydatnosti pramenů. Vedle toho se sleduje i teplota
a na vybraných profilech i kvalita vody. K pozorování slouží síť pozorovacích stanic
(základní, vyhledávací, účelová), kterou tvoří objekty různého typu (vrty, studny,
prameny).
Stav hladiny podzemní vody se zjišťuje měřením její svislé vzdálenosti od pevně
stanoveného bodu na povrchu (horní okraj výstroje vrtu nebo studny). Pokud je
bod geodeticky zaměřen, pak lze hladinu udávat i v metrech nadmořské výšky.
Některé speciální objekty jsou vybaveny mechanickými měřeními (limnigrafy) nebo
moderními hladinoměry, které předávají údaje automaticky.
Měření hladiny
podzemních vod
K měření hladiny se používá:
•
kovová tyčka délky 30-10 cm, připojená na pásmo
•
Rangova (frankfurtská) píšťala – kovová trubka na obvodu
opatřená miskovými žlábky vzdálenými od sebe 1 cm a
připevněná na pásmo. Při ponoření do vody vzduch uniká z
píšťaly a vydá tón.
•
světelná olovnice – trubice s plováčky a kontakty ve dně a se
svítilnou v horní části trubice. Plováčky sepnou při dotyku s
vodou kontakty a rozsvítí baterku. Trubice je zavěšena na
pásmu.
•
elektrická hrotová měřidla – využívají vodivosti vody k uzavření
proudového obvodu.
•
limnimetr – kde se pohyb plováku (o průměru 4 cm) přenáší
lankem na počítadlo.
•
limnigrafické přístroje (Metra 500) – s plovákem o průměru 9 cm.
•
hladinoměry - tlakové, ultrazvukové, atd.
Hladinu podzemní vody znázorňujeme pomocí různých izočar. V případě, že
znázorňujeme nadmořskou výšku hladiny podzemní vody, tak použijeme
hydroizohypsu. Pokud znázorňujeme úroveň hladiny podzemní vody pod
povrchem, použijeme hydroizobatu. V případě, že znázorňujeme úroveň hladiny
podzemní vody s napjatou hladinou, používáme hydroizopiezzu.
117
Úkol / Úkol k zamyšlení
Vypočítejte vlhkost půdy v %, byla – li hmotnost odebraného čerstvého vzorku
56,8 g a po vysušení vážil 42,6 g.
SHRNUTÍ
Voda pod zemským povrchem se nazývá voda podpovrchová. Pod zemský povrch
se dostává především z atmosférických srážek vsakováním (filtrací).
Podpovrchová voda se dělí na vodu půdní a podzemní (prostou, minerální). V
nezpevněných horninách se podzemní voda vyskytuje v průlinách, v pevných
horninách se váže na pukliny. Ve vápencích se vytvářejí díky mechanické a
chemické činnosti vody velké pukliny, ve kterých se může hromadit podzemní voda
krasová. V oblastech, kde je geologické podloží tvořeno střídavě propustnými a
nepropustnými horninami, je hladina podzemní vody pod tlakem. Jedná se o vodu
s napjatou hladinou, též o artézskou vodu. Pokud se v 1 litru vody nachází více
než 1 gram minerálních látek nebo plynů, tak se jedná o vodu minerální. Hladina
podzemní vody je úroveň, do které jsou průliny a pukliny vyplněné vodou. Místo
vývěru podzemní vody na zemský povrch se nazývá pramen. Vydatnost pramene
-1
3 -1
určuje množství vyvěrající vody za 1 sekundu, jednotka je l.s nebo m .s v
závislosti na velikosti pramene.
Kontrolní otázky a úkoly
4.
5.
6.
7.
Jaké jsou teorie vzniku podzemní vody?
Vysvětlete rozdíl mezi gravitační a kapilární vodou.
Jak měříme hladinu podzemní vody?
Jak dělíme prameny?
Pojmy k zapamatování
Podpovrchová voda, podzemní voda, půdní voda, pramen, artézská voda,
minerální voda, saturační pásmo, aerační pásmo, kolektor, izolátor,
118
12 Voda v oceánech
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Na jaké dílčí disciplíny dělíme oceánografii.
Jak se vymezují oceány a kolik jich od roku 2000 oceánografové rozlišují
Jaké zvláštní vlastnosti má mořská voda, co ovlivňuje její vlastnosti
Jaké jsou pohyby mořské vody, mořské proudy
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
O planetě Zemi se tvrdí, že je planetou moří, vodstvo pokrývá 70% jejího
povrchu a při pohledu z vesmíru převažuje modrá barva. Jsou to právě oceány
plné kapalné vody, které nás ve sluneční soustavě odlišují od ostatních planet.
Nejen proto je oceánografie jako věda a její poznatky důležité nejen pro státy,
které leží při břehu moře nebo oceánu, které třeba v rámci hospodářství využívají
moře ať už pro rybolov nebo pro těžbu nerostných surovin, ale z celosvětového
hlediska i pro rozhodování různých mezinárodních uskupení a vlád států.
Oceánografie se ve většině učebnic definuje jako věda o moři (ale tato definice je
značně neurčitá). Je součástí oceánografie např. studium námořní dopravy?
Nebo struktura dna oceánu nebo klimatologie, když víme, že oceány ovlivňují
podnebí všech kontinentů? Patří sem třeba studium historie a vývoje mořské
vody a vůbec vznik a geologický vývoj oceánů? Stejně obtížně je zařadit
oceánografii do systému věd. Hlásí se o ni geografie, ale hydrologie hlavně.
Samozřejmě část oceánografie by se mohla zařadit i do biologie, chemie, fyziky
atd. V poslední době se ale oceánografie zařazuje do tzv. „vědy o Zemi“ – Earth
Science. Je to mladá věda, vznik této disciplíny spadá do druhé poloviny 19.
století. Geografové ji začali rozvíjet jako první.
Také my, obyvatele vnitrozemského státu, víme, že oceánské fronty ovlivňují
naše podnebí i počasí, naše flotila brázdí světová moře, geologická minulost
našeho území byla také historií mořskou, na našem území se nacházejí mořské
sedimenty, na jídelníčku máme dnes už běžně mořské ryby a plody, dovolené
trávíme často na břehu moře nebo oceánů, někteří obyvatelé ČR vlastní jachty a
plachetnice, jiní se potápějí, naši sportovci mají úspěchy ve sportech spojených
s mořem. Dalo by se jmenovat mnoho dalších důvodů, proč byla tato kapitola
zařazena do tohoto distančního textu. Autoři zvolili jen vybrané kapitoly z důvodu
rozsahu textu.
12.1 . Oceánografie
Oceánografie, někdy zvaná také oceánologie, se definuje jako věda o moři a je
jednou z věd o Zemi. Pokud si budeme definovat užší vymezení (fyzická geografie
moří), tak se zabývá výzkumem fyzikálních a chemických jevů a procesů mořské
vody, včetně pohybu mořských vod (proudů), poznáním vztahů mezi oceánem –
atmosférou – pevninou a morfologií oceánského dna. Širší vymezení oceánografie
navíc zahrnuje i mořskou geologii, geofyziku a také mořskou biologii. Na světový
oceán je třeba se dívat jako na otevřený systém, který je součástí celého systému
Země (geosystému). V něm existují složité vzájemné vnitřní vztahy mezi všemi
jeho složkami – vodou, anorganickými látkami v ní obsaženými, organismy a
119
rostlinami. Tyto vztahy se projevují funkčně spjatými jevy a procesy nejen uvnitř
oceánu, ale tyto jsou v interakci s ostatními složkami geosystému Země, kterého
obklopují (atmosféra, pevnina, zemská kůra dna oceánů, vesmír). Oceánografie je
věda velmi široká, která využívá metod zkoumání a poznatků mnoha vědních
oborů.
Členění oceánografie
Oceánografie se člení do několika samostatných vědních disciplín:
-
Fyzická oceánografie
Geologická oceánografie
Chemická oceánografie
Mořská biologie
Aplikované oceánografické disciplíny (např.
podmořská archeologie, mořská politika atd.)
mořské
inženýrství,
12.1.1 Světový oceán
Světový oceán
Voda pokrývá 70,8% povrchu Země. Světový oceán je na rozdíl od pevniny
souvislá masa mořské vody s průměrnou hloubkou 3729 m. Světový oceán
obsahuje 97,2% všech zásob vody na Zemi.
Světový oceán můžeme rozdělit do čtyř hlavních oceánů, jejichž rozmístění a tvar
jsou závislé na postavení kontinentů a charakteru podmořských pánví. Pátý oceán
– Jižní ledový – nemá hranice vymezené pevninou a byl oficiálně schválen v roce
2000 Mezinárodní hydrografickou organizací. Rozkládá se na jižní polokouli okolo
Antarktidy a není vymezen pevninami, ale mořským prouděním – přesněji řečeno
antarktickou konvergencí, což je zóna, kde se střetávají mořské proudy okolo
Antarktidy, a tím vody Jižního ledového oceánu oddělují. Geograficky tento oceán
°
zahrnuje části Tichého, Atlantského a Indického oceánu na jih od 50 jižní
zeměpisné šířky. Oceán je nazýván podle své geografické polohy.
12.2 . Vybrané vlastnosti mořské vody
Mořská voda má oproti sladké vodě větší množství rozpuštěných minerálních látek,
nejen nejznámější chlorid sodný NaCl, ale i příměsi dalších solí, kovů a plynů.
Salinita je celkový objem pevných látek rozpuštěných ve vodě včetně plynů,
protože i ty se při nízkých teplotách přeměňují do skupenství pevného. Nejčastěji
je udávána v promilích (‰). V jednom kilogramu mořské vody s průměrnou
salinitou 35 ‰ je 965,31 g vody a 34,69 g solí. Z toho je nejvíce iontů chlóru 19,1
g, sodíku 10,62 g, síranu 2,66 g, hořčíku 1,28 g, vápníku 0,4 g, draslíku 0,38 g,
zbytek tvoří stopové prvky (fosfor, jód, železo, mangan atd.). Salinita je odlišná
v různých místech oceánu nebo moře. Na otevřeném moři se pohybuje salinita
v rozpětí 33-38 ‰. Ve vnitrozemních mořích mohou být rozdíly velké, např. Rudé
moře má 42‰, Baltské moře 10‰. Největší salinitu ale nemá moře, ale
vnitrozemské jezero Mrtvé moře, kde je její hodnota na 330‰. V některých
místech se může hodnota měnit i během roku. Např. na Floridě v Miami Beach je
v říjnu průměrná salinita 34,8 ‰, zatímco v květnu a červnu, kdy je velký výpar,
dosahuje 36,4‰.
Vlastnosti mořské vody
120
Procesy ovlivňující salinitu
Procesy, které ovlivňují salinitu:
-
Atmosférické srážky (salinita klesá)
-
Říční přítoky (salinita klesá)
-
Tání ledových ker (salinita klesá)
-
Tání mořského ledu (salinita klesá)
-
Evaporace (salinita stoupá)
-
Tvorba mořského ledu (salinita stoupá)
Na obrázku 12.2.1 vidíme rozdíly v povrchové salinitě, která se mění v závislosti na
zeměpisné šířce. Červené odstíny znamenají oblasti s vysokou salinitou, modré
odstíny s nízkými hodnotami. Nejvyšší salinita je kolem obratníků Raka a
Kozoroha. Blízko rovníku se salinita propadá. Ve vysokých zeměpisných šířkách
jsou hojné atmosférické srážky, říční přítoky i tání ledových ker, které způsobují její
snižování. Nízké teploty vzduchu omezují intenzitu evaporace.
Globální cirkulace vzduchu se projevuje sestupem suchého a teplého vzduchu
v blízkosti obratníků Raka a Kozoroha, což má za následek zvýšenou evaporaci a
nárůst salinity. Zde ale salinitu také zvyšuje i malý úhrn atmosférický srážek,
nepřítomnost významnějších přítoků a výskyt pouští na pevnině. Vysoké teploty
v blízkosti rovníku způsobují intenzivní evaporaci, která salinitu zvyšuje, ale
zvýšené množství atmosférických srážek a přítoky velkých řek ji částečně snižují.
Průměrná roční salinita v
oceánech
Obr. 12.2: Průměrná roční povrchová salinita v oceánech na Zemi
121
Fyzikální vlastnosti čisté a mořské vody jsou až na pár výjimek, zejména rozdílnou
vodivost, shodné. Mořská voda má vůči čisté vodě vyšší pH, a hustotu. Bod varu
mořské vody je o 0,6°C vyšší než u čisté vody a bod mrazu je o 1,9°C nižší.
Rozpuštěné soli tak zvyšují rozmezí teplot, kdy voda existuje jako kapalina.
V hloubce mezi 300 a 1000 metry dochází k výrazným změnám v salinitě a teplotě
mořské vody, říká se jí skočná vrstva. Skočná vrstva je vrstva v hloubkách, kde
dochází k prudkým změnám teploty (termoklina), salinity (haloklina) a s tím
související hustoty vody (pyknoklina). Pod hloubkou 1000 metrů se salinita
pohybuje kolem průměrné hodnoty 35 ‰ a teplota se pohybuje pod 4°C. Této vodě
se říká hlubinná voda, která je studená a má vyšší hustotu.
Pyknoklina představuje obtížnou překážku, která zabraňuje promíchávání svrchní
vrstvy vody a hlubinné vody.
Ve vysokých zeměpisných šířkách zůstávají teploty povrchové vody během roku
stejné, takže jsou tu jen malé teplotní rozdíly mezi svrchní vrstvou a hlubinnou
vodou. Proto se v těchto šířkách jen málokdy objevují termokliny a pyknokliny.
Voda má téměř celý rok ve vertikálním směru stejnou teplotu i hustotu.
Fyzikální vlastnosti
mořské vody
Pyknoklina
12.3 . Pohyb mořské vody
Pokud nebere v úvahu směr pohybu vodních částic (vertikální a horizontální)
můžeme rozlišovat pohyby mořské vody, které se uskutečňují v uzavřených
drahách a pohyby, kterými se přemisťuje voda z místa na místo. Do první skupiny
patří vlnění mořské vody, do druhé mořské proudy nebo proudění vody. Oba
druhy pohybu ale od sebe nemůžeme oddělovat. Příčinou vzniku příbřežních
proudů může být vlnění při pobřeží.
Pohyby oceánských vod vyvolává celá řada příčin:
•
přitažlivá síla Měsíce a Slunce
•
vliv zemské rotace
•
nerovnoměrné ohřívání vody v různých zeměpisných šířkách
•
gradienty atmosférického tlaku a vzniklé větrné proudy
•
vliv podmořského zemětřesení
•
sopečná činnost
•
sesuvy břehů a dnových sedimentů
12.3.1 Eolické vlnění vody
Se stoupající rychlosti větru se zvyšuje výška vln, zpočátku tzv. kapilární vlny (o
vlnové délce menší než 1,74 cm), kdy je v rovnováze povrchové napětí vodní
hladiny a gravitační síly, přechází ve vlny gravitační (vlnová délka větší než 1,74
cm), kdy nad silou povrchovou začne převládat síla gravitační.
Pohyb oceánských vod
122
Golfský proud je relativně
teplý mořský proud v
Atlantském oceánu. Vzniká
v Mexickém zálivu účinkem
Yucatánského a
Floridského proudu, je
posilován i Antilským
proudem. Z Floridského
průlivu pokračuje podél
pobřeží Severní Ameriky k
mysu Hatteras a dále k
Newfoundlandu, kde se
stýká s chladnými proudy
Labradorským a
Východogrónským. Na
styku proudů pásmo Cold
Wall s četnými mlhami a
bohatými lovišti ryb. Od
Newfoundlandu pokračuje
napříč Atlantským oceánem
jako Severoatlantský proud,
omývá pobřeží Velké
Británie, Islandu, Norska,
poloostrov Kola, západní
pobřeží ostrova Špicberky.
Při pobřeží Floridy dosahuje
rychlosti až 5 námořních
mil/hod, u mysu Hatteras
3
přenáší přes 55 mil. m
vody za s a u Velké Británie
7 mil. m3/s. V celém
průběhu je Golfský proud
vzhledem k okolním vodám
teplejší (u mysu Hatteras o
3 °C, mezi Velkou Británií a
Islandem o 7 – 9 °C, v
Norském moři o 4 – 8 °C, v
Severním moři o 5 – 8 °C).
Vlivem Golfského proudu
Norské a Barentsovo moře
většinou nezamrzají, pro
lodi jsou přístupné přístavy
v Bodo, Narviku, Tromso v
Norsku a Murmansku v
Rusku. Golfský proud
výrazně otepluje atmosféru;
zvýšený výpar ovlivňuje výši
srážek v Evropě a
cyklonální cirkulaci ovzduší.
Každá vlna se skládá ze hřbetu a vpadliny (důl) a můžeme ji dále charakterizovat
těmito parametry:
• délka vlny (L), což vzdálenost mezi dvěma hřbety
•
výška vlny (H), což je vertikální vzdálenost mezi nejvyšším bodem hřbetu
a nejnižším bodem vpadliny
• perioda (T), je doba mezi průchodem dvou následujících hřbetů vln
stejným bodem
• rychlost vlny (L/T)
• amplituda vlny (L/H)
12.3.2 Mořské proudy
Mořské proudy jsou dílčí, různou rychlostí se pohybující jazyky mezi, kterými
mohou být i protiproudy a víry. Trasy velkých mořských proudů se mohou měnit
nejen v průběhu sezóny, ale i v průběhu dne a někdy i několika minut.
Mořské proudy jsou součástí celooceánské cirkulace a jeden z nejdůležitějších
mořských fenoménů (přenášejí obrovské vodní masy na ohromné vzdálenosti,
regulují a určují teplotu oceánských vod na povrchu i v hloubce, mají značný vliv
na přilehlou pevninu). Hlavní příčinou vzniku oceánského proudění je všeobecná
cirkulace atmosféry – činností pravidelných větrů. Základní dělení je na povrchové
proudy a hlubinné proudy.
Nejvíce proměnlivé vlastnosti mají povrchové proudy, jsou nejpohyblivější a mají
soustavný kontakt s atmosférou. Hlavním činitelem vzniku je vítr, který předává asi
2% energie mořské vodě (vítr 50 uzlů zvýší rychlost vody o 1 uzel = námořní
míle1,85 km za hodinu). Jejich šířka je 200-250 m (dosah vlivu vlnění, větru a
radiace). Nacházejí se nad pyknoklinou (vrstva rychle se měnící hustoty vody –
max. 1 km hloubky). V ideálním případě by na Zemi sledovali větrné pásy, ale
existence kontinentů tyto směry mění.
Pasáty dávají do pohybu vodní masy rovníkové proudy mezi obratníky, které se
pohybují směrem na západ podél rovníku. Jakmile dosáhnou západní části
oceánu, tak Coriolisový efekt odkloní tyto západní okrajové proudy (Golfský nebo
Brazilský) a přitékají z rovníkových oblasti. Mezi 30˚ a 60˚ zem. šířky převažují
západní větry a tečou východním směrem přes oceán (Severoatlantický proud,
Západní příhon). Tyto východní okrajové proudy, jakmile dosáhnou pevniny, tak je
Coriolisova síla je odkloní směrem k rovníku (Kanárský proud, Benguelský proud)
Ekmanova smyčka (spirála) způsobuje, že plovoucí kry se odchylují o 20 40˚doprava ke směru větru vanoucím v Severním ledovém oceánu. Pozorováno už
kolem roku 1900. Tento jev vzniká v důsledku větru, který vane nad hladinou,
hloubky vody a Coriolisovy síly a je v ideálním případě 90˚. Obvykle se odklon
pohybuje kolem 45˚, v otevřeném moří kolem 70˚ od směru větru na severní
polokouli doprava na jižní doleva.
123
Proud meandruje (obr.
11.3.2.1) a meandry se
zvětšují směrem po
proudu, někdy se i odškrtí
a vytvoří víry. Víry na jv.
straně mají směr
cyklonální–po směru
hodinových ručiček a jsou
studené, na sz. straně
anticyklonální, teplé, často
se odělují od proudu.
Ročně se po jedné straně
vytvoří až 5 takových vírů
a může trvat až 2 roky než
se takový vír rozruší.
Obr. 12.3.2 : Rychlost Golfského proudu 20. 4. 2002
Hlubinné proudy jsou vyvolány termohalinní cirkulací (různá hustota mořské
vody). Platí pravidlo, že vody s vyšší hustotou klesají do hloubek. Severoatlantské
hlubinné vody, které vznikají v Norském moři, odkud tento proud teče do severního
Atlantiku (obr. 11.3.2.2).
Obr. 12.3.2.1: Celosvětová cirkulace hlubinné vody – pásová cirkulace
Metody měření rychlosti mořských proudů:
•
Přímé - plovoucí bóje, které vysílají radiový signál nebo průtokoměry (z
pevného bodu, nebo tažené za lodí)
•
Nepřímé - radarové výškoměry, které zjišťuje se vyklenutí vodní hladiny
(závisí na reliéfu dna a na toku proudů) nebo Doplerův tokoměr (vysílající
nízkofrekvenční signál do vody a odražený zaznamenává zpět).
12.3.3 Význam mořských proudů v rozvodu tepla a živin
Významnou roli v rozvodu tepla a také živin po zemském glóbu sehrávají mořské
proudy, které tak mají charakter obrovského oceánického tepelného výměníku.
Měření rychlosti mořských
proudů
124
Z celé řady mořských proudů je třeba jmenovat zejména tzv. hluboký slaný proud,
který představuje největší systém globální cirkulace.
Tento hluboký proud vystupuje k hladině v severním Atlantiku jižně u Islandu, kde
silné větry rozhánějí chladnou vodu oceánu. Proud uvolňuje velké množství tepla a
živin, které průběžně hromadí během své cesty z tropického pásu, a které
následně ovlivňují životní podmínky v severní a střední Evropě. U Labradoru se
tento proud opět noří, míjí jižní Afriku, Austrálii a na povrch vystupuje opět při
západním pobřeží USA. Zmíněný proud má úzký vztah ke klimatickému jevu
zvanému severní oscilace. Ta má své centrum v severním Atlantiku a určuje
podobu a změny klimatu ve střední a severní Evropě v řádech desetiletí. Střetávají
se při ní vlivy teplého hlubokého slaného proudu a studených sladkých vod z
pevniny a tajících kontinentálních ledovců. Podle toho, zda převládá vliv teplého
proudu nebo naopak studených pevninských vod, evropské klima se buď otepluje
nebo ochlazuje.
Druhá, tzv. jižní oscilace s centrem v jižním Pacifiku propojuje vliv studeného
Peruánského proudu od Antarktidy s monzunovými větry od západního pobřeží
Jižní Ameriky nesoucích vláhu do Austrálie, Indie a Afriky. Odchylky v tomto
významném klimatickém systému mohou vážně narušit hladký průběh období
dešťů v Austrálii, jihovýchodní Asii a Africe a jsou původcem nechvalně proslulého
jevu El Niño.
Dalekosáhlý vliv mořských proudů na světovou biodiverzitu dokumentují množící
se fosilní důkazy o vymírání velkých obratlovců (až 20 % druhů) ve starších
třetihorách (eocénu) v důsledku posunu Antarktidy, jehož následkem došlo k
dramatickému přebudování globálního systému mořských proudů a tím i světového
klimatu.
Úkol / Úkol k zamyšlení
Vyhledejte si mapu mořských proudů např. ve Školním atlase a pokuste se
vysvětlit, jak konkrétní proudy ovlivňují pevninu a její pobřeží v jejich blízkosti a
zda se dají vypozorovat nějaké pravidelnosti. Zapamatuj si nejvýznamnější
mořské teplé i studené proudy.
Tato kapitola se snažila stručně představit vědu, která by klidně zabrala celý jeden
semestr přednášek, oceánografii. Je to věda velmi široká a má přesah do mnoha
oborů. Zmínili jsme se jen stručně ve vybraných kapitolách o vlastnostech mořské
vody, mořském vlnění, mořských proudech, jejich příčinách vzniku, jejich dělení a
jejích vlivu na globální cirkulaci.
Kontrolní otázky a úkoly
1.
2.
3.
4.
5.
Jaké jsou příčiny pohybu mořské vody?
Jak se definuje Jižní ledový oceán?
Vysvětli, jak se projevuje Ekmanova spirála na severní polokouli.
Jak se měří rychlost mořských proudů?
Co je to pyknoklina?
Pojmy k zapamatování
Oceánografie, salinita, pyknoklina, mořské proudy, Ekmanova spirála,
hlubinné mořské proudy, povrchové mořské proudy, Golfský proud.
125
13 Vodní hospodářství
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Vysvětlit pojem vodní hospodářství
Popsat etapy ve vývoji vodního hospodářství
Popsat platné dokumenty ve vodohospodářském plánování ČR
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 30 minut.
Průvodce studiem
Voda je běžnou součástí našeho života. Aniž bychom si to uvědomovali
samotným otočením kohoutku, dokončíme sáhodlouhý proces, který započal u
kolektoru podzemní vody nebo přehradní nádrže. Ochrana tohoto zdroje,
zajištění jeho dostupnosti, budování infrastruktury, úprava vody a její přivedení
do našich domácností – to všechno jsou úkoly vodního hospodářství.
13.1 Vodní hospodářství
Definovat vodní hospodářství je velmi složité. Mezinárodně uznávaná definice
neexistuje, především kvůli rozdílnému pojetí vodního hospodářství v různých
zemích. Obecně lze říci, že se jedná o „soubor opatření ke zkoumání, ochraně,
racionálnímu využívání a k rozvoji vodních zdrojů pro potřeby společnosti a
zároveň k ochraně proti škodlivým účinkům vody s cílem zajištění optimálních
parametrů životního prostředí“ (Říha, 1990).
13.1.1 Etapy ve vývoji vodního hospodářství
Každý stát prochází určitými etapami ve vývoji vodního hospodářství. Ty se určují
na základě množství dostupných přírodních zdrojů vody a uspokojování potřeb a
nároků společnosti daného státu. Čím je tlak na vodní zdroje větší, tím je kladen
větší nárok na úkoly vodního hospodářství a zároveň by se měla pozvednout také
celková úroveň vodního hospodářství (což bohužel ne vždy platí). Rozlišujeme
čtyři etapy ve vývoji vodního hospodářství (Beran, 2009).
•
I. etapa vývoje – k uspokojení potřeb obyvatelstva stačí přirozené vodní
zdroje s minimální regulací
•
II. etapa vývoje – vznik vodního hospodářství jako samostatného odvětví.
Přichází nutnost regulovat zacházení s vodními zdroji pomocí
elementárních zákonů, potřebu již nelze uspokojovat z přirozených zdrojů,
jednoúčelové použití vody se stává neúnosným.
•
III. etapa vývoje – ukončení extenzivního využívání vodních zdrojů. Snaha
o intenzifikaci hospodaření s vodou vedoucí k zavádění nových technologií
s menšími nároky na vodu. Renovují se inženýrské sítě, aby se zamezilo
ztrátám. Průmyslové závody snižují spotřebu zaváděním vnitřní cirkulace
vody. Ochrana a komplexní péče o vodní zdroje v povodí.
Vývoj vodního
hospodářství
126
•
IV. etapa vývoje – Maximální péče o vodní zdroje a jejich řízené
rozdělování. Snaha o vyrovnávání případné negativní hydrologické bilance
pomocí distribuce vody mezi povodími. Mezinárodní spolupráce a péče o
vodu v mezinárodních povodích.
13.1.2 Vývoj legislativy vodního hospodářství v ČR
Legislativa vodního
hospodářství v ČR
Každý rok zpracovává
Ministerstvo zemědělství
odbor ochrany vod tzv.
Modrou zprávu o stavu
vodního hospodářství
České republiky.
První zákon omezující užívání vody a nakládání s ní byl přijat již za RakouskaUherska v roce 1870. V platnosti zůstal až do roku 1954, kdy byl přijat nový zákon
o vodě. Začala tím tak II. etapa vodního hospodářství v ČR. V roce 1953 vznikla
Ústřední správa vodního hospodářství a byl sepsán Státní vodohospodářský
plán (1954). Byl však silně zaměřen na hospodaření s vodou v souvislosti
s rozvojem jejího energetického a průmyslového potenciálu, což bylo dlouhodobě
ekologicky neudržitelné. Inovovaný plán byl přijat v roce 1972 jako Směrný
vodohospodářský plán. V něm již dominuje problematika zdrojů pitné vody a
jejich ochrana, ale v praxi se však zásady správného hospodaření udržovaly
složitě. Zejména nízká cena vody nenutila průmyslovou výrobu ani obyvatele
s vodou šetřit. V období po roce 1989 nastal pomyslný zlom. Česká republika
přijala Rámcovou směrnici pro vodní politiku EU (v roce 2000) a schválila nový
zákon „O vodách“ (254/2001 sb.). Vodohospodářké plánování mají na starosti
podniky oblasti povodí. Obecné cíle jsou stanoveny v Plánu hlavních povodí
(2007) a v rámci něj také tři Plány národních částí mezinárodní oblasti povodí
Labe, Dunaje a Odry. Konkrétní cíle pro jednotlivá povodí jsou rozpracována
v Plánech oblastí povodí (celkem 8) pro plánovací období 2010 – 2015. Ve
spojení se sousedními státy jsou zpracovány také Plány mezinárodních povodí
pro oblast povodí Labe, Odry a Dunaje.
13.1.3 Složky vodního hospodářství v ČR
Co všechno tedy zahrnuje vodní hospodářství? Jeho působnost je široká, shrnou ji
lze do těchto 15 bodů včetně objektů a zařízení k jejich provozu. Součástí vodního
hospodářství je také plánování, dokumentace, odborné vzdělávání a osvěta.
1, zásobování obyvatelstva, průmyslu a zemědělství pitnou a užitkovou vodou
2, péče o vodní zdroje
3, hospodaření vodou v zemědělství
4, péče o čistotu vodních toků
5, ochrana před povodněmi
6, rybniční hospodářství (rybníkářství)
7, využívání vodní energie pomocí jezů, stupňů, přehrad a vodních elektráren
8, splavňování vodních toků
9, stokování obcí
10, ochrana lázeňských a minerálních vod
11, péče o rašeliniště
12, ochrana rezervací pro zachování geofondu vzácné fauny a flóry
127
13, péče o rekreační vodní plochy
14, vlastní vodní hospodářství závodů s hydraulickou dopravou speciálních
substrátů, odkaliště a složiště popílků
15, vodní hospodářství skládek odpadů
13.1.4 Problémy vodního hospodářství
Celosvětový problém vodního hospodářství je zajistit dostatečný přístup
k nezávadné pitné vodě pro populaci každého státu. Díky průmyslové a intenzivní
zemědělské činnosti a nedokonalým odpadním systémům a systémům čističek
odpadních vod se mnohé vodní zdroje stávají zejména v rozvojových zemích
ekologickou a zdravotní hrozbou. Dalším problémem je plošná eroze, díky které
ztrácí lidstvo nejúrodnější svrchní humusové horizonty půdy a je nuceno používat
čím dál více umělých hnojiv, aby dosáhlo stejných výnosů. Chemická hnojiva se
usazují v půdě a prostřednictvím infiltrující se vody se dostávají do podzemí a
snižují jakost podzemní vody. Část je povrchovým odtokem splavována do
recipientů (jezer, nádrží), kde způsobí eutrofizaci. V problémových oblastech
světa, s nedostatkem vody je potom komplikované hospodařit a plánovat na
mezinárodní úrovni. Každý stát se snaží zabrat co nejvíce vodních zdrojů a voda
se tak v blízké budoucnosti může stát velmi drahou, strategickou surovinou.
Celosvětovým problémem také zůstávají katastrofické povodně a ochrana proti
nim, stejně jako sucha a z nich pramenící neúrody.
Úkol / Úkol k zamyšlení
Prostřednictvím statistik na portálu unwater.org sestav žebříček 10 států, které
mají nejméně obnovitelných zdrojů vody na obyvatele.
SHRNUTÍ
Vodní hospodářství se zabývá racionálním využíváním vodních zdrojů a jejich
ochranou. V závislosti na množství zdrojů vody má každý stát vlastní
vodohospodářskou koncepci a nachází se na různém stupni vývoje. V rámci EU
dochází ke společnému vodohospodářskému plánování. Vodní hospodářství
zahrnuje v ČR celkem 15 složek.
Kontrolní otázky a úkoly
6. Vyjmenujte složky vodního hospodářství v ČR?
7. Jaké jsou hlavní světové vodohospodářské problémy?
8. Co je Plán hlavních povodí?
Pojmy k zapamatování
Etapy vývoje vodního hospodářství, Státní vodohospodářský plán, Plán
hlavních povodí, složky vodního hospodářství.
128
Závěr
Milí studenti, jak již bylo zmíněno v úvodu, používali jste text určený studentům připravovaného
kombinovaného studia studijního oboru Geografie. Cílem jeho ověření ve výuce bylo – kromě vlastního
předávání nových informací – také identifikovat místa obtížně srozumitelná, nepřehledná, případně upozornit
na překlepy, typografické i věcné chyby. Děkujeme Vám, že pečlivým vyplněním závěrečného hodnotícího
dotazníku přispějete ke zdokonalení tohoto textu a tím i k efektivnějšímu studiu Vašich budoucích kolegů.
129
Použité zdroje
Allaby, M. (2000) Basics of Environmental Science, second edition. New York: Routledge.
Beran, J. (2009) Základy vodního hospodářství. Praha: ČVUT.
Bulu, A. (2010) Historical development of hydrology. BALWOIS 2010.
Burt, T. P. (1987): Measuring infiltration capacity. Geography Review (1, s. 37–39)
Davies, T. (2008) Fundamentals of hydrology, second edition. New York: Routledge.
Demek, J. (1983) Nauka o krajině. Brno: Univerzita J. E. Purkyně v Brně.
Demek, J., Quitt, E. , Raušer, J. (1976) Úvod do obecné fyzické geografie, Praha: Academia.
Dyck, S., Peschke, G. (1983) Grundlagen der Hydrologie. Berlin: VEB Verlag Bauwesen.
Dub, O., Němec, J. (1969) Hydrologie. Praha: SNTL.
Dub, O. (1957): Hydrológia, hydrografia, hydrometria. Bratislava: SVTL.
Eagleson, P.S. (1991) Hydrologic science: A distinct geoscience. Reviews of Geophysics (29,2, s. 10–
15)
Farský, I., Matějček, T. (2008) Vybrané kapitoly z fyzické geografie. Ústí nad Labem: Přírodovědecká
fakulta UJEP
th
Gabler, R.E., Petersen J.F. (2007): Essentials of Physical Geography, 8 edition. New York:
Thompson.
Herber, V., Suda, J. (1996) Cvičení z fyzické geografie I. Hydrologie. Plzeň: Fakulta pedagogická
Západočeská Univerzita.
Hladný, J. (2009) Vývojové trendy české hydrologické služby. Meteorologické zprávy (62, s. 148-152).
Hubačíková, V., Oppeltová, P. (2008): Úpravy vodních toků a ochrana vodních zdrojů. Brno:
MENDELU.
Hugget, R.J. (2007) Fundamentals of Geomorphology. New York: Routledge.
Chang, M. (2006) Forest Hydrology second edition. Boca Raon: CRS press.
Chuman, T. (2012) Vegetace a půdy údolních niv. Geografické rozhledy (5, 11-12, s. 6–8).
Jeníček, M. Klasifikace hydrologických modelů. Cit. 2012-08-15. Dostupné z:
<http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/download.php?akce=dokumenty&cislo=7>.
Jánský, B., Šobr, M. a kol. (2003) Jezera České republiky. Praha: Přírodovědecká fakulta UK Praha.
Kohnke, H. (1968) Soil Physics. New York: Mc.Graw-Hill Book Company.
Klokočník J., Lemoine F. G. (2000) Mars jako na dlani. Vesmír (79, s. 217–218).
Krešl, J. (2001): Hydrologie. Brno: MENDELU
Kravka, M. (2009): Základy lesnické a krajinářské hydrologie a hydrauliky. Brno: MENDELU
Kříž, V. a kol. (1988) Hydrometrie. Praha: SPN.
Křížek, M. (2012) Údolní niva – její vymezení a vývoj. IN Geografické rozhledy (5, 11-12, s. 2–5 )
Kukal, Z. (1984) Oceán pevnina budoucnosti. Praha: Horizont.
Kukal, Z. a kol. (1990) Základy oceánografie. Praha: Academia.
Lewis, W. M. jr. (1996) Tropical lakes: how latitude makes a diference. IN Schiemer F., Boland K. T.
(eds.) Perspectives in Tropical Limnology. Amsterdam: Academic Publishing bv. S. 43–64
Löfler, H. (2004) The Origin of Lake Basins. IN O´Sullivan, Reynolds C.S. eds. The Lakes Handbook
Volume I. Oxford: Blackwell publ.. s. 8–60.
Nace, R. (1984) Water of the World. Washington: U.S. Geological Survey, U.S. Government
National Resarearch Council (1991): Opportunities in the hydrologic sciences. Washington: National
Academic Press.
Nosek, M. (1972) Metody v klimatologii. Praha: Academia.
Netopil, R. (1972) Hydrologie pevnin. Praha: Academia.
Netopil, R. a kol. (1984): Fyzická geografie I. Praha: SPN.
Plainer, J. (1983) Využívání a ochrana vodních zdrojů. Praha: MLVH.
Pošta, P. (2008) Hydrografie I. (on-line). Cit. 2012-02-14. Dostupné z:
http://hpz.vesmirweb.net/wiki/images/2/22/Hydrografie_1.pdf
130
Přikryl, I. (2011) Louže, tůně, jezera. IN Kleczek, J. ed. Voda ve vesmíru, na zemi, v životě a v kultuře.
Praha: Radioservis. S. 255–279.
Říha, J. (1990) Vodní hospodářství. Praha:SPN.
Slavík, L., Neruda, M. (2007) Voda v krajině. Ústí nad Labem: Fakulta životního prostředí UJEP.
Smolová, I. Vítek, J. (2007) Základy geomorfologie. Vybrané tvary reliéfu. Olomouc: UP Olomouc
Soukup, M., Kulhavý, Z. (1997) Povodně let 1995, 1996 a 1997. Vesmír (76, září, 516-518).
Starý, M. (2005) Hydrologie, Modul 01. Brno: VUT.
Šterlc, P., Lett, P., Soukalová, E., Kašpárek, L. (2003) Povodeň v srpnu 2002 v České republice. VTEI
(45, 1,1-4).
Štěrba, O. a kol. (2008) Říční krajina a její ekosystémy. Olomouc: Vydavatelství UP Olomouc.
Tlapák, V., Šálek, J., Legát, V. (1992) Voda v zemědělské krajině. Praha: Brázda.
Trizna, M. (2007) Meteorologia, klimatologia, hydrologia pre geografov. Bratislava: Geografika.
Thomas, S. G. D., Goudie, A. eds. (2010) The Dictionary of Physical Geography, Third edition. Oxford:
Blackwell publishing
Thurman H.V., Trujillo, A.P. (2005) Oceánografie. Praha: Computer Press.
Zapletal, M. (2004) Hydrologie. Vodňany: Vyšší odborná škola vodního hospodářství a ekologie
Vodňany.
131
Profil autorů
RNDr. Renata Pavelková Chmelová, Ph.D.
Absolventka Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci (učitelský obor biologie-geografie -ochrana životního
prostředí), v roce 2003 získala RNDr. na PřF UP v Olomouci (obor: geografie pro střední školy) a v roce
2006 ukončila Ph.D. studium na Ostravské univerzitě v Ostravě, Přírodovědecká fakulta (obor:
environmentální geografie), kde obhájila práci na téma Historická a environmentální analýza změn využití
krajiny a jejich vliv na odtokové poměry v povodí. V letech 2007-2010 byla na mateřské dovolené. Během
tohoto období se ale podílela na řešení projektu NPV II – Optimalizace zemědělské a říční krajiny v ČR s
důrazem na rozvoj biodiverzity (rok ukončení 2011) i na výuce. Specializuje se na hydrologii, přesněji na
využití historických a archivních dat v hydrologickém, geografickém a ekologickém výzkumu, ve kterém také
publikuje. V současné době je hlavní řešitelkou grantu QJ1220233 Hodnocení území na bývalých rybničních
soustavách (vodních plochách) s cílem posílení udržitelného hospodaření s vodními a půdními zdroji v ČR a
je součásti řešitelského týmu grantu GA ČR Víceúrovňová analýza městského a příměstského klimatu na
příkladu středně velkých měst.
Mgr. Jindřich Frajer
Je absolventem Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci (obor Učitelství zeměpisu pro střední školy –
Historie). V roce 2008 obhájil diplomovou práci Historie vodního hospodářství na Čáslavsku, se zaměřením
na rybníkářství. Od roku 2008 je doktorandem Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity v oboru
Environmentální geografie. Pracuje jako odborný projektový pracovník na Katedře geografie UP. Vyučuje
předměty Hydrologie, Historická geografie a Vodní hospodářství. Odborně se zaměřuje na hydrologii a
environmentální historii.
Univerzita Palackého v Olomouci
Katedra geografie
ZÁKLADY FYZICKÉ GEOGRAFIE 1
METEOROLOGIE A KLIMATOLOGIE
(pracovní
verze určená k ověření ve výuce)
Miroslav Vysoudil
„Rozšíření akreditace studia učitelské geografie na PřF UP v Olomouci o kombinovanou formu“
CZ.1.07/2.2.00/18.0014
Vytvořeno jako pracovní verze distanční studijní opory určená k ověření ve výuce.
Obsah
Obsah..............................................................................................................................................................3
Úvod ................................................................................................................................................................6
Vysvětlivky k ikonám .......................................................................................................................................8
1
Úvod do meteorologie a klimatologie ..........................................................................................................9
1.1
1.1.1
Meteorologie ...................................................................................................................................9
1.1.2
Klimatologie ..................................................................................................................................10
1.2
Úplný klimatický systém ...................................................................................................................12
1.3
Organizace meteorologické služby...................................................................................................14
1.3.1
Meteorologická služba v České republice ....................................................................................14
1.3.2
Světová meteorologická organizace ............................................................................................15
1.4
2
3
Radarová a družicová meteorologie, aerologie ................................................................................16
1.4.1
Meteorologicky radar ....................................................................................................................16
1.4.2
Družicová meteorologická měření a pozorování ..........................................................................17
Atmosféra ..................................................................................................................................................21
2.1
Charakteristika a vývoj zemské atmosféry .......................................................................................21
2.2
Chemické složení atmosféry ............................................................................................................22
2.3
Vertikální členění atmosféry .............................................................................................................24
2.4
Ozon v atmosféře a jeho destrukce ..................................................................................................26
Energetický systém a energetická bilance Země......................................................................................30
3.1
4
Meteorologie, klimatologie, počasí, podnebí ......................................................................................9
Sluneční záření .................................................................................................................................30
3.1.1
Spektrum slunečního záření .........................................................................................................31
3.1.2
Druhy záření a jejich intenzita na zemském povrchu ...................................................................32
3.1.3
Zákony záření ...............................................................................................................................33
3.2
Vliv atmosféry na sluneční záření ....................................................................................................34
3.3
Záření Země a atmosféry .................................................................................................................35
3.4
Skleníkový efekt atmosféry...............................................................................................................37
3.5
Energetická bilance Země ................................................................................................................38
Teplota vzduchu a půdy ............................................................................................................................41
4.1
Teplota a teplo ..................................................................................................................................41
4.2
Stupnice teploty ................................................................................................................................42
4.3
Teplota půdy .....................................................................................................................................42
4.4
Teplota vzduchu ...............................................................................................................................43
4.5
Vertikální změny teploty vzduchu .....................................................................................................43
4.6
Periodické a neperiodické změny teploty (sezónní a denní změny teploty) ....................................47
5
Atmosférický tlak ...................................................................................................................................... 51
5.1
Tlak vzduchu .................................................................................................................................... 51
5.2
Změna tlaku s výškou, horizontální změna tlaku ............................................................................. 53
5.3
Vítr jako meteorologický prvek ......................................................................................................... 54
5.4
Základní tlakové útvary .................................................................................................................... 55
5.5
Pohyby v atmosféře ......................................................................................................................... 56
6
Proudění a cirkulace ................................................................................................................................. 60
6.1
Proudění vzduchu, základní typy proudění ..................................................................................... 60
6.2
Všeobecná cirkulace atmosféry ....................................................................................................... 62
6.3
Poruchy v atmosféře (tropické a mimotropické cyklony) ................................................................. 66
6.3.1
Tropické cyklóny .......................................................................................................................... 66
6.3.2
Mimotropická cirkulace ................................................................................................................ 67
6.4
Místní cirkulace a místní větry ......................................................................................................... 68
6.5
El Niño ............................................................................................................................................. 73
7
Voda v atmosféře ..................................................................................................................................... 75
7.1
Voda v atmosféře, její oběh ............................................................................................................. 75
7.2
Vlhkost vzduchu ............................................................................................................................... 76
7.3
Kondenzace ..................................................................................................................................... 77
7.4
Oblaka a oblačnost .......................................................................................................................... 79
7.5
Atmosférické srážky ......................................................................................................................... 82
8
Vzduchové hmoty a systém počasí .......................................................................................................... 89
8.1
Vzduchové hmoty ............................................................................................................................ 89
8.2
Atmosférické fronty (teplá, studená, okluzní, stacionární) ............................................................... 90
8.3
Základní pojmy v synoptické meteorologii ....................................................................................... 94
8.4
Předpověď počasí ............................................................................................................................ 98
9
Klima na Zemi a jeho klasifikace ............................................................................................................ 101
9.1
Podnebí na Zemi............................................................................................................................ 101
9.2
Klimatické kategorie ....................................................................................................................... 102
9.3
Klimatické klasifikace ..................................................................................................................... 106
10
Kolísání klimatu a klimatické změny .................................................................................................. 111
10.1
Paleoklimatologie, klima v minulosti .............................................................................................. 111
10.2
Kolísání klimatu a jeho příčiny ....................................................................................................... 112
10.3
Globální oteplování, projevy a dopady .......................................................................................... 113
10.4
Teorie příčin klimatických změn..................................................................................................... 115
11
Meteorologické prvky, jejich měření a základní klimatické charakteristiky ........................................ 117
11.1
Sluneční záření .............................................................................................................................. 117
11.1.1
Přístroje na měření slunečního záření ................................................................................... 117
11.1.2
Základní klimatické charakteristiky záření ............................................................................. 117
11.2
Sluneční svit ...................................................................................................................................118
11.2.1
Přístroje na měření slunečního svitu ......................................................................................118
11.2.2
Základní klimatické charakteristiky slunečního svitu ..............................................................118
11.3
Teplota půdy ...................................................................................................................................118
11.3.1
Přístroje na měření teploty půdy.............................................................................................118
11.3.2
Základní klimatické charakteristiky teploty půdy ....................................................................118
11.4
Teplota vzduchu .............................................................................................................................119
11.4.1
Přístroje na měření teploty vzduchu .......................................................................................119
11.4.2
Základní klimatické charakteristiky teploty vzduchu ...............................................................119
11.5
Tlak vzduchu...................................................................................................................................120
11.5.1
Přístroje na měření tlaku vzduchu ..........................................................................................120
11.5.2
Základní klimatické charakteristiky tlaku vzduchu ..................................................................120
11.6
Vlhkost vzduchu .............................................................................................................................121
11.6.1
Přístroje na měření vlhkosti vzduchu .....................................................................................121
11.6.2
Základní klimatické charakteristiky vlhkosti vzduchu .............................................................121
11.7
Výpar ..............................................................................................................................................122
11.7.1
Přístroje na měření výparu .....................................................................................................122
11.7.2
Základní klimatické charakteristiky výparu .............................................................................122
11.8
Oblačnost........................................................................................................................................123
11.8.1
Přístroje na měření oblačnosti ................................................................................................123
11.8.2
Základní klimatické charakteristiky oblačnosti ........................................................................123
11.9
Atmosférické srážky .......................................................................................................................124
11.9.1
Přístroje na měření atmosférických srážek ............................................................................124
11.9.2
Základní klimatické charakteristiky atmosférických srážek ....................................................125
11.10
Směr a rychlost větru ..................................................................................................................126
11.10.1
Přístroje na měření rychlosti a směru větru ............................................................................126
11.10.2
Základní klimatické charakteristiky větru ................................................................................127
11.11
Automatické meteorologické stanice ..........................................................................................128
Závěr ...........................................................................................................................................................131
Použité zdroje .............................................................................................................................................132
Profil autora .................................................................................................................................................134
Úvod
Meteorologie spolu s klimatologií patří mezi nejstarší přírodovědné disciplíny. Jejich vznik a rozvoj souvisel
od počátku především s mnohostrannými možnostmi praktického využití poznatků o počasí a podnebí, ať už
to bylo při vyhledávání míst vhodných k zakládání měst a osad, posuzování vhodnosti území pro
zemědělskou výrobu, mořeplavectví a jiné.
Poslední desetiletí 20. století znamenala výrazný celosvětový vzestup zájmu o atmosférické vědy, mezi
které meteorologie a klimatologie patří. Zejména aplikovaná meteorologie a klimatologie se staly velmi
užitečným i populárním přírodovědným oborem mezi vědeckou i laickou veřejností.
Důvody zájmu o meteorologii a klimatologii lze hledat především v těchto oblastech:
přibývá hmatatelných důkazů o existenci klimatických změn a narušení přirozeného stavu
úplného klimatického systému,
stále častější extrémní přírodní katastrofy mají zřetelně původ v meteorologických jevech a
procesech a jsou doprovázené stále vyššími materiálními škodami, případně ztrátami lidských
životů,
studium klimatu souvisí s problematikou tvorby, ochrany a péče o životní prostředí a globálními
environmentálními problémy.
Zemská atmosféra spolu s přízemní vrstvou představují významnou složku krajinné sféry. Vždyť biosféra,
jejíž součástí je člověk, je nedílnou součástí fyzickogeografické složky krajinné sféry a je na klimatických
podmínkách existenčně závislá.
Další důvody zvýšeného zájmu společnosti o klima jsou ryze praktické a korespondují s technickými,
ekonomickými a sociálními aspekty úzce závislými na klimatu. Nutnost zvýšené produkce potravin a s tím
související boj proti škůdcům, rostoucí potřeba a produkce elektrické energie a s tím spojené využívání
netradičních zdrojů energie, těžba nerostných surovin, řešení vybraných ekologických problémů, ochrana
zdraví obyvatelstva a mnohé další činnosti se realizují v těsných vazbách a souvislostech na stávající či
možné meteorologické a klimatické jevy či procesy.
Rostoucí zájem společnosti o klima se projevuje jak ve vztahu ke globálnímu klimatu Země, tak i ke
znalostem klimatických poměrů menších územních celků. Proto je třeba věnovat zvýšenou pozornost i těm
dílčím disciplínám klimatologie, které se uvedenými problémy zabývají.
Tento učební text je určený především pro studující vědy o Zemi a další studenty přírodovědných disciplín.
Vznikl z řady důvodů.
Studiu meteorologie a klimatologie se věnují na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci
především studenti studijního programu "Geografie" jak v bakalářském, tak i v magisterském stupni. Dále to
jsou studenti biologických oborů, především studijního programu "Ekologie a ochrana prostředí"a také
studenti bakalářských studijních oborů "Geografie a geoinformatika" a "Mezinárodní rozvojová studia".
Učební text může být užitečný zájemcům z jiných oborů. Dobrou motivací bylo i příznivé hodnocení a zájem
o předcházející učební texty na vysokých školách v ČR i na Slovensku.
Uplynulá léta přinesla mnoho jak úplně nových, tak i detailnějších poznatků, které se dotkly prakticky všech
oblastí studia klimatologie. Realizovala se řada mezinárodních a interdisciplinárních experimentů a
výzkumných projektů. Mnohé z nich bylo možné uskutečnit jen s využitím metod satelitního dálkového
průzkumu Země. Většina z nich prokázala, že o globálních klimatických změnách už nelze uvažovat
teoreticky, ale že již nastaly a projevují se stále výrazněji. Každoroční úbytek ozonu se již nespojuje pouze s
oblastí nad Antarktidou, ale stal se aktuální i pro oblast Evropy. Řada ledovců v Alpách se doslova ztrácí
před očima. Hladina oceánů se pomalu, ale soustavně zvyšuje. Plochy pouští se pravidelně zvětšují. Tak by
bylo možné vyjmenovat další a další aktuální problémy mající souvislost s projevy počasí a kolísáním
podnebí.
Tyto skutečnosti byly důvodem, proč je součástí textu i kapitola "Družicová a radarová meteorologie a
klimatologie", "Kolísání klimatu a klimatické změny". Z hlediska praktického využití poznatků byly zařazeny i
kapitoly "Místní klima", „Klima měst“ a „Meteorologické prvky, jejich měření, základní klimatické
charakteristiky“.
Zařazené grafické přílohy a tabulky by měly učinit text srozumitelnější a usnadnit vlastní studium. Některé z
nich se v drobných obměnách objevují ve všech učebnicích meteorologie a klimatologie, a proto neuvádím
jejich původní autory. Zdroj informace je ale uveden všude tam, kde jsou obrázky nebo tabulky převzaty ze
specializovaných publikací, časopisů, vlastních výzkumů, Internetu atd.
Skripta byla zpracována tak, aby k pochopení řady okruhů nebyly nutné širší znalosti fyziky, matematiky a
biologie. Proto je žádoucí, aby zájemce o hlubší studium některých popisovaných problémů prostudoval
specializovanou literaturu, jejíž výběr je uveden na konci textu.
Jednoznačně hlavním cílem autora ale bylo předložit srozumitelný učební text, který by vyvolal neformální
zájem o meteorologii a klimatologii. Byla to i snaha ukázat na širokou praktickou využitelnost poznatků z
meteorologie a klimatologie včetně dopadů celospolečenských aktivit lidstva na globální životní prostředí a
tak přispět také k širší popularizaci těchto vědních oborů. Autor uvítá každou konstruktivní připomínku,
námět nebo doporučení vedoucí k dalšímu zlepšení publikace.
Vysvětlivky k ikonám
Průvodce studiem
Prostřednictvím průvodce studiem k vám promlouvá autor textu. V průběhu četby vás
upozorňuje na důležité pasáže, nabízí vám metodickou pomoc a nebo předává důležitou vstupní
informaci ke studiu kapitoly.
Příklad
Příklad objasňuje probírané učivo, případně propojuje získané znalosti s ukázkou jejich
praktické aplikace.
Úkoly
Pod ikonou úkoly najdete dva druhy úkolů. Buď vás autor vybídne k tomu, abyste se pod
nějakou otázkou zamysleli a uvedli svůj vlastní názor na položenou otázku, nebo vám zadá úkol,
kterým prověřuje získané znalosti. Správné řešení zpravidla najdete přímo v textu.
Pro zájemce
Část pro zájemce je určena těm z vás, kteří máte zájem o hlubší studium dané problematiky.
Najdete zde i odkazy na doplňující literaturu. Pasáže i úkoly jsou zcela dobrovolné.
Řešení
V řešení můžete zkontrolovat správnost své odpovědi na konkrétní úkol nebo v něm najdete
řešení konkrétního testu. Váže se na konkrétní úkoly, testy! Nenajdete zde databázi správných
odpovědí na všechny úkoly a testy v textu!
Shrnutí
Ve shrnutí si zopakujete klíčové body probírané látky. Zjistíte, co je pokládáno za důležité.
Pokud shledáte, že některému úseku nerozumíte, nebo jste učivo špatně pochopili, vraťte se na
příslušnou pasáž v textu. Shrnutí vám poskytne rychlou korekci!
Kontrolní otázky a úkoly
Prověřují: do jaké míry jste pochopili text, zapamatovali si podstatné informace a zda je
dokážete aplikovat při řešení problémů. Najdete je na konci každé kapitoly. Pečlivě si je
promyslete. Odpovědi můžete najít ve více či méně skryté formě přímo v textu. Někdy jsou tyto
otázky řešeny na tutoriálech. V případě nejasností se obraťte na svého tutora.
Pojmy k zapamatování
Najdete je na konci kapitoly. Jde o klíčová slova kapitoly, která byste měli být schopni vysvětlit.
Po prvním prostudování kapitoly si je zkuste nejprve vyplnit bez nahlédnutí do textu! Teprve pak
srovnejte s příslušnými formulacemi autora. Pojmy slouží nejen k vaší kontrole toho, co jste se
naučili, ale můžete je velmi efektivně využít při závěrečném opakování před testem!
9
1
Úvod do meteorologie a klimatologie
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Vysvětlit, čím se zabývá meteorologie a klimatologie
Vysvětlit rozdíly pojmů počasí, podnebí, povětrnost
Vyjmenovat základní meteorologické prvky
Charakterizovat úplný klimatický systém
Vysvětlit
úlohu
Světové
meteorologické
hydrometeorologického ústavu
organizace
a
Českého
Vysvětlit nezastupitelnost družicové a radarové meteorologie a klimatologie v
práci meteorologů a klimatologů
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Prostudováním kapitoly získáte základní představu o obsahu studia meteorologie
a klimatologie jako vědních disciplín, jejich dělení a obsahu studia.
Zjistíte, které hlavní meteorologické prvky jsou předmětem měření a
pozorování a slouží ke stanovení klimatických charakteristik místa. Pro
další studium je nezbytné pochopit úlohu úplného klimatického systému
a nezastupitelnost družicové a radarové meteorologie v současné
meteorologii a klimatologii.
1.1 Meteorologie, klimatologie, počasí, podnebí
1.1.1 Meteorologie
Meteorologie (z řeckého "meteoros" - vznášející se ve výši, "logos" - slovo, věda)
je věda o zemské atmosféře, o jejím složení, vlastnostech, dějích a jevech v ní
probíhajících. Meteorologie využívá především fyzikálních poznatků a metod
řešení a je často označovaná za fyziku atmosféry.
Meteorologie studuje především:
složení a stavbu atmosféry,
oběh tepla a tepelný režim atmosféry,
oběh vody včetně její interakce se zemským povrchem,
všeobecnou cirkulace atmosféry a místní cirkulaci,
elektrického pole atmosféry,
optické a akustické jevy v atmosféře.
Meteorologie je vědní disciplína s širokým praktickým uplatněním. Řeší otázky
související s hydrologií, geografií, geofyzikou, chemií, biologií atd.
10
Odvětví meteorologie podle zaměření:
dynamická meteorologie (formuluje a matematicky řeší vztahy a rovnice
popisující statiku, dynamiku a termodynamiku atmosféry, cílem je objektivní,
fyzikálně podložená dynamická předpověď počasí),
synoptická meteorologie (analyzuje a studuje atmosférické jevy zpravidla
měřítka s pomocí synoptických map, hlavním cílem je analýza a předpověď
počasí),
fyzikální meteorologie (souborné označení pro fyziku oblaků a srážek, nauka
o záření v atmosféře, optických, elektrických a akustických jevech v
atmosféře),
družicová meteorologie (zabývá se získáváním a zpracováním
meteorologických údajů získaných z kosmického prostoru),
meteorologie radiolokační (radarová) využívá znalosti zákonů chování
radiovln v atmosféře ke zjišťování výskytu, lokalizaci a posouzení
meteorologických cílů, určování směru a rychlosti jejich pohybu).
Nejdůležitější odvětví aplikované meteorologie jsou biometeorologie,
agrometeorologie, letecká meteorologie námořní meteorologie, tropická, lékařská,
horská, lázeňská, průmyslová, technická, plachtařská, sportovní aj.
Stavbou a vlastnostmi atmosféry nad troposférou se zabývá aeronomie.
Aerologie se zabývá pozorováním a výzkumem vrstev atmosféry, které jsou
nepřístupné pozemními pozorováními.
Podle prostorového měřítka rozlišujeme makro-, mezo a mikrometeorologii.
Základní měřené nebo pozorované meteorologické prvky charakterizují fyzikální
stav atmosféry nebo atmosférické jevy. Jejich soubor charakterizuje počasí. Jsou
to sluneční záření, sluneční svit, teplota půdy, teplota vzduchu, tlak vzduchu,
vlhkost vzduchu, výpar, oblačnost, atmosférické srážky, směr a rychlost
větru.
Jejich okamžitý stav i dlouhodobý režim je bezprostředně ovlivňován řadou faktorů,
které se označují jako klimatotvorné.
Klimatické prvky představují statistické charakteristiky stanovené z měřených
nebo pozorovaných meteorologických prvků. Využívají se v klimatologii pro popis
podnebí, jsou to např. průměrné teploty, srážkové úhrny, relativní vlhkost,
převládající směr větru atd.
1.1.2 Klimatologie
Klimatologie (z řeckého "klima" - sklon a "logos" - slovo, věda) je chápána jako
nauka o podnebí. Pojem "klima" zavedl řecký astronom Hipparchos (190-120 př.
l.) a vyjádřil tak závislost klimatu na sklonu dopadajících slunečních paprsků.
Klimatologie reprezentuje vědu na rozhraní mezi geofyzikálními a geografickými
disciplínami.
Klimatologii se obecně definuje jako věda o klimatech Země, o podmínkách a
příčinách jejich formování a také jako vědu o působení klimatu na člověka,
objekty jeho činnosti a naopak.
11
Hlavní úkoly klimatologie:
studium utváření klimatu na Zemi a popis jejich odlišností v jednotlivých
regionech,
klasifikace podnebí a vymezení klimatických oblastí,
studium kolísání a změn klimatu, prognózy klimatu.
Podle měřítka území, na němž klima sledujeme rozlišujeme
makroklimatologii,
mezoklimatologii,
topoklimatologii,
mikroklimatologii.
Podle studijních hledisek se klimatologie dělí na:
obecnou (zabývá se obecnými zákonitostmi utváření podnebí a klimatických
změn, vztahy mezi klimatotvornými faktory a jevy a mezi klimatickými prvky
navzájem),
regionální (studuje klimatické poměry území různé velikosti, zjišťuje
prostorovou diferenciaci klimatických podmínek a provádí klimatickou
regionalizaci),
teoretickou,
aplikovanou (analyzuje a syntetizuje klimatologické údaje pro potřeby praxe).
Dělení klimatologie podle metody studia:
klasická,
dynamická,
synoptická,
komplexní.
Klasická klimatologie studuje klimatické prvky v jejich denním či ročním chodu
podle kalendářních úseků (den, dekáda, měsíc). Jako nejčastější charakteristiku
používá průměr, úhrn a četnost a z nich stanovuje klimatologické normály.
Poskytuje základní informace o podnebí místa.
Dynamická klimatologie při zpracování klimatologických charakteristik vychází z
různě dlouhých období, po která se na daném místě vyskytovaly určité cirkulační
nebo radiační podmínky, např. synoptická situace.
Synoptická klimatologie je část dynamické klimatologie. Zabývá se příčinnými
vazbami mezi cirkulačními typy počasí a utvářením podnebí. Využívá četnostního
zpracování povětrnostních situací a jejich projevy.
12
Komplexní klimatologie studuje klima na základě stanovení intervalů hodnot
skupiny vybraných meteorologických prvků. Základní jednotkou klimatologického
zpracování jsou třídy a typy počasí charakterizující počasí jednotlivých dní.
Podnebí jako dlouhodobý režim počasí je z komplexně klimatologického hlediska
charakterizováno na základě četnosti výskytu jednotlivých tříd a typů počasí.
Nejvýznamnější aplikovaná odvětví klimatologie jsou bioklimatologie, ekologická
klimatologie, historická klimatologie, lesnická klimatologie, agroklimatologie,
technická, lázeňská, lékařská, letecká, průmyslová aj.
1.2 Úplný klimatický systém
Úplný (světový) klimatický systém zahrnuje celou fyzickogeografickou sféru a
tvoří jej pět subsystémů.
1. atmosféra,
2. hydrosféra,
3. kryosféra,
4. povrch pevnin,
5. biosféra.
Subsystémy 2. až 5. představují přechodnou plochu směrem k atmosféře a tvoří
aktivní povrch (vrstvu). Součástí biosféry je i člověk, který svojí činností klimatický
systém ovlivňuje.
Mezi uvedenými subsystémy dochází nepřetržitě k výměně hmoty a energie, jsou
tedy otevřené.
Aktivní povrch (vrstva) je ta část krajinné sféry, na které dochází k odrazu
krátkovlnného slunečního záření a kde současně probíhá jeho přeměna na
tepelnou energii.
Aktivního povrchu podstatně ovlivňují tvorbu klimatu na všech prostorových
úrovních, nejvýrazněji mikroklimatu a místního klimatu. Aktivní povrch je tedy
významný klimatotvorný faktor.
Klima chápeme jako statistický soubor všech stavů, jimiž prochází úplný
klimatický systém během několika desetiletí.
Počasí označujeme jako okamžitý stav úplného klimatického systému.
Často používané jsou také pojmy povětrnost a povětrnostní situace.
Povětrností rozumíme nekolikadenní podobný průběh počasí.
Povětrnostní situace vyjadřuje rozložení vzduchových hmot, atmosférických front,
cyklon, anticyklon, které určují ráz počasí nad velkou geografickou oblastí
rozložení vzduchových hmot, atmosférických front, cyklon, anticyklon a jiných
synoptických objektů, které určují ráz počasí nad velkou geografickou oblastí.
13
Znalost mechanismu úplného klimatického systému je důležité pro pochopení
časoprostorové variability klimatu. Časová proměnlivosti představuje změny
sezónní, meziroční (interanuální) a sekulární. Prostorová proměnlivost zahrnuje
změny od rozměru topického (chorického) po globální. Nejproměnlivější částí
klimatického systému je atmosféra, nejméně proměnlivá je kryosféra.
Rovnovážný stav ÚKS je v posledních desetiletích narušovaný antropogenní
činností. Rizikové faktory vyvolávají čtyři hlavní změny ÚKS:
- zvyšování teploty zemského povrchu vlivem růstu koncentrace tzv. skleníkových
plynů,
- snižování koncentrace stratosférického ozonu,
- kontaminace potravinového řetězce,
- zvyšování acidity vodních nádrží a lesních porostů.
V r. 1990 se poprvé v historii stalo klima předmětem celosvětového zájmu vědců i
politiků. V Ženevě konala II. Světová klimatická konference za zachování
stability již narušeného klimatického systému. Byly dohodnuté celosvětové
aktivity řízené Světovou meteorologickou organizací (SMO) a Mezivládním
výborem vědeckých unií ICSU (Intergovernmental Council of Scientific Unions).
Programy koordinované SMO a zabývající se výzkumem klimatického systému
jsou tři.
Světová služba počasí WWW (World Weather Watch)
Světová služba atmosféry GAW (Global Atmospheric Watch)
Světový klimatický program WCP (World Climate Programme)
Na řešení uvedených programů se trvale podílí i Česká republika především v
rámci Národního klimatického programu.
Obr. 1 Úplný klimatický systém
14
(http://suta.blog.respekt.ihned.cz/c1-45972860-klimaticke-zmeny-fakta-bez-mytu)
1.3 Organizace meteorologické služby
1.3.1 Meteorologická služba v České republice
Sběr meteorologických a hydrologických dat a informací spolu s údaji o znečištění
ovzduší zajišťuje na území ČR Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ).
Profesionální staniční síť zahrnuje stanice meteorologické, meteorologické
letecké a observatoře. Jejich činnost se řídí předpisy Světové meteorologické
organizace a metodickými předpisy ČHMÚ.
Staniční síť ČHMÚ zahrnovala v roce 2011 celkem 38 profesionálních
meteorologických stanic. Nejstarší a historicky unikátní je stanice Praha Klementinum. Stanice Dukovany a Temelín zajišťují kromě běžného programu
meteorologické zabezpečení provozu jaderných elektráren, observatoř Doksany je
součástí světové fenologické sítě.
Hlavní náplní činnosti meteorologických stanic a observatoří je měření a
pozorování stanovených meteorologických i jiných prvků, jejich základní
zpracování a předávání do centra v ČHMÚ ve stanovené formě a termínech.
V současnosti jsou všechny profesionální stanice a observatoře vybaveny
automatickými měřícími systémy a měří nepřetržitě.
Synoptická měření a pozorování se provádějí v hodinových termínech v UTC
(Universe Time Coordinated - světový koordinovaný čas, SEČ = UTC + 1 hodina).
Výsledky měření a pozorování jsou předávány každou hodinu ve zprávě SYNOP.
Slouží k vytvoření předpovědí počasí a pro mezinárodní výměnu.
Mimořádné zprávy BOUŘE o náhlé změně počasí jsou sestavovány a předávány
centru okamžitě (výskyt nebezpečných meteorologických jevů, změna směru nebo
rychlosti větru nad stanovenou hodnotu, snížená dohlednost nebo výška základny
oblačnosti).
Klimatologická měření a pozorování se provádějí v 7, 14 a 21 hodin místního
středního slunečního času (MSSČ) a předávají se do centra jednou denně po
klimatologickém termínu v 7 hodin ve zprávě INTER.
Standardní měřící a pozorovací program na profesionálních stanicích
Měřené prvky jsou teplota, vlhkost a tlak vzduchu, směr a rychlost větru, úhrn
srážek a výška sněhové pokrývky, doba trvání slunečního svitu, přízemní
minimální teplota v 5 cm nad zemským povrchem a příkon fotonového dávkového
ekvivalentu.
Pozorované prvky jsou vodorovná dohlednost, pokrytí oblohy oblačností,
charakteristiky oblačnosti (množství, druh, výška spodní základny), stav a průběh
počasí, nebezpečné a zvláštní atmosférické jevy a náhlé změny počasí.
Nadstandardní činnost zahrnuje měření výparu vody z vodní hladiny, teploty
půdy, měření slunečního záření a měření čistoty ovzduší.
15
Data a informace získává ČHMÚ též z meteorologických radarů, sond a
meteorologických družic.
1.3.2 Světová meteorologická organizace
Světová meteorologická organizace SMO (WMO, World Meteorological
Organization) se sídlem v Ženevě sdružovala v r. 2011 183 členských států a 6
teritorií. Dohoda o Světové meteorologické organizaci vstoupila v platnost 23. 3.
1953 a bývalé Československo patří mezi 22 zakládajících států. Tento den se
považuje od r. 1961 za "Světový meteorologický den".
Členské země tvořící Světovou meteorologickou organizaci jsou zařazeny do jedné
z 6 regionálních asociací (Afrika, Asie, Jižní Amerika, Severní a Střední Amerika,
jihozápadní Tichomoří a Evropa).
Hlavní úkoly Světové meteorologické organizace:
- podporovat v celosvětovém měřítku spolupráci při výstavbě meteorologických
staničních sítí a napomáhat zřizování meteorologických center poskytujících
meteorologické služby,
- podporovat výstavbu a provoz systému pro rychlou výměnu meteorologických
informací,
- podněcovat standardizaci meteorologických pozorování a
jednotnou publicitu meteorologických dat a informací,
zabezpečovat
- podporovat aplikace meteorologie v oboru letectví, námořní plavby, vodního
hospodářství, zemědělství a dalších oborech lidské činnosti,
- podněcovat výzkum a výchovu v meteorologii,
- podporovat aktivity v operativní hydrologii a dosáhnout těsnou koordinaci mezi
meteorologickými a hydrologickými službami.
Hlavní program Světové meteorologické organizace představuje Světový
klimatický program WCP (World Climate Programme).
Vznikl v roce 1979 a zahrnuje tyto dílčí části:
Světový program pro klimatická data a monitoring WCDMP (World Climate
Data and Monitoring Programme),
Světový program pro klimatické aplikace a služby WCASP (World Climate
Applications ans Services Programme)
Světový program pro hodnocení dopadů a strategie odezvy WCIARSP (World
Climate Impact Assessment and Response Strategies Programme)
Světový program pro výzkum klimatu WCRP (World Climate Research
Programme)
Světový klimatický program podporuje Celosvětový program sledování klimatu
GCOS (Global Climate Observing System) zahrnující všechny složky klimatického
systému.
16
Za účelem zhodnocení dostupných poznatků o globálním klimatu, jeho dopadech a
s tím souvisejících ekonomických a jiných otázkách, především o možném
globálním oteplování vyvolaném lidskou činností založily Světová meteorologická
organizace a Program OSN pro životní prostředí UNEP (United Nations
Environment Programme) v roce 1988 Mezivládní komisi pro změny klimatu IPCC
(Intergovernmental Panel on Climate Change).
1.4 Radarová a družicová meteorologie, aerologie
Radarová, družicová a aerologická měření a pozorování označujeme též jako
distanční.
1.4.1 Meteorologicky radar
Radary obecně pracují na principu detekce signálu elektromagnetického záření
vyslaného radiolokátorem k meteorologickým cílům a odraženého zpět. Obraz se
promítá na obrazovce radiolokátoru. Meteorologické radary slouží ke zjišťování
rozložení okamžitých intenzit atmosférických srážek a výskytu jevů spojených
s oblačností. Využívají vlastnosti meteorologických cílů v atmosféře (vodní kapičky,
sněhové vločky, ledové krupky, oblačné částice) odrážet (rozptylovat) radiovlny a
současně je zpětně zachycovat.
Obr. 2: Princip radaru
Vzhledem k plošnému pokrytí a dostatečnému časoprostorovému rozlišení dat
radarová měření vhodně doplňují síť pozemních stanic i družicová pozorování pro
potřeby synoptické a letecké meteorologie. Poskytují přehled o pohybu a struktuře
srážkových systémů v reálném čase, umožňují velmi krátkodobou předpověď
na několik minut až hodin dopředu, vydávat varování před nebezpečnými
meteorologickými jevy spojenými s konvektivní oblačností (bouřky, kroupy).
Účinný dosah běžně používaných meteorologických radarů pro určování
intenzity srážek je 100 - 150 km a bouřkovou oblačnost lze zachytit do
vzdálenosti až 300 km.Území ČR pokrývají dva meteorologické radary (Brdy na
vrcholu Praha, Českomoravská vrchovina na vrcholu Skalky). Radarová měření
probíhají nepřetržitě v intervalu 10'.
17
Obr.3 : Pole srážek na radarovém snímku
1.4.2 Družicová meteorologická měření a pozorování
Rozvoj kosmických technologií našel od 60. let minulého století uplatnění i v
meteorologii a klimatologii.
Z hlediska operačního využívání jsou nezastupitelné automatické meteorologické
družice pracující v nepřetržitém režimu. Tvoří světový meteorologický kosmický
systém. V rámci projektu WMO Space Programme a Světová služba počasí
WWW (World Watch Weather) je provozován operační systém 5 meteorologických
satelitů s kruhovou polární (subpolární) oběžnou drahou a 5 meteorologických
satelitů na geostacionární oběžné dráze.
Obr. 4
18
Obr. 5: Světový meteorologický kosmický systém
Meteorologické satelity jsou provozovány jednotlivými státy nebo skupinami států
(v USA NOAA, v Evropě ESA).
Nejznámější z amerických satelitů je řada NOAA provozovaná Národní agenturou
pro výzkum oceánu a atmosféry. Pohybují po dráze blízké polární.
Satelity řady GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), taktéž
americké, jsou geostacionární. Nacházejí se nad rovníkem ve výšce okolo 36 000
km.
Satelity řady METEOSAT se pohybují po geostacionární oběžné dráze a patří mezi
nejmodernější meteorologické satelity. Jsou provozovány evropskou mezivládní
organizací EUMETSAT. Poskytují snímky zemského povrchu a atmosféry každých
30'. První satelit druhé generace MSG-1 byl vypuštěn 29. 8. 2002, MSG-2 v r.2005.
Celý systém má být funkční v r. 2018.
V roce 2006 byl vypuštěn evropský satelit s polární oběžnou drahou MetOp,
během dalších let to budou další tří a vznikne kosmický systém polárních satelitů
EUMETSAT's Polar System (EPS).
Nejdůležitější oblasti využití družicové meteorologie a klimatologie jsou:
- předpověď počasí a monitorování jeho aktuálního stavu,
- studium oblačnosti a určení změn teploty s výškou,
- měření rychlosti větru,
- výzkum tropických cyklón,
- toky energie v systému Země - atmosféra a včetně bilanci celkového záření na
horní hranici atmosféry,
- globální rozdělení vodních par v atmosféře,
- globální rozložení teploty nad pevninou a oceánem a tím absorpci a radiaci tepla,
19
- rozložení pokrytí oblačností, která má hlavní vliv na albedo systému země ↔
atmosféra,
- teplotu povrchu oceánu,
- proudění větru a cirkulaci vzduchu.
Aerologická měření zahrnují pozorování a výzkum vrstev atmosféry, které
jsou pro pozorování ze zemského povrchu nedostupné. Pro měření využívá
balony, radiosondy a letadla, na kterých jsou umístěna čidla vysílající nejčastěji
údaje o teplotě a vlhkosti vzduchu, atmosférickém tlaku, směru a rychlosti
větru.
ČHMÚ provozuje aerologické stanice Praha – Libuš a Prostějov. Měří denně v
00, 06, 12, 18 hodin světového času (UTC, tj. SEČ-1h, SELČ-2h).
Ozonosondážní měření byla na území ČR zahájena v roce 1977 na stanici Praha
- Libuš.
V roce 1994 byla v ČR zahájena pravidelná měření vertikálních profilů
radioaktivity atmosféry (β a γ záření).
20
http://www.wmo.int/pages/index_en.html
http://www.chmi.cz
Příklad / Příklad z praxe
Na www stránkách ČHMÚ (http://www.chmi.cz) najděte aktuální informaci z
meteorologického radaru a popište ji!
Úkol / Úkol k zamyšlení
Pokuste se popsat využití meteorologických družic při předpovědi počasí a
studiu podnebí.
SHRNUTÍ
Kapitola vysvětluje rozdíly mezi meteorologií a klimatologií, vymezuje předmět a
obsah jejich studia. Charakterizuje úplný klimatický systém a jeho význam při
utváření podnebí na Zemi. Vyjmenovány jsou základní meteorologické prvky a
klimatotvorné faktory. Obsahem kapitoly je informace o distančních metodách a
jejich nezastupitelnosti v současné meteorologii a klimatologii. Popsána je úloha
Světové meteorologické organizace a Českého hydrometeorologického ústavu.
1. Jaký je rozdíl mezi podnebím, počasím a povětrností?
2. Které subsytémy tvoří úplný klimatický systém?
3. Které jsou základní meteorologické prvky a jak se liší od klimatických?
4. Zjistěte, čím se zabývá Odbor distančních měření a informací ČHMÚ!
Aktivní povrch, Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ), distanční metody,
klimatologie, Klimatický prvek, Meteorologie, Meteorologický satelit (MeteoSat,
MetOp, NOAA), Meteorologická radiosonda, Meteorologický radar, Počasí,
Podnebí, Povětrnost, Povětrnostní situace, Světová meteorologická organizace
(WMO), Staniční síť, Úplný klimatický systém, Meteorologický prvek
21
2
Atmosféra
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Popsat zemskou atmosféru z hlediska jejího vývoje, složení, členění a
vlastností.
Charakterizovat přízemní a planetární vrstvu atmosféry.
Vysvětlit princip vzniku a zániku stratosférického ozonu a jeho úlohu v zemské
atmosféře.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Kapitola přináší základní informace o zemské atmosféře, jejím vzniku, složení a
vertikálním členění. Je vysvětlena struktura a význam přízemní vrstvy atmosféry.
Narušení ozonosféry představuje nejrizikovější zásah člověka do úplného
klimatického systému a současně jeden z nejzávažnějších globálních problémů
životního prostředí. Proto na konci této kapitoly najdete základní informace o
ozonu v atmosféře.
2.1 Charakteristika a vývoj zemské atmosféry
Plynný obal Země se nazývá atmosféra a obklopuje ji do výšky několika desítek
tisíc km. Plyn tvořící atmosféru se nazývá vzduch. Je to směs plynů, které
navzájem chemicky nereagují. Složení vzduchu je v podstatě stejné asi do výšky
100 km. Zemská atmosféra se účastní zemské rotace a okolo Země se udržuje
díky gravitační síle. Současná atmosféra je výsledkem evoluce, která trvala 3-4
miliardy roků. Hmotnost zemské atmosféry je asi 5,157.1018 kg, (necelá milióntina
hmotnosti Země - 5,977.1024 kg). Tlak a hustota s výškou rychle klesají a tak je 50
% hmotnosti atmosféry soustředěno ve výšce do 5,5 km, 75 % do 11 km a 90 % do
20 km od povrchu Země. Ve vrstvě do 36 km je soustředěno 99 % hmotnosti
atmosféry.
Zemská atmosféra vznikla v důsledku odplyňování lávy. Prvotní atmosféra byla
tenká a v důsledku toho teplota vzduchu při zemském povrchu odpovídala stavu
zářivé rovnováhy (množství pohlcené tepelné energie odpovídalo jeho vyzařování
v oblasti dlouhovlnného tepelného záření). Průměrná teplota na Zemi činila -15 ºC.
Postupně docházelo ke změně chemického složení atmosféry. Původní
atmosféra prakticky neobsahovala volný kyslík. Pouze malá část byla uvolňována
fotodisociací vodní páry. V podstatě nepřítomnost kyslíku byla důležitá pro vznik
organických sloučenin z neorganických molekul. Tyto organické molekuly daly
vzniknout prvním organizmům, kterými byly jednobuněčné řasy. Ty uskutečňovaly
fotosyntézu, při níž se uvolňoval do atmosféry kyslík. Takto vzniká i dnes
rozhodující množství volného atmosférického kyslíku.
Značný klimatický význam měl a má v atmosféře oxid uhličitý (CO2). Do atmosféry
se dostával hlavně při procesu odplyňování lávy. Pro zemskou atmosféru je
důležité, že je CO2 pohlcovaný zelenými rostlinami při fotosyntéze.
22
2.2 Chemické složení atmosféry
Zemskou atmosféru tvoří směs různých plynů, vodní páry, pevných a kapalných
částic. Vzhledem k objemovému zastoupení lze zemskou atmosféru označit jako
dusíkovo - kyslíkovou. Suchá a čistá atmosféra má blízko zemského povrchu
toto chemické složení.
Kromě toho jsou v zemské atmosféře stopové plyny (např. NH3), oxid uhelnatý
(CO), páry jódu (J) aj.
Pro život na Zemi je nezbytný kyslík. Ve výšce asi 80 km nad zemským povrchem
vzniká nepatrné množství kyslíku fotodisociací vodních par. Rozhodující množství
kyslíku se do atmosféry uvolní fotosyntézou zelených rostlin.
Fotosyntéza
Její sumární rovnice má tvar:
světlo ,chlorofyl
6CO2 + 6 H 2O 
 → C6 H 12O6 + 6O2
Součástí atmosféry jsou vodní páry. Zejména ve spodní části atmosféry můžeme
charakterizovat vzduch jako vlhký. Jejich obsah kolísá od 0,2 % v polárních
oblastech do 2,5 % na rovníku a dosahuje maximálně 4 %. Suchý vzduch se v
přírodě prakticky nevyskytuje.
Součástí atmosféry jsou aerosoly, které definujeme jako rozptyl tuhých látek
-6
-2
nebo kapalin o velikosti částic 10 až 10 µm v plynech. Atmosférické aerosoly
jsou všechny kapalné a pevné částice nacházející se v zemské atmosféře.
Většina z nich se uplatňuje jako kondenzační nebo krystalizační jádra. Řada
aerosolů způsobuje zeslabování slunečního záření, některé jsou nositeli
elektrického náboje nebo jsou radioaktivní. Atmosférické aerosoly mohou mít
přírodní nebo antropogenní původ.
Přírodní aerosoly představuje především kosmický prach, vulkanický prach, tuhé
částice kouře, ledové krystalky, částice mořské soli, půdní prach, prach
organického původu a aeroplankton.
Přibližně 10% atmosférických aerosolů má antropogenní původ. Jejich vliv bývá
většinou negativní ve vztahu k živým organizmům (např. zplodiny při spalování
pohonných hmot). Značnou zátěž pro atmosféru představují pevné antropogenní
aerosoly. Nebezpečnou skupinu antropogenních aerosolů představují plynné
příměsi. Jsou to již uvedené zbytkové produkty při spalování fosilních paliv,
zejména oxid siřičitý (SO2), oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOX) aj. Z hlediska
kvality životního prostředí a zejména vlastní atmosféry jsou nejnebezpečnější
reakce uvedených aerosolů s atmosférickými vodními parami. Rizikovým faktorem
v zemské atmosféře jsou produkty umělého radioaktivního odpadu.
Přirozené i antropogenní aerosoly ovlivňují regionální i globální klima. Není zcela
objasněno, které aerosoly oteplují nebo ochlazují Zemi.
Aerosoly také ovlivňují klima nepřímo tím, že mění charakter a vlastnosti oblaků.
Přebírají také úlohu kondenzačních jader při tvorbě dešťových kapek. Změna
charakteru atmosférického aerosolu může změnit četnost výskytu oblaků, jejich
tloušťku a množství srážek.
23
Aerosoly se mohou vyskytovat i ve stratosféře. Stratosférické aerosoly mají
nejčastějším původ ve vulkanických erupcích. Mohou setrvávat ve stratosféře i
několik měsíců a způsobit globální snížení průměrné teploty. Bylo prokázáno, že
při výbuchu sopky Mount Pinatubo na Filipínách 15. 6. 1991 se uvolnilo do
atmosféry a postupně do stratosféry asi 20 mil. tun SO2 a následující roky se
snížila průměrná globální teplota asi o 0,5 ºC.
Tab. 1 Složení atmosféry v blízkosti zemského povrchu (podle C. D. Ahrens 1998,
upraveno)
Stálé plyny
Plyn
Značka Objemové
množství
(%)
Dusík
N2
78,08
Kyslík
O2
20,95
Argon
Ar
0,93
Neon
Ne
0,0018
Helium
He
0,0005
Vodík
H2
0,00006
Xenon
Xe
0,000009
Proměnlivé plyny
Plyn (a částice)
Značka
Objemové
(%)
Vodní páry
H2O
0-4
-
Oxid uhličitý
CO2
0,036
360*
Metan
CH4
0,00017
1,7
Oxid dusný
N20
0,00003
0,3
Ozon
O3
0,000004
0,04**
Částice (prach, saze aj.)
-
0,000001
0,01-0,15
Freony (CFCs)
-
0,00000002
0,0002
* V milionu molekul vzduchu je 360 molekul CO2
** Hodnoty ve stratosféře jsou 5-12 ppmv
množství Počet částic na milion (ppmv)
24
Poznámka: Množství některých látek v plynech, např. v atmosféře, se někdy uvádí
v počtu jejich částic vzhledem k objemu. Výraz ppmv = jeden díl v milionu
objemově, ppbv = jeden díl v miliardě objemově, pptv = jeden díl v bilionu
objemově atd.
2.3 Vertikální členění atmosféry
Nejčastější kritéria při vertikálním členění atmosféry jsou:
průběh teploty vzduchu s výškou (nejdůležitější pro studium počasí a
podnebí),
povaha fyzikálně chemických procesů,
charakter kinetických procesů,
chemické složení.
Vertikální členění podle průběhu teploty s výškou
Troposféra
Je to část zemské atmosféry bezprostředně přiléhající k zemskému povrchu. Mezi
42º s. a j. z. š. sahá do výšky 16-18 km, ve středních zeměpisných šířkách do
výšky 11 km a v polárních oblastech jen do výšky 7-9 km. Dělí se na spodní (u
nás do 2 km), střední (mezi 2-7 km) a horní (nad 7 km) troposféru. Troposféra do
značné míry podléhá vlivům zemského povrchu. Teplota vzduchu s výškou klesá
průměrně o 0,65 ºC na 100 metrů výšky. Soustřeďuje až 75 % hmotnosti
atmosféry, zejména v nižších zeměpisných šířkách. Je oblastí intenzivního
proudění vzduchu. Obsahuje téměř veškerou vodu v atmosféře a proto je oblastí
vzniku nejdůležitějších oblaků, bouřkové činnosti, vzniku a vypadávání srážek a
mlh.
Troposféru odděluje od vyšší vrstvy atmosféry přechodná vrstva tropopauza. Její
tloušťka kolísá od několika set m až do 3 km. Asi 1-2 km pod tropopauzou,
zejména mezi 25 - 70º z. š., lze pozorovat v úzkých pásech proudění vzduchu o
vysokých rychlostech tzv. tryskové proudění (jet stream). Uvádějí se jeho rychlost
-1
-1
až 500 km.h . Nad naším územím byly naměřené rychlosti kolem 300 km.h .
Vliv aktivního povrchu se nejvíce projevuje na část troposféry, která k němu
bezprostředně přiléhá. Označuje se jako přízemní vrstva. Ta je součástí
planetární mezní vrstvy atmosféry. Podle podmínek pro přenos a výměnu
tepelné energie rozlišujeme v přízemní vrstvě atmosféry dílčí vrstvy.
-3
-2
-2
-1
Laminární subvrstva sahá do výšky 10 až 10 m nad aktivní povrch. Vyskytuje
se pouze nad aerodynamicky hladkými povrchy (nad vodní hladinou při slabém
větru, uhlazenou sněhovou pokrývkou). Transport energie se děje jen
molekulárním vedením.
Přízemní mezivrstva sahá do výšky 10 až 10 m nad aktivní povrch, transport
energie se děje molekulárním vedením i nedokonale vyvinutou turbulencí.
25
Přízemní vrstva (též Prandtlova) sahá do výšky maximálně 100 m. Dynamické a
termodynamické vlivy zemského povrchu jsou výrazně. Vertikální gradienty většiny
meteorologických prvků dosahují maximálních hodnot. Transport energie je
podmíněný plně vyvinutou turbulencí.
Planetární mezní vrstva atmosféry je vrstva, v níž se bezprostředně projevuje
vliv zemského povrchu na pole meteorologických prvků. Její horní hranice roste se
zvětšující se drsností zemského povrchu, s rychlostí větru a se vzrůstající
nestabilitou teplotního zvrstvení. Je mocná několika set metrů až 2 km. Na její
horní hranici se projevuje vliv planetární cirkulace. Plně převládá turbulentní
přenos energie.
Obr. 6: Vertikální členění planetární mezní vrstvy atmosféry, podle Prošek, Rein
(1982), upraveno
Stratosféra
Nachází se mezi tropopauzou a stratopauzou a zasahuje maximálně do výšky 55
km nad zemským povrchem. Ve své spodní části (20-25 km) je charakteristická
prakticky izotermií. Asi od 25 km výšky teplota vzrůstá vlivem pohlcování
ultrafialového záření ozonem. V blízkosti stratopauzy je maximální teplota kolem 0
ºC. Vodních par je ve stratosféře minimální množství a jejich přítomnost někdy
signalizují perleťová oblaka ve výšce kolem 25 km. Přechodnou vrstvou k vyšší
vrstvě je stratopauza.
Mezosféra
Mezosféra leží nad stratopouzou, tedy mezi 50-85 km výšky. Teplota klesá od 0 ºC
na spodní hranici a na horní dosahuje až -95 ºC. V letním období lze v mezosféře
pozorovat stříbřitá oblaka. Tvoří je kosmický a vulkanický prach i ledové krystalky.
Vrstva oddělující mezosféru od termosféry se označuje jako mezopauza.
Termosféra
Sahá od výšky asi 80-90 km nad zemským povrchem do 450 km. Podle některých
autorů se nachází její horní hranice až v 700 km. Termosféra je charakteristická
rychlým vzestupem teploty s výškou do 200 až 300 km. Ve výšce okolo 200 km
dosahuje teplota hodnoty 500 ºC a přibližně v 600 km již přesahuje 1500 ºC. V
termosféře se může realizovat polární záře. Její souvisí s intenzívní sluneční
činností při magnetických bouřích a to hlavně v polárních oblastech v okolí
zemských magnetických pólů.
26
Exosféra
Nejsvrchnější část atmosféry sahající do výše až 40 000 km. V důsledku vysoké
kinetické energie z ní mohou atmosférické částice unikat do meziplanetárního
prostoru.
Obr. 7: Vertikální členění atmosféry
2.4 Ozon v atmosféře a jeho destrukce
Nepostradatelnou složkou atmosféry pro život na Zemi je ozon (O3) V atmosféře
se nachází v množství asi 0,000.004 % jejího objemu. Rozhodující množství (90%)
je koncentrováno ve v ozonosféře, která je součástí troposféry. Zbytek se nachází
v troposféře.
Ozon objevil v r. 1839 C. F. Schönbeim, od r. 1957 se globálně monitoruje v rámci
programu GO3OS. V r. 1984 byly poprvé zjištěny extrémně nízké koncentrace
ozonu na Antarktidou a tento stav trvá do současnosti.
Stratosférický ozon
Stratosférický ozon je produkt fotochemických reakcí vyvolaných působením
ultrafialového záření na molekuly kyslíku. Ozon intenzívně pohlcuje ultrafialové
záření hlavně v oblasti vlnových délek λ=0,220 µm až 0,360 µm (úplně pohlcuje
záření o vlnové délce λ=0,220-0,290 µm). Vznik a rozpad ozonu probíhá v
atmosféře nepřetržitě. Nezastupitelná úloha starosférického ozonu spočívá v tom,
že pohlcuje to záření, jehož působení má na živé organizmy škodlivé účinky.
27
Obr. 8: Schéma vzniku ozonu fotodisociací kyslíku
(http://www.dentalcare.cz/odbclan.asp?ctid=76&arid=1067)
Množství ozonu v atmosféře se udává v Dobsonových jednotkách (DJ) s
mezinárodním označením DU (Dobson Unit). Je pojmenovaná podle anglického
vědce G. Dobsona, konstruktéra stejnojmenného spektrofotometru.
Jedna DJ celkového ozonu je definovaná jako množství ozonu obsažené ve
vertikálním sloupci zemské atmosféry, které by při stlačení na 1013 hPa při
-3
teplotě 10 ºC vytvořilo vrstvu silnou 10 cm.
Troposférický ozon (přízemní)
Vzniká zejména fotochemickým rozkladem látek, které se uvolňují do atmosféry v
důsledku lidské činnosti, především NOX a uhlovodíků. Ve zvýšených
koncentracích se vytváří za suchého a slunečného letního počasí v oblasti s
vysokou koncentrací průmyslové výroby a hustou automobilovou dopravou.
Vzhledem k vysoké reaktivitě má negativní vliv na biosféru a představuje jeden
z nejdůležitějších faktorů ekologického stresu. Ve vyšších koncentracích
poškozuje lidský organizmus a vegetaci. V troposféře se chová jako skleníkový
plyn.
Snižování koncentrace přízemního ozonu patří mezi aktuální úkoly v oblasti
ochrany ovzduší. V ČR činí hygienická norma průměrné osmihodinové
-3
koncentrace přízemního ozonu 160 µg.m .
Monitoring stratosférického ozonu
Pozemní měření koncentrace starosférického ozonu byla zahájena v Antarktidě v r.
1956. V roce 1957 založila SMO mezinárodní síť standardizovaného pozemního
měření a výzkumu ozonu GO3OS (Global O3 Observing System). V této
celosvětové síti je asi 140 stanic včetně Solární a ozonové observatoře v Hradci
Králové.
Satelitní měření započala počátkem 70. let. Od r. 1978 to byla americká
meteorologická družice NIMBUS-7. Byl na ní umístěn spektrometr pro globální
mapování ozonu TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) Od r. 1993 byla tato
aparatura byla postupně umístěna i na ruský satelit METEOR-3 (1993) a
japonskou družici ADEOS (1995). V roce 1995 byla umístěna aparatura GOME-2
na monitorování ozonu ve stratosféře na satelitu ERS-2 Evropské vesmírné
agentury ESA (European Space Agency).
28
Globální změny ozonové vrstvy
Prostorově rozsáhlá a výrazná redukce stratosférického ozonu byla poprvé zjištěna
počátkem 80. let v oblasti Antarktidy pozemními měřeními. Později byla
prokázaná i družicovými měřeními. Vžil se pro ni nesprávný název "ozonová
díra". Každoročně se vytváří od počátku září do poloviny listopadu nad jižními
polárními oblastmi. Zasahuje až do mírných zeměpisných šířek. Snížení celkového
množství ozonu v "ozonové díře" činí až 60 %. V zimě 1991/92 bylo šokem zjištění
výrazného zeslabení ozonové vrstvy i nad částí severní a západní Evropy a nad
Sibiří.
Termínem ozonová "mini-díra" je užíván pro anomálie v ozonové vrstvě o
2
plošném rozsahu řádově tisíce km . Původ uvedené anomálie je čistě
termodynamický a svoji polohu mění v závislosti na cirkulačních podmínkách
spodní stratosféry a horní troposféry a jejich trvání je pouze několik dnů.
Německý chemik nizozemského původu Paul Crutzen, spolunositel Nobelovy ceny
za chemii pro rok 1995, vyslovil domněnku, že "ozonová díra" nad Antarktidou by
se mohla kolem roku 2050 opět uzavřít.
Obr. 9: 3-D model úbytku ozonu nad Antarktidou
(http://www.geog.ucsb.edu/~jeff/115a/history/nimbus7.html)
29
Pro zájemce
http://old.chmi.cz/meteo/ozon/UV_online.html
http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/ozon/o3uvb.html
http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/index.html
Příklad / Příklad z praxe
Jakému celkovému množství ozonu v atmosféře v DJ by odpovídala jeho vrstva
silná 2,8 mm?
Úkol / Úkol k zamyšlení
Najděte webovou stránku Solární a ozonové observatoře v Hradci Králové a
zjistěte informaci o aktuální koncentraci troposférického ozonu nad ČR.
Na
http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/index.html
najděte
nejnižší
denní
koncentrace ozonu nad Antarktidou během posledních 5 roků!
SHRNUTÍ
Kapitola obsahuje základní poznatky o zemské atmosféře, jejím vývoji, složení a
členění. Je uvedeno dělení troposféry jako nejnižší vrstvy atmosféry. Součástí této
části učebního textu je shrnutí základních informací o atmosférickém ozonu, jeho
významu pro život na zemi a o příčinách jeho trvalého poklesu ve stratosféře.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Které stále a které proměnlivé plyny jsou v zemské atmosféře zastoupeny
největším poměrným dílem?
2. Co je příčinou růstu teploty ve stratosféře?
3. Jak se dělí přízemní vrstva atmosféry?
4. Které jsou hlavní příčiny destrukce ozonu nad Antarktidou?
Pojmy k zapamatování
Dobsonova jednotka, fotodisociace, fotosyntéza, homosféra, heterosféra, ozon,
planetární mezní vrstva atmosféry, přízemní vrstva atmosféry, troposféra,
stratosféra
30
3
Energetický systém a energetická
bilance Země
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Rozlišit vlastnosti a chování krátkovlnného slunečního záření a dlouhovlnného
tepelného záření v atmosféře a na zemském povrchu.
Popsat souvislost mezi základními zákony záření a utvářením podnebí na Zemi
Popsat podstatu energetické bilance Země
Vysvětlit princip skleníkového efektu atmosféry.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Sluneční záření představuje zásadní a nenahraditelný zdroj energie pro úplný
klimatický systém. V textu kapitoly se dozvíte, které složky sluneční záření
obsahuje, jak se mění jeho množství při průchodu atmosférou a na zemském
povrchu. Pozornost věnujte způsobu přeměny zářivé sluneční energie na
tepelnou a hospodaření klimatického systému s touto energií. Takto pochopíte i
mechanismus skleníkové efektu a jeho význam pro život na Zemi.
3.1 Sluneční záření
Zářením (radiací) rozumíme v meteorologii šíření elektromagnetického slunečního
záření (dále EM záření) zemskou atmosférou.
Zářivá energie Slunce tvoří prakticky jediný zdroj energie pro úplný klimatický
systém. Další zdroje (geotermální energie, gravitační energie, energie z
elektrických výbojů v atmosféře, energie kosmického záření či radioaktivního
záření) jsou bezvýznamné.
Vlastní EM záření se šíří od Slunce ve formě elektrických a magnetických vln
8
-1,
rychlostí 3.10 m.s tj. blízkou rychlosti světla a zemský povrch dosáhne přibližně
za 8,3 min. Toto záření se na zemském povrchu přeměňuje zejména na tepelnou
energii.
Elektromagnetické záření charakterizuje jeho vlnová délka (λ). Základní jednotka
-9
-6
vlnové délky je 1 nanometr (1 nm=10 m) nebo 1 mikrometr (1 µm=10 m).
Vlnová délka 0,745 µm odpovídá 745 nm.
-2
Míra záření se vyjadřuje jeho intenzitou ve wattech (W) na jednotku plochy (m ),
-2
tedy ve W.m . Celková intenzita záření za časový interval se udává ve Wh nebo
kWh Celkové množství slunečního záření na horní hranici atmosféry při střední
vzdálenosti Země - Slunce 149,6 mil. km se nazývá solární (sluneční) konstanta
-2
IS. Její hodnota je 1373 ± 20 W.m .
Země obíhá kolem Slunce po mírně eliptické dráze a proto se hodnota solární
konstanty v průběhu roku mění přibližně o ±3,5 %.
31
Množství přímého slunečního záření dopadajícího na jednotkovou
vodorovnou nebo ukloněnou plochu za jednotku času se nazývá insolace. Její
hodnota na libovolné části zemského povrchu se mění v průběhu dne i roku a
závisí na zenitové vzdálenosti Slunce z (nebo výšce Slunce v). Jak vyplývá z
Obr.10., insolace na ukloněné ploše I je vyšší, než na ploše horizontální Ih.
Obr. 10. Závislost míry insolace na zeměpisné šířce, resp. výšce Slunce nad horizontem
Z uvedených skutečností vyplývá, že pro množství dopadajícího záření na zemský
povrch je rozhodující zeměpisná šířka místa a sklon plochy, na kterou dopadá.
3.1.1 Spektrum slunečního záření
Podle délky se dělí sluneční záření na krátkovlnné a dlouhovlnné, podrobněji na
ultrafialové, viditelné, infračervené a mikrovlnné.
Obr. 11. Spektrum slunečního záření
http://fotovoltaika.falconis.cz/slunce/elektromagneticke-zareni.php
V meteorologii a klimatologii je důležité záření vlnových délek v rozpětí od 0,1 µm
do 100 µm. Má rozhodující podíl na energetické bilanci soustavy Země ↔
atmosféra. Na interval vlnových délek 0,1-4,0 µm připadá až 99 % celkového toku
slunečního záření. V meteorologii se označuje toto jako krátkovlnné.
Záření atmosféry a vlastního povrchu Země má vlnové délky větší než 4 µm a
označuje se jako dlouhovlnné.
32
Pro praktické potřeby dělíme sluneční záření na ultrafialové, viditelné a
infračervené.
Ultrafialové záření zahrnuje záření vlnových < 0,400 µm. Před vstupem do
atmosféry na něj připadá asi 6,7 % z celkového toku zářivé energie. Je intenzívně
pohlcované ozonem ve stratosféře a zemský povrch dosahuje minimálně.
Viditelné záření zahrnuje interval krátkovlnného záření o vlnových délkách 0,4000,730 µm a představuje asi 46,8 % z celkového toku slunečního záření před
vstupem do atmosféry. Jednotlivým vlnovým délkám odpovídají barvy spektra od
fialové (nejkratší vlnové délky) po červenou (nejdelší vlnové délky).
Infračervené záření odpovídá vlnovým délkám od 0,730 µm do přibližně 1000
µm. Zahrnuje záření dlouhovlnné a tepelné. Před vstupem do atmosféry na něj
připadá asi 46,5 % zářivé sluneční energie.
3.1.2 Druhy záření a jejich intenzita na zemském povrchu
Záření dopadající na zemský povrch dělíme na:
přímé sluneční záření Ih (užívá se také termín insolace),
rozptýlené záření i (též difúzní),
globální záření Q (přímé + rozptýlené, tedy Ih+i),
odražené záření A, (reflektované, albedo),
zpětné záření atmosféry EA a vyzařování Země EZ (tepelné).
Podíl jednotlivých druhů záření závisí především na hodnotě extraterestrální
insolace, výšce Slunce (jeho zenitové vzdálenosti) a propustnosti atmosféry.
Přímé sluneční záření, insolace (Ih)
Krátkovlnné záření šířící se v malém prostorovém úhlu od Slunce. Jeho intenzita
2
se vyjadřuje ve wattech (W) na jednotku plochy (m ). Pokud je tato plocha kolmá
ke slunečním je intenzita přímého záření maximální. Klesá též s rostoucí délkou
dráhy slunečních paprsků v atmosféře, tedy s poklesem nadmořské výšky, s
poklesem výšky Slunce nad obzorem tj. se zmenšováním úhlu dopadu paprsků a v
neposlední řadě s růstem zakalení atmosféry. Intenzita přímého slunečního záření
se proto mění nejen v průběhu dne a roku, ale také podle úhlu sklonu terénu a jeho
expozice ke světovým stranám.
Rozptýlené (difúzní) sluneční záření (i)
Rozptýlené záření je vzhledem ke své vlnové délce také krátkovlnné. Až 25% z
celkového toku slunečního záření se v atmosféře mění na rozptýlené.
Intenzita rozptýleného slunečního záření se zvyšuje s množstvím částic
zakalujících vzduch. Dále je ovlivněna oblačností, sněhovou pokrývkou, výškou
Slunce nad obzorem, nadmořskou výškou i zeměpisnou šířkou. Při malých
výškách Slunce může rozptýlené záření výrazně doplňovat přímé. Ve vyšších
zeměpisných šířkách zejména v zimním období prodlužuje den.
33
Globální záření (Q)
Celkové krátkovlnné sluneční záření (přímé a rozptýlené) v intervalu vlnových
délek 0,2-10 µm dopadající na zemský povrch se nazývá globální. Je to proud
záření, které dopadne na jednotku horizontální plochy za časový interval
Intenzita globálního záření roste s výškou Slunce nad obzorem a s poklesem
zakalení atmosféry. Výrazně je závislá na oblačnosti. Vlastní stav atmosféry je
rozhodující pro podíl zastoupení přímého a rozptýleného záření.
Obr.12 . Režim globálního slunečního záření na stanici Olomouc-Envelopa (vlastní
zpracování)
3.1.3 Zákony záření
Obecně jsou definovány pro černé těleso, tj takové, které veškeré dopadající
elektromagnetické záření pohlcuje a žádné neodráží. Proto se jeví jako černé.
Množství energie vyzářené tělesy nebo objekty v krajinné sféře a jeho případné
změny po interakci s nimi vyjadřují základní zákony záření.
Stefan-Boltzmannův zákon
Celkové množství energie vyzářené jednotkou plochy za jednotku času je přímo
úměrné čtvrté mocnině jeho povrchové teploty vyjádřené v Kelvinech.
Wienův zákon
Vlnová délka odpovídající maximální energii záření absolutně černého tělesa je
nepřímo úměrná jeho absolutní teplotě.
Zákon lze interpretovat tak, že s rostoucí teplotou tělesa se maximum
vyzařované energie přesouvá ke kratším vlnovým délkám.
Kirchhoffův zákon
Intenzita vyzařování reálného tělesa o teplotě T je vždy menší, než intenzita
vyzařování černého tělesa o stejné teplotě.
Každá látka tedy pohlcuje nejsilněji záření té vlnové délky, kterou sama nejsilněji
vyzařuje.
Planckův zákon
Energie kvanta je nepřímo úměrná vlnové délce. Čím delší vlnová délka, tím nižší
obsah energie záření.
34
3.2 Vliv atmosféry na sluneční záření
Energie slunečního záření se
kvantitativně i kvalitativně.
při
průchodu
zemskou atmosférou mění
Jeho intenzita se zmenšuje zejména pohlcováním (absorpcí) a jeho kvalita
hlavně rozptylem (difúzí). Změny jsou výraznější při delší dráze paprsků a větším
množství příměsí v atmosféře.
Pohlcování slunečního záření v atmosféře
Bezoblačná zemská atmosféra pohlcuje přímé sluneční záření asi z 15 % zejména
v oblasti delších vlnových délek. Pohlcování má výrazně selektivní charakter a
podílejí se na něm především vodní páry a plynné složky vzduchu dusík, kyslík,
ozon, oxid uhličitý.
Intenzívní pohlcování infračerveného záření vodními parami a CO2 má za následek
zesilování skleníkového efektu atmosféry.
Atmosféra pohlcuje i dlouhovlnné záření vyzařované zemským povrchem a zpětně
jej k němu vyzařuje. Tím se snižuje ztráta tepla. Atmosféra tedy v noci chrání
zemský povrch před zbytečnou ztrátou tepla a přes den naopak prakticky nebrání
ohřívání zemského povrchu.
Rozptyl slunečního záření v atmosféře (difúze)
Rozptyl je taková jeho změna, kdy sluneční paprsky postupující původně určitým
směrem se začnou šířit všemi směry. Difúze vzniká rozptylem slunečního záření
na molekulách vzduchu a především na tuhých a kapalných částicích (vodní
kapky, prachové částice atd.). Záření se šíří od rozptylujících částic tak, jako by
ony byly zdrojem záření. Rozptýlené záření přichází k zemskému povrchu od celé
oblohy, ne od slunečního kotouče.
Dochází-li k rozptylu na molekulách a atomech plynů (vzduchu), jedná se o rozptyl
molekulární (Rayleighův). Rozptyl na větších kapkách a pevných částicích
označujeme jako rozptyl aerosolový.
Rozptýlené záření se liší od přímého spektrálním složením. Převládá v něm
spektrum kratších vlnových délek (fialové a modré světlo nad oranžovým,
červeným a infračerveným). Tím se vysvětluje modrá barva oblohy, která je barvou
samotného vzduchu. Rozptýlené záření je proto namodralé, přímé pak žluté.
Zeslabování slunečního záření (extinkce)
V důsledku pohlcování a rozptylu slunečního záření procházejícího atmosférou
dochází k jeho zeslabení (extinkci). Zeslabování záření v atmosféře je největší v
případě krátkých vlnových délek.
Koeficient propustnosti atmosféry udává, jaká část solární konstanty přichází k
zemskému povrchu při kolmém dopadu slunečních paprsků. Zeslabení slunečního
záření v atmosféře vyjádřené poměrem celkového koeficientu zeslabení v reálné
atmosféře k celkovému koeficientu zeslabení v ideální atmosféře se označuje jako
zákalový faktor.
35
Chápeme jej jako počet ideálních atmosfér, který by byl třeba, aby bylo zeslabení
záření stejné, jaké způsobuje reálná atmosféra. Průměrná hodnota je blízká 3, v
horách 2 a naopak v průmyslových oblastech 4.
3.3 Záření Země a atmosféry
Odražené sluneční globální záření, albedo (A)
Část globálního záření se odrazí od aktivního povrchu a směřuje nahoru.
Označuje se odražené globální sluneční záření. Jeho množství závisí na
charakteru povrchu. Poměr mezi množstvím odraženého záření IR a celkově
dopadajícím záření IT se označuje albedo A. Nejčastěji se udává v %. Albedo
Země má přibližnou hodnotu 30 %.
Obr. 13: Odraz krátkovlnného slunečního záření na zemském povrchu a v
atmosféře
http://missionscience.nasa.gov/ems/13_radiationbudget.html
36
Obr.14 : Průměrné albedo zemského povrchu (7.-22.4.2002)
https://wikispaces.psu.edu/display/RemSens597K/A
Zpětné dlouhovlnné záření atmosféry (EA) a tepelné vyzařování Země (EZ)
Zemský povrch i atmosféra mají schopnost energii nejen pohlcovat, ale i
vyzařovat. Vyzařovaná energie je svým charakterem dlouhovlnné záření. Velká
část dlouhovlnného záření aktivního povrchu je pohlcována atmosférou, která se
takto zahřívá.
Dlouhovlnné vyzařování aktivního povrchu a atmosféry má charakter
infračerveného a tepelného záření. Toto záření do značné míry pohlcováno
vodními parami a CO2. S tím souvisí jev nazvaný skleníkový efekt.
Asi 15 % slunečního záření se spotřebuje na ohřev atmosféry. Ohřátá atmosféra
vyzařuje a přibližně 70 % tohoto záření dopadá na zemský povrch. Představuje
pro něj důležitý zdroj tepla. Dlouhovlnné záření atmosféry dopadající na zemský
povrch nazýváme zpětné záření atmosféry EA. Je vždy menší, než vyzařování
zemského povrchu EZ. Rozdíl mezi vyzařováním zemského povrchu EZ a zpětné
záření atmosféry EA se nazývá efektivní vyzařování Země EZ*. Vyjadřuje ztrátu
tepla zemského povrchu.
Radiační bilance
Rozdíl mezi pohlceným globálním zářením zemského povrchu a jeho efektivním
vyzařováním se nazývá radiační bilance zemského povrchu.
37
Obr. 15: Dlouhovlnné vyzařování atmosféry a zemského povrchu
http://missionscience.nasa.gov/ems/13_radiationbudget.html
3.4 Skleníkový efekt atmosféry
Skleníkový efekt se projevuje oteplováním troposféry. Atmosféra propouštět
krátkovlnné sluneční záření k zemskému povrchu a současně pohlcuje
dlouhovlnné záření zemského povrchu. Zemská atmosféra se chová stejně vůči
slunečnímu záření stejně selektivně jako sklo ve skleníku, proto skleníkový efekt
atmosféry. Dlouhovlnné záření pohlcují skleníkové plyny. Až z 85 % to jsou
vodní páry a CO2, dále freony (CFC), metan (CH4), oxid dusný (N2O), ozon (O3)
aj. Přirozený skleníkový efekt zvyšují nejvíce vodní páry a CO2 . Daleko
intenzivněji než vodní páry a CO2 pohlcuje infračervené záření metan (CH4).
Obr.16 : Schéma skleníkového efektu
(http://www.blackstonegv.com/page/cz/36/zmeny-klimatu/)
38
Skleníkový efekt atmosféry se projevuje po dobu existence zemské atmosféry. Bez
jeho vlivu by byla průměrná teplota na Zemi asi -17 ºC. Vzhledem k průměrné
teplotě na Zemi (16 ºC ) je tedy celkový vliv skleníkového efektu asi 33 ºC.
Environmentálním problémem je zesilování skleníkového efektu. Pozemní i
družicová měření prokázala, že globální teplota Země se zvýšila v průběhu
minulého století o 0,6 ºC.
3.5 Energetická bilance Země
Intenzita přímého záření dopadajícího na zemský povrch závisí na výšce Slunce
h, resp. jeho zenitové vzdálenosti z, na úhlu sklonu georeliéfu α a na jeho expozici
vzhledem ke světové straně, resp. azimutu A.
Rozdíly v oslunění různě ukloněného reliéfu jsou částečně ovlivněny rozptýleným
zářením. Částečný vliv má albedo aktivního povrchu. Také výrazné konkávní formy
ovlivňují hodnotu efektivního vyzařování aktivního povrchu. Zmenšení je výraznější
od úhlu převýšení nad 20°. Nejčastěji se jedná o hluboce zaříznutá údolí, ale
mohou to být i úzké ulice měst.
Mezi aktivním povrchem a atmosférou probíhá nepřetržitá přeměna a výměna
energie. To se děje především:
turbulentním tokem H jak z aktivního povrchu, tak i k němu,
latentním tokem tepla LE, majícím charakter turbulence (představuje ztrátu
tepla při vypařování nebo příjem tepla při kondenzaci),
dlouhovlnným vyzařováním Země EZ,
tokem tepla G do podloží aktivního povrchu nebo z podloží aktivního povrchu,
molekulárním vedením M, které je v porovnání s ostatními způsoby
zanedbatelné.
Součet všech příjmů i ztrát tepla na zemském povrchu se musí rovnat nule. Tuto
skutečnost vyjadřuje rovnice tepelné (energetické) bilance aktivního povrchu:
RZ = H + LE + G
Obr. 17: Složky energetické bilance zemského povrchu v období a) pozitivní a b)
negativní energetické bilance (R - radiační bilance, G - tok tepla do podloží
aktivního povrchu, H - turbulentní tok tepla, LE - latentní tok tepla)
39
Charakter jednotlivých členů rovnice energetické bilance aktivního povrchu
určuje typ počasí a denní (roční) doba. Nevyrovnanost rozhodujících složek (H a
LE) je nejvýraznější při radiačním režimu počasí. Složka LE vykazuje maximum
kolem poledne a minimum v noci. Hodnotu H vyjadřuje míru turbulence. Maximální
je před polednem, minimální v noci. Složka G je závislá na typu aktivního povrchu.
Denní chod je závislý na intenzitě insolace, jeho směr na denní době. V období s
pozitivní energetickou bilancí směřuje tok tepla do podloží aktivního povrchu, v
období se zápornou energetickou bilancí z jeho podloží do atmosféry.
Roční chod uvedených složek je obdobný jako denní. Pro klimatické poměry
v středoevropském prostoru je důležitá míra akumulace tepla v podloží aktivního
povrchu v letním období.
Příklad / Příklad z praxe
Podle obr. 17 určete, který den lze považovat za jasný, oblačný nebo
zamračený.
Úkol / Úkol k zamyšlení
Podle obr.17 se pokuste charakterizovat rozdíly v energetické bilanci v denních a
nočních hodinách, případné rozdíly se pokuste zdůvodnit (vysvětlit).
Proč jsou pro pouštní oblasti typické velké denní rozdíly teploty vzduchu?
40
SHRNUTÍ
Tato část učebního textu se zabývala slunečním zářením jako rozhodujícím zdroji
energie pro úplný klimatický systém. Jsou uvedeny jednotlivé druhy a vlastnosti
záření podle vlnové délky a základní zákony, kterými lze jeho chování
charakterizovat. Jsou uvedeny základní změny, kterým záření podléhá při
průchodu atmosférou a po dopadu na zemský povrch. Je popsán charakter
energetické bilance Země. Je popsán princip skleníkového efektu zemské
atmosféry.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Charakterizujte sluneční záření a uveďte typy dle vlnové délky
2. Popište změny, kterým podléhá sluneční záření při průchodu atmosférou a
na zemském povrchu.
3. Zdůvodněte význam dlouhovlnného tepelného záření v energetické bilanci
Země.
4. V čem spočívá princip skleníkového efektu zemské atmosféry?
Absorpce, albedo, difúze, dlouhovlnné záření, efektivní vyzařování Země,
energetická bilance Země, infračervené záření, insolace, krátkovlnné sluneční
záření, globální záření, přímé sluneční záření, reflexe záření, radiační bilance,
rozptýlené záření, latentní teplo, skleníkový efekt, solární konstanta, spektrum,
viditelné záření, turbulentní tok tepla, UV záření, vlnová délka, záření, zákony
záření
41
4
Teplota vzduchu a půdy
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Charakterizovat teplotu půdy a vzduchu jako meteorologický prvek.
Popsat zákonitosti teplotního režimu půdy a atmosféry.
Popsat vliv georeliéfu na režim teploty vzduchu.
Charakterizovat změny teploty vzduchu s výškou a vysvětlit vznik i dopady
teplotních inverzí v krajině.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Teplota vzduchu představuje základní meteorologický prvek a její režim základní
klimatickou charakteristiku místa. Hodnoty teploty se mění jak ve vertikálním, tak
i horizontálním směru, mění se i v čase. Nejvýznamnější faktor režimu teploty
vzduchu představuje zemský povrch (vodní plochy a pevnina, resp. půda). Šíření
tepla v půdě se řídí zákony, které si musíte osvojit. Po prostudování kapitoly
budete schopni uvedené změny vysvětlit. Věnujte pozornost vzniku, projevů a
důsledkům teplotních inverzí jako nebezpečnému meteorologickému jevu s
dopadem na kvalitu ovzduší.
4.1 Teplota a teplo
Pojem teplotní režim atmosféry charakterizuje rozložení teploty vzduchu v
atmosféře, její denní a roční chod a neustálé změny. Je přímo závislý na režimu
teploty zemského povrchu, tedy i půdy a jejího podloží.
Tepelné vlastnosti látek
Tepelné vlastnosti látek se liší, což se projevuje např. tím, že při dodání stejného
množství tepla se teplota rozdílných objektů nebo povrchů obvykle liší. To je
závažné z pohledu tvorby počasí a podnebí, protože aktivní povrch je obvykle
nehomogenní.
Tepelná kapacita
Je to schopnost tělesa pohlcovat teplo. Charakterizuje ji koeficient tepelné
kapacity. Např. tepelná kapacita vody je 4x vyšší, než vzduchu
Tepelná vodivost
Představuje schopnost látek šířit a vést teplo. Vyjadřuje změnu teploty
připadající na jednotkovou vzdálenost v uvedeném směru. Charakterizuje ji
koeficient tepelné vodivosti. Nehybný vzduch má koeficient tepelné vodivosti
88x nižší, než písčitá půda.
42
Teplotní vodivost
Je to schopnost látky zahřívat se nebo ochlazovat (přenášet teplotní změny,
akumulovat a rozvádět teplo). Charakterizuje ji koeficient tepelné vodivosti
objemového měrného tepla. Hovoříme třeba o tepelné vodivosti půdy v závislosti
na její vlhkosti. Při relativní vlhkosti půdy 10 % je koeficient tepelné vodivosti nižší,
než při 30% vlhkosti.
4.2 Stupnice teploty
Pro vyjádření teploty se v soustavě SI používá absolutní Kelvinova stupnice. V
meteorologické a klimatologické praxi se používá Celsiova stupnice, případně
Fahrenheitova v anglosaských zemích.
Jednotka kelvin (K), představuje 273,16 část termodynamické teploty trojného
bodu vody. Stupeň Celsia (ºC) je stý díl mezi bodem tuhnutí (0 ºC) a bodem
varu (100 ºC) čisté vody při tlaku vzduchu 1013,16 hPa.
Teplotní rozdíl 1 ºC je roven 1 Kelvinu. Nulový bod Celsiovy stupnice je roven
hodnotě 273,16 K.
0o C = 273,16 K
0 K = −273,16o C
Vztah mezi Celsiovou a Kelvinovou stupnicí:
( )
T oC = T (K ) − 273,16
V některých angloamerických zemích se v meteorologii a klimatologii používá
Fahrenheitova teplotní stupnice (°F). Platí, že:
T (°C) = (T °F – 32) x 0,555
T (°F) = (T °C + 32)x1,8
4.3 Teplota půdy
Teplota půdy a jejího podloží vykazují v denním i v ročním chodu výraznější
výkyvy asi jen do hloubky 1 m. Výkyvy prakticky souhlasí s režimem energetické
bilance v průběhu dne (roku). V našich podmínkách jsou výrazně ovlivněné
chodem oblačnosti. Na teplotní poměry povrchu půdy má vliv charakter
vegetačního krytu a v zimním období výška sněhové pokrývky.
Fourierovy zákony
Časové změny teploty půdy v závislosti na hloubce pod jejím povrchem popsal a
shrnul do 4 zákonů francouzský matematik a fyzik J. B. Fourier (1768-1830).
I. Fourierův zákon
Časová perioda výkyvů teploty půdy (např. denní zd, roční zr) se s rostoucí
hloubkou nemění.
43
II. Fourierův zákon
Amplituda časových změn teploty půdy se s rostoucí hloubkou zmenšuje.
(V hloubce přibližně od 10 do 30 m je hodnota denní (roční) teplotní amplitudy 0
ºC.)
III. Fourierův zákon
Čas nástupu maxima a minima teploty se v denním (ročním) chodu zpožďuje
přímo úměrně s rostoucí hloubkou.
(V hloubce 10 cm činí zpoždění 2,5-3,5 hodiny.)
IV. Fourierův zákon
Hloubky stálé denní a roční teploty se mají k sobě jako druhé odmocniny
period jejich výkyvů.
zd
=
zr
Pd
1
1
, tj.
=
Pr
365 19,1
Hloubka stálé roční teploty je tedy asi 19x větší než denní.
Obr. 18: Režim teploty půdy v hloubkách 5, 20 a 50 cm na stanici Bystročice
(vlastní zpracování)
4.4 Teplota vzduchu
Tento meteorologický prvek udává tepelný stav ovzduší. Jde o teplotu ve výšce 2
m nad aktivním povrchem změřenou v meteorologické budce. Označuje jako
přízemní teplota. Přízemní minimální teplota se měří ve výšce 0,05 m.
4.5 Vertikální změny teploty vzduchu
Vertikální profil teploty vzduchu závisí nejvíce na radiační a turbulentní výměně
tepla mezi zemským povrchem a spodními vrstvami atmosféry, na absorpci
krátkovlnného a dlouhovlnného záření plyny a vodní párou, na uvolňování a
pohlcování tepla při fázových přeměnách vody v troposféře a také na advekčním
přenosu tepla.
44
Pokles teploty vzduchu v troposféře o 0,65 ºC na 100 m výšky je vertikální
teplotní gradient. Takový průběh teploty vzduchu s výškou považujeme za
normální Hodnota γ je kladná v případě poklesu teploty s výškou. Když je
hodnota γ záporná, teplota s výškou roste. V meteorologii jej označujeme
symbolem γ a matematicky vyjadřujeme vztahem:
γ =−
dT
dz
a čteme jej "změna teploty s výškou".
Podle hodnoty vertikálního teplotního gradientu rozlišujeme normální zvrstvení (γγ
> 0), teplotní inverzi (γγ < 0) a izotermii (γγ = 0).
Při promíchávání vzduchu dochází k jeho přemísťování ve vertikálním i
horizontálním směru. Při těchto pohybech se mění základní fyzikální vlastnosti
vzduchových hmot. Mění se tlak p, objem V a teplota t. K těmto změnám může
docházet bez výměny energie s okolní atmosférou. Hovoříme o adiabatických
procesech. Když se odehrávají v suchém nebo nenasyceném vzduchu, mění se
teplota s výškou podle suchoadiabatického teplotního gradientu γa. Pokles
teploty vzduchu činí asi 1,0 ºC na 100 m výšky. Pokles teploty vzduchu
nasyceného vodními parami s výškou udává vlhkoadiabatický gradient. Jeho
hodnoty kolísají mezi 0,2-1,0 ºC.
Rozdíl teploty okolní atmosféry TA a teploty adiabaticky přemísťovaného vzduchu
T určuje charakter stability (nestability) ovzduší a tím i možnosti vertikálního
promíchávání atmosféry, tzv. konvekční výměny vzduchu. Rychlost konvekce
-1
dosahuje v extrémních případech hodnoty 30-40 m.s . Konvekce vyvolaná
horizontální teplotní nehomogenitou v atmosféře se označuje jako termická.
Vytváří-li se konvekce při obtékání orografických překážek nebo při proudění
vzduchu nad povrchem s různou vertikální drsností, hovoříme o vynucené
konvekce.
V reálné atmosféře se lze setkat s kladnou konvekci (přemísťovaný objem
vzduchu má výstupnou tendenci) nebo zápornou (přemísťovaný objem vzduchu
má sestupnou tendenci).
Inverze teploty
Uvedený termín označuje stav, kdy v určité vrstvě atmosféry (inverzní vrstva)
teplota s výškou roste. Teplotní inverze obvykle zasahují nepříliš mocné vrstvy
troposféry. Inverze charakterizujeme výškou v které je pozorujeme, vertikální
mocností inverzní vrstvy, rozdílem teploty mezi horní a dolní hranicí inverze a
teplotním gradientem.
Přízemní inverze jsou vázané bezprostředně na aktivní povrch. Výškové inverze se
mohou vyskytovat i v několika výškových hladinách (smíšené inverze).
Podle příčiny vzniku dělíme inverze teploty vzduchu na advekční, frontální,
radiační, subsidenční, turbulentní a pasátové.
45
Přízemní radiační inverze
Vyskytují se v planetární mezní vrstvě atmosféry. Příčinou jejich vzniku je
ochlazování aktivního povrchu vyzařováním v nočních hodinách. Pro vznik je
typické radiační počasí. Na jaře a na podzim způsobují přízemní mrazy a
přízemní mlhy. V létě je doprovází rosa. Tento typ inverze zesilují konkávní
tvary, ve kterých se studený vzduch hromadí ve formě jezer studeného vzduchu.
V širším slova smyslu lze radiační inverze považovat za statické.
Advekční inverze
Vznikají když se advektivně přemísťuje relativně teplý vzduch nad studený
povrch. Výskyt těchto inverzí je typický nad sněhovou pokrývkou v jarním
období. Hovoříme o jarních (sněhových) inverzích, které mají charakter
přízemních inverzí. Pokud teplý vzduch proudí do dané oblasti ve vyšších
hladinách než se nachází studený, vznikají advekční výškové inverze.
Advekční inverze jako frontální, subsidenční, turbulentní a pasátové vznikají z
dynamických příčin a proto se označují jako dynamické.
Inverze ve volné atmosféře
Dolní hranice tohoto typu inverze se nachází v různé výšce nad zemským
povrchem. Mnoho takových inverzí vzniká v důsledku stlačování nebo sesedání
vzduchových hmot, při pasátové cirkulaci v oblasti tropopauzy, případně při již
uvedené teplé výškové frontě.
Subsidenční inverze (inverze sesedáním)
Vzniká sesedáním (subsidencí) vzduchu z vyšších vrstev atmosféry do nižších.
Vyskytují se nad plošně rozsáhlými oblastmi. Jsou spjaty s poklesem relativní
vlhkosti vzduchu. Může se vytvářet inverzní oblačnost.
Spojením výškové inverze s přízemní radiační inverzí vznikají plošně rozsáhlé a
výrazné inverze mající obvykle dlouhé trvání.
46
Obr. 19: Základní typy teplotních inverzí podle výšky
Pasátové inverze
Vyskytují se v oblasti výskytu pasátových větrů a jsou způsobené subsidencí
vzduchu z vyšších vrstev atmosféry.
Teplotní inverze mají značný klimatický význam. Brzdí promíchávání vzduchu jak
ve vertikálním, tak i v horizontálním směru. To vede zejména v průmyslových
oblastech s větší hustotou zdrojů znečišťování ovzduší ke zvýšení koncentraci
škodlivin, vzniku smogu atd. V inverzní vrstvě se často vytváří vrstevnatá
oblačnost. Ta zejména v chladném půlroce zkracuje délku trvání slunečního
svitu v nižších polohách v porovnání s horskými polohami nad horní hranicí
inverze.
Obr. 20: Typická oblačnost při radiační inverzi (vlastní zpracování)
47
4.6 Periodické a neperiodické změny teploty (sezónní
a denní změny teploty)
Vzduch se ohřívá nejintenzivněji od zemského povrchu. Proto jsou denní režim
insolace, albedo a efektivní vyzařování aktivního povrchu rozhodující činitelé
charakteru denního i ročního chodu teploty vzduchu, včetně její změny s
nadmořskou výškou. Denní (měsíční, roční) chod meteorologického prvku
vyjadřuje jeho změny čili časový průběh během 24 hodin (měsíce, roku).
Chod teploty vzduchu stejně jako dalších meteorologických prvků obecně
vyjadřuje kvantitativní změny s časem. V klimatologii se sleduje zejména denní,
měsíční a roční chod.
Denní chod teploty vzduchu
Denní chod teploty vzduchu úzce koresponduje s chodem teploty aktivního
povrchu, ale s určitou časovou prodlevou (obr. 21). Vliv má i nadmořská výška.
Čas denního maxima teploty vzduchu se s výškou zpožďuje proti času
teplotního maxima na zemském povrchu. Časy nástupu minim se prakticky
shodují.
Obr. 21. Chod teploty vzduchu (nahoře) úzce souvisí s chodem teploty půdy
Vliv má také ráz počasí. Při radiačním počasí má křivka denního chodu teploty
vzduchu tvar podobný sinusoidě). Při změnách oblačnosti a při advekci
vzduchových hmot má křivka denního chodu teploty rozkolísaný a často
nevýrazný tvar.
Obr. 22: Denní chod teploty vzduchu při radiačním a advekčním typu počasí na
stanici Bystročice (vlastní zpracování)
48
Rozdíl mezi maximální a minimální denní (roční) teplotou změřený v jednom dni
(roce) se označuje amplituda teploty TA.
Její hodnotu ovlivňuje typ počasí (při radiačním počasí dosahuje teplotní amplituda
daleko vyšší hodnoty, než při oblačném nebo advekčním počasí), roční období (v
našich zeměpisných šířkách je teplotní amplituda nejvyšší na jaře a k zimnímu
období se snižuje), zeměpisná šířka (s rostoucí zeměpisnou šířkou se amplituda
zmenšuje, neboť klesá výška Slunce nad horizontem v čase kulminace a tím i
celková insolace), vzdálenost od pobřeží tj. stupeň kontinentality (s rostoucí
kontinentalitou roste hodnota teplotní amplitudy) a charakter georeliéfu.
Závislost mezi tvarem georeliéfem a teplotní amplitudou vyjadřuje Vojejkovův
zákon.
Vypouklé (konvexní) tvary georeliéfu např. kopec, hřbet nebo vrchol mají
denní amplitudy teploty vzduchu menší než rovinné polohy a ty menší než
vhloubené (konkávní) tvary georeliéfu např. údolí, kotliny, soutěsky.
Obr.23 : Vztah mezi charakterem georeliéfu a amplitudou teploty vzduchu
(Vojejkův zákon)
Teplotní amplituda se výrazně snižuje s rostoucí výškou i ve volné atmosféře, to
ale nesouvisí se změnami teploty aktivního povrchu.
Roční chod teploty vzduchu
Roční chod teploty
vzduchu
Energetická bilance aktivního povrchu a tím i teplota přiléhající atmosféry se mění
celkem pravidelně i v průběhu roku. Roční změny teploty vzduchu ale úzce
závisejí na ročním režimu výměny vzduchových hmot, dále na zeměpisné
šířce místa a stupni kontinentality. S rostoucí kontinentalitou teplotní amplituda
roste, stejně se mění s rostoucí zeměpisnou šířkou. Prakticky ve všech
zeměpisných šířkách lze v ročním chodu vydělit jedno teplotní maximum a
minimum.
Základní typy ročního chodu teploty
Rovníkový typ (ekvatoriální)
Charakterizuje jej nejmenší amplituda kolem 5 ºC, ale také jen o 1 ºC. Nevýrazná
teplotní maxima souvisejí se dny rovnodenností, minima se dny slunovratů.
Tropický typ
Teplotní amplituda (5 ºC) roste od pobřeží směrem do vnitrozemí (10 až 15 ºC)
a její maximum se váže na období největší výšky Slunce nad horizontem.
49
Typ mírného pásu
Extrémní hodnoty teplotních amplitud se váží na letní a zimní slunovrat s tím, že
nad pevninou nastupují dříve, než v přímořských oblastech. Jejich chod na severní
a jižní polokouli je asynchronní a závisí na ročním období. Přechodná roční
období mají samostatný charakter chodu teploty. Amplitudy kolísají od 10 do
15 ºC v přímořských oblastech až k extrémním hodnotám 60 ºC na pevnině. V
mírném pásu se rozlišuje podoblast subtropická, vlastní mírná a subpolární.
Polární typ
Minimum teploty se posouvá na konec polární noci. Maxima analogicky
souvisejí s vrcholením polárního léta. Roční amplitudy dosahují 30-40 ºC na
ostrovech a vyšší než 20 ºC bývají při pobřeží.
Uvedené denní (roční) změny teploty vzduchu jsou periodické a souvisejí s
denním (ročním) chodem insolace.
Neperiodické změny teploty
K výrazným změnám teploty vzduchu dochází při advekci vzduchových hmot s
rozdílnou teplotou. Takové změny označujeme jako neperiodické. Velmi často se
opakují pravidelně, dlouhodobě, víceméně ve stejných termínech. Takové výkyvy
se označují termínem singularita. V širším smyslu představuje singularita
poměrně pravidelnou odchylku od celkového trendu počasí, podmíněnou
zvýšeným výskytem určitých povětrnostních situací v dané části roku v dané
geografické oblasti.
Nejčastěji se projevující teplotní a srážkové singularity jsou zachycena v lidových
pranostikách. Pro většinu z nich dnes existuje vědecké vysvětlení.
Obr. 24: Přechod studené fronty na záznamu termografu jako příklad neperiodické
změny teploty vzduchu (vlastní zpracování)
50
Pro zájemce
Seznamte se s publikací Medardova kápě aneb pranostiky očima meteorologa (napsal Jan Munzar,
vydalo nakladatelství Horizont, Praha 1986).
Příklad / Příklad z praxe
Zjistěte typické příklady projevů teplotních singularit v podmínkách České
republiky.
Úkol / Úkol k zamyšlení
Dle obr.24 demonstrujte platnost Fourierových zákonů!
SHRNUTÍ
Kapitola obsahuje informace o základním meteorologickém prvku, kterým je teplota
vzduchu. Zmíněny jsou základní tepelné vlastnosti látek. Jsou uvedeny Fourierovy
zákony, které charakterizují režim teploty půdy. Popsány jsou periodické a
neperiodické změny teploty a charakter možných změn teploty vzduchu s výškou.
Pozornost je věnována vlivu georeliéfu na změny teploty vzduchu. Důraz je kladen
na vznik a důsledky teplotních inverzí jakožto nebezpečného meteorologického
jevu.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Interpretujte Fourierovy zákony.
2. Čím jsou způsobeny periodické a neperiodické změny teploty vzduchu?
3. Charakterizujte změny teploty vzduchu s výškou dle charakteru teplotní
stratifikace atmosféry.
4. Vysvětlete vznik teplotní inverze a popište jejich možné důsledky v krajině.
Pojmy k zapamatování
Denní (roční) chod teploty, Celsiova stupnice, Fourierovy zákony, izoterma,
konvekce, Kelvinova stupnice, periodické změny teploty, přízemní teplota, roční
chod teploty, singularita, suchoadiabatický teplotní gradient, teplo, teplota,
teplotní inverze, teplotní zvrstvení (stratifikace), vertikální teplotní gradient,
vlhkoadiabatický teplotní gradient, Vojejkovův zákon
51
5
Atmosférický tlak
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Definovat tlak vzduchu jako meteorologický prvek a popsat jeho změny v
horizontální a vertikálním směru
Vysvětlit stavovou rovnici plynů
Vysvětlit základní pojmy související s tlakovým polem atmosféry
Formulovat rovnici pohybu a popsat síly ovlivňující atmosférické proudění včetně
vlivů georeliéfu.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Po prostudován kapitoly pochopíte příčiny a zákonitosti proudění vzduchových
hmot v atmosféře. Budete umět popsat tlakové pole atmosféry a charakterizovat
základní tlakové útvary. Seznámíte se s režimem a rozložením tlaku vzduchu na
Zemi.
5.1 Tlak vzduchu
Zemská atmosféra působí v tíhovém poli Země na zemský povrch i na objekty na
5
něm svojí tíží. Měrná hmotnost suchého vzduchu při teplotě 0 ºC a tlaku 10 Pa je
-3
1,2763 kg.m .
Tlak vzduchu (též barometrický tlak, atmosférický tlak) je síla působící v daném
místě atmosféry kolmo na libovolně orientovanou plochu. Tuto sílu vyvolává
tíha vzduchového sloupce, který sahá od hladiny moře až po horní hranici
atmosféry.
Základní jenotkou tlaku vzduchu je Pascal (Pa), v meteorologické praxi se používá
2
hektopascal (1 hPa=10 Pa). Mezi starší jednotky patří milibar (mbar), torr (torr)
nebo milimetr rtuťového sloupce (mm Hg).
1 hPa = 1 mbar = 0,75 torr (m Hg)
Průměrná hodnota tlaku vzduchu na hladině moře při teplotě 15 ºC činí 1
013,27 hPa. Je to tlak odpovídající hmotnosti rtuťového sloupce vysokého 760 mm
2
o průřezu 1 cm .
Hustota a tlak vzduchu
S výškou se současně mění hustota atmosféry. Pokud by hustota atmosféry byla
rovnoměrná ve všech výškových úrovních, sahala by jen do výšky 8 km. Tato
výška se nazývá výška homogenní atmosféry. Sahá ale do výšky asi 40.000 km
a postupně přechází do meziplanetárního prostoru.Proto je zřejmé, že se s výškou
hustota atmosféry rychle snižuje.
Hustota a tlak
vzduchu
52
Základní fyzikální charakteristiky plynů (tedy i atmosféry) jsou tlak p, teplota T,
objem v a hustota ρρ. Vzájemnou závislost všech tří uvedených charakteristik
vyjadřuje u ideálních plynů stavová rovnice plynů, která má tvar:
p × v = R ×T
p - tlak
v - specifický objem
T - absolutní teplota
2 -2 -1
R - plynová konstanta (závisí na povaze plynu a činí 287 m .s .K ).
Dále platí, že hustota vzduchu je přímo závislá na tlaku vzduchu, nepřímo na jeho
teplotě.
Časové změny tlaku vzduchu
Časoprostorové změny tlaku vzduchu mají v podstatě neperiodický charakter,
což způsobuje téměř neustálý pohyb tlakových útvarů. Změny bývají pozvolné.
Denní chod tlaku vzduchu
Denní změny tlaku vzduchu jsou obvykle periodické. Denní amplituda kolísá v
intervalu 3-4 hPa v tropech po desetiny hPa ve středních zeměpisných šířkách.
Hlavní příčinou změn tlaku vzduchu v průběhu dne je denní chod teploty
aktivního povrchu.
Maximální hodnota tlaku vzduchu 1083,8 hPa byla naměřená na stanici Agata na
Sibiři. Minimální hodnota tlaku vzduchu 870,0 hPa byla údajně naměřená v
Tichém oceánu v oku tajfunu Tip.
Roční chod tlaku vzduchu
Roční chod tlaku
vzduchu
Roční změny tlaku vzduchu souvisejí se sezónním pohybem tlakových útvarů a
s tlakovými změnami stacionárních tlakových útvarů. Základní typy ročního
chodu tlaku vzduchu jsou:
Pevninský typ (maximum v zimě a minimum v létě, rozdíl roste s kontinentalitou
území).
Oceánský typ vysokých zeměpisných šířek (maximum začátkem léta, minimum
v zimě). Oceánský typ mírných šířek, mimo oblast monzunů (dvě nevýrazná
maxima v létě a v zimě, minima na jaře a na podzim).
Monzunový typ je nad oceány (dobře vyjádřené zimní maximum a letní minimum).
Zonálnost v rozložení tlaku vzduchu
I přes nerovnoměrné rozložení pevnin a oceánů je zonálnost rozložení tlaku
zřejmá.
Rovníkový pás nízkého tlaku je posunutý vždy na tu polokouli, kde je léto.
Hranice se posouvají mezi 15º s.z.š. a 25º j.z.š. v zimě a mezi 35º s.z.š. a 50º j.z.š.
v létě.
Od tohoto pásu na sever a na jih tlak vzduchu stoupá až k 30-35º zeměpisné šířky.
Podél nich se vytváří subtropické oblasti vysokého tlaku vzduchu. Výrazné jsou
zejména nad oceány (např. Subtropická oceánická oblast vysokého tlaku, tzv.
Azorská tlaková výše). Tyto anticyklóny mají charakter stacionárních tlakových
útvarů.
53
Mezi 65º a 75º s.z.š. a mezi 60º a 65º j.z.š. se nacházejí subpolární oblasti
nízkého tlaku. Na severní polokouli se v tomto pásu sice střídají cyklóny (např.
islandská) s anticyklónami (např. kanadská), ale na jižní polokouli pozorujeme
souvislý pás nízkého tlaku.
Polární oblasti jsou místy vysokého tlaku. Antarktická tlaková výše je výraznější
než arktická.
Zákonitost zonálního rozložení tlaku vzduchu je rozhodující pro charakter
všeobecné cirkulace atmosféry.
Obr. 25: Měsíční chod tlaku vzduchu (stanice Olomouc-Hradisko, vlastní
zpracování)
5.2 Změna tlaku s výškou, horizontální změna tlaku
Hodnota tlaku vzduchu se s výškou mění nepřímo úměrně a známe zákonitosti
těchto změn.
Pokles tlaku vzduchu připadající na změnu výšky je vertikální tlakový (též
barický) gradient. Směřuje zespodu nahoru a udává pokles tlaku v hPa
-1
připadající na změnu výšky o 100 m (hPa/100 m ).
Změny tlaku vzduchu v horizontálním směru vyjadřuje horizontální barický
gradient. Je to vektor orientovaný vždy ve směru z místa vyššího tlaku do
oblasti nižšího.
Celkový tlakový gradient má složku vertikální (vertikální tlakový gradient) a
složku horizontální (horizontální tlakový gradient). Horizontální tlakový gradient
se v atmosféře projevuje silovým účinkem.
Barický stupeň udává zvětšení výšky odpovídající poklesu tlaku o jednotku.
Je přímo úměrný teplotě vzduchu a nepřímo úměrný jeho tlaku. Při teplotě
-1
vzduchu 0 ºC a u hladiny moře má hodnotu 8 m.hPa . Vystoupíme-li o 8 m, tlak
klesne o 1 hPa. Zvyšováním teploty a nadmořské výšky barický stupeň roste a ve
-1
výšce 5 km má při teplotě 0 ºC hodnotu 16 m.hPa .
Ze závislosti barického stupně na teplotě vzduchu vyplývá, že v teplém vzduchu,
kde je barický stupeň větší, klesá tlak vzduchu pomaleji než ve studeném. Proto
se tlak vzduchu ve stejných výškách v teplém nebo ve studeném vzduchu odlišuje.
Teplé oblasti v atmosféře jsou tudíž ve větších výškách oblastmi vysokého tlaku a
studené oblasti místy nízkého tlaku vzduchu.
54
Barické pole
Barické pole je rozložení tlaku vzduchu v atmosféře. Místa stejného tlaku vzduchu
v atmosféře si lze představit jako plochy, které tvoří tzv. izobarické hladiny.
Barické pole si lze představit jako georeliéf, ve kterém jsou vrstevnice nahrazeny
izobarami.
S rostoucí výškou (vzdáleností od zemského povrchu) se zmenšují hodnoty tlaku
vzduchu, proto se izobarická hladina (plocha) 1000 hPa nachází blízko hladiny
moře, izobarická plocha 850 hPa se nachází průměrně ve výšce 1,5 km a
izobarická hladina 500 hPa ve výšce asi 5 km. Výši izobarických ploch nad
zemským povrchem zachycují tzv. mapy barické topografie.
Když do podkladové mapy vynášíme výšky izobarických ploch nad hladinou moře,
získáme mapu absolutní barické topografie (AT). Hovoříme pak např. o mapě
AT 500hPa v 06 hodin 1. 1. 2010.
Pokud vyjádříme relativním převýšení vyšší izobarické plochy nad nižší, získáme
mapu relativní barické topografie (RT). V meteorologické praxi se často
používají mapy RT výšky izobarické plochy 500 hPa nad izobarickou plochou 1000
RT
hPa, což zapisujeme jako
500
1000
a čteme "mapa relativní barické topografie pětset na tisíc".
Míra změny tlaku je opticky patrná ze vzdálenosti mezi izobarami. Čím hustější
izobary, tím větší rozdíly tlaku.
5.3 Vítr jako meteorologický prvek
Nejvyšší potvrzená
rychlost přízemního
větru potvrzená WMO
má hodnotu 408 km/h a
byla dosažena v
tropické cykloně Olivia
10. 4. 1996 při SZ
pobřeží Austrálie.
Jako vítr se označuje horizontální přemísťování vzduchu vzhledem
k zemskému povrchu. Vyznačuje rychlostí a směrem, lze jej v kterémkoliv
časovém okamžiku vyjádřit vektorem. Horizontální složka větru vzniká
působením horizontální složky síly tlakového gradientu a Coriolisovy síly.
Vertikální složka vektoru větru vzniká jako důsledek pohybu vzduchu v
cirkulačních a frontálních systémech, konvekce, obtékání překážek atd.
Vítr se v atmosféře zvyšuje intenzitu výparu z vodní hladiny a zemského povrchu
a tak současně odnímá teplo, působí na objekty v krajinné sféře dynamickým
tlakem, ovlivňuje vytváření sněhových závějí, tvorbu námrazy atp.
V meteorologii a klimatologii charakterizujeme vítr rychlostí a směrem.
Absolutně nejvyšší
rychlost větru při
zemském povrchu byla
naměřena na horské
meteorologické stanici
Mount Washington (New
Hampshire, USA) 12. 4.
-1
1934 a to 372 km.h při
maximálním nárazu.
-1
-1
Rychlost větru může kolísat od 0 m.s (bezvětří, též calm) do přibližně 100 m.s .
-1
Vítr, který mění krátkodobě rychlost o více než 5 m.s se označuje jako
nárazovitý. Velmi často doprovází přechod atmosférických front.
o
o
o
o
Směr větru se udává ve stupních azimutu od 0 do 360 (0 - severní vítr, 90 o
o
východní vítr, 180 - jižní, 270 - západní vítr). Vítr může měnit výrazně svůj směr i
o
v krátkých časových okamžicích. Je-li změna směru větší než 45 , označuje se
vítr jako proměnlivý.
55
Rychlost a síla větru se v praxi odvozuje i podle účinku tlaku větru (silového
účinku) na předměty nebo objekty v krajině. Mezinárodně přijatá Beaufortova
stupnice má 13 stupňů a charakterizuje účinky přízemního větru na pevnině (0 –
bezvětří až 12 – orkán).
Tab. 3: Beaufortova stupnice rychlosti větru pro výšku 10 m nad zemským
povrchem, podle N. Slabá (1972) - upraveno
Stupeň
Označení
Rychlost
m.s-1
km.h-1
0
bezvětří
0,0-0,2
1
1
vánek
0,3-1,5
1-5
2
slabý vítr
1,6-3,3
6-11
3
mírný vítr
3,4-5,4
12-19
4
dosti čerstvý vítr
5,5-7,9
20-28
5
čerstvý vítr
8,0-10,7
29-38
6
silný vítr
10,8-13,8
39-49
7
prudký vítr
13,9-17,1
50-61
8
bouřlivý vítr
17,2-20,7
62-74
9
vichřice
20,8-24,4
75-88
10
silná vichřice
24,5-28,4
89-102
11
mohutná vichřice
28,5-32,6
103-117
12
orkán
≥32,7
≥118
Denní chod rychlosti a směru větru
V malých výškách nad zemským povrchem pozorujeme maximum rychlosti
kolem 14. hodiny, minimum v noci nebo ráno. Ve výškách 500 m a výše je denní
chod rychlosti opačný. Maximum se vyskytuje v noci a minimum v průběhu dne.
Uvedené schéma platí pro přízemní vrstvu atmosféry a platí pro severní
polokouli. Také směr větru má denní chod.
5.4 Základní tlakové útvary
Tlakové pole tvoří oblasti nízkého a vysokého tlaku vzduchu. Na synoptických
mapách jsou tyto oblasti vyjádřeny uzavřenými nebo neuzavřenými izobarami.
Cyklóna (tlaková níže, oblast nízkého tlaku) je tvořená uzavřenými izobarami s
nejnižším tlakem v centru. Směrem od středu cyklóny tlak roste.
Anticyklóna (tlaková výše, oblast vysokého tlaku) je tvořená uzavřenými
izobarami s nejvyšším tlakem v centru. Směrem od středu anticyklóny tlak klesá.
Beaufortova stupnice
rychlosti větru
56
Obr. 26: Základní tlakové útvary a) cyklona, b) anticyklona, c) brázda nízkého
tlaku, d) hřeben vysokého tlaku, e) barické sedlo
Brázda nízkého tlaku představuje pásmo nízkého tlaku mezi dvěma tlakovými
výšemi. Izobary jsou neuzavřené a mají tvar písmene "V". Osa brázdy je místem
nejnižšího tlaku, od ní na obě strany tlak roste.
Hřeben vysokého tlaku je pásmo vysokého tlaku mezi dvěma oblastmi vysokého
tlaku. Izobary jsou neuzavřené a mají tvar písmene "U". Osa hřebene je místem
nejvyššího tlaku, od které tlak na obě strany klesá.
Barické sedlo je oblast v atmosféře mezi dvěma cyklónami (brázdami) nebo
dvěma anticyklónami (hřebeny) položenými do kříže. Střed barického sedla je tzv.
neutrální bod.
5.5 Pohyby v atmosféře
Hlavní příčina vyvolávající pohyb vzduchu je síla horizontálního tlakového
gradientu.Uděluje objemu vzduchu zrychlení, které dosahuje hodnoty
-3
-2
zaokrouhleně 10 m.s .
Další faktory pohybu jsou Coriolisova síla (síla uchylující zemské rotace) A,
odstředivá síla C a síla tření R.
57
Přemísťování určitého objemu vzduchu v tlakovém poli vyjadřuje rovnice pohybu:
r
dv r r r r
= G + A+C + R
dt
r
v - vektor větru, t - čas
Jednotlivé členy na pravé straně rovnice mohou, ale nemusí uplatňovat. Míra
působení (nepůsobení) jednotlivých složek je daná vlastním charakterem pohybu
vzduchu.
Vítr, který obsahuje převládající horizontální složku pohybu vzduchu lze
vyjádřit vektorem v a charakterizuje se směrem a rychlostí.
Geostrofický vítr
Představuje nejjednodušší pohyb vzduchu. Jedná se o ideální horizontální
rovnoměrné přímočaré proudění bez tření.
7Geostrofický vítr směřuje podél přímkových izobar tak, že když se postavíme
zády proti větru, máme po pravé ruce vyšší a po levé nižší tlak. Odchylky směru
větru od směru barického gradientu též vyjadřuje Buys-Ballotův zákon:
Postavíme-li se zády proti větru, pak oblast nízkého tlaku bude vlevo a trochu
vpředu, oblast vysokého tlaku bude vpravo a trochu vzadu.
Obr. 27: Geostrofický vítr vg na severní polokouli
Gradientový (též cyklostrofický) vítr
Je to ideální horizontální rovnoměrný pohyb vzduchu bez tření (R=0) po
zakřivené dráze. Gradientový vítr svou povahou dobře odpovídá skutečnému
větru ve volné atmosféře, v cyklóně nebo v anticyklóně.
Nejkomplikovanější případ pohybu vzduchu představuje pohyb při současném
spolupůsobení síly tření. V tomto případě musí být v rovnováze tři síly – síla
barického gradientu G, Coriolisova síla A a síla tření R (v případě přímočarého
pohybu).
58
Obr. 28: Rovnoměrný přímočarý pohyb bez tření
.
Obr. 29: Ekmanova spirála
Je známé, že rychlost
větru roste s výškou,
protože se zmenšuje
brzdící účinek
zemského povrchu.
Mění se i jeho směr.
Změny rychlosti a směru
větru s výškou v mezní
vrstvě atmosféry
můžeme znázornit
geometricky Ekmanovou
spirálou (též Taylorova).
Na charakter proudění vzduchu zejména v nižších výškách má výrazný vliv
georeliéf, který ovlivňuje charakter proudění dvěma způsoby, orografickým
zrychlením nebo zpomalením.
Konvexní tvary reliéfu způsobují na návětrné straně ohyb proudnic nahoru a
zároveň jejich přiblížení (konfluenci). Na závětrné straně je efekt obrácený a
hovoříme o rozbíhavosti (difluenci) proudnic. Uvedené orografické ovlivnění
proudění vzduchu může být příčinou vzniku vlnových oblaků.
Obr. 30: Vliv terénních překážek na charakter a rychlost proudění (podle Petrík,
1966)
59
Pro zájemce
Prohlédněte si tuto webovou stránku: http://fyzmatik.pise.cz/66787-torricelliho-pokus.html
Příklad / Příklad z praxe
Jak ovlivňují horská pásma a údolí charakter proudění vzduchu?
o jakou hodnotu se změní tlak vzduchu po výstupu z horské chaty Ovčárna
(1300 m n.m.) na vrchol Pradědu (1492 m n.m.) za předpokladu, že hodnota
barického stupně je 8 m?
Úkol / Úkol k zamyšlení
Co představuje primární příčinu globálního (planetárního) proudění?
Jaký je vztah mezi teplotou a tlakem?
Jaký je rozdíl mezi divergentní a konvergentní cirkulací (prouděním)?
SHRNUTÍ
Tlak vzduchu patří mezi základní meteorologikcé prvky a jeho hodnota se udává v
hPa. Vztah mezi teplotou, tlakem a hustou vzduchu vyjadřuje stavová rovnice
plynů. Změnu tlaku vzduchu ve vertikální a horizontálním směru vyjadřuje hodnota
tlakového gradientu. Proudění vzduchu ovlivňují síly, které představují členy
rovnice pohybu. Pro tlakové pole atmosféry je typický výskyt charakteristických
tlakových útvarů.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Charakterizujte tlak vzduchu jako meteorologický prvek!
2. Co vyjadřuje stavová rovnice plynů?
3. Jak se od sebe liší základní tlakové útvary?
4. Které složky obsahuje rovnice pohybu?
5. Charakterizujte vítr jako meteorologický prvek.
Pojmy k zapamatování
Anticyklona, barické pole, barické sedlo, brázda nízkého tlaku, Coriolisova síla,
cyklona, divergence (divergentní proudění), geostrofický vítr, gradientový vítr,
hPa, hřeben vysokého tlaku, izobara, izobarická hladina, konvergence
(konvergentní proudění), polární výše, rovnice pohybu, stavová rovnice,
subtropická výše, subpolární níže, tlakový gradient vertikální, horizontální,
tropická níže, vítr
60
6
Proudění a cirkulace
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Rozlišit a charakterizovat základní typy proudění
Popsat systém všeobecné cirkulace atmosféry
Vysvětlit monzunovou cirkulaci a vznik tropických cyklon
Charakterizovat vítr jako meteorologický prvek
Popsat místní větry a místní cirkulační systémy
Charakterizovat jev El Niño
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
V atmosféře můžeme rozlišit několik základních typů proudění, které se mohou
projevovat na různých prostorových úrovních, od mikroklimatu po makroklima.
Všechny formy proudění se podílejí na přenosu hmoty a energie. Systém
relativně ustáleného proudění na planetární úrovni vyjadřuje systém všeobecné
cirkulace atmosféry. Velmi specifický je systém proudění v tropických šířkách,
což je oblast monzunové cirkulace a vzniku tropických cyklon. Často diskutovaný
jev El Niño je považovaný za důsledek narušení cirkulace v tropických šířkách
mezi západním pobřežím Jižní Ameriky a východní Austrálie. Podnebí menších
územních celků často ovlivňují místní větry nebo místní cirkulační systémy.
6.1 Proudění vzduchu, základní typy proudění
Základní vlastností zemské atmosféry je její neustálý pohyb a přemísťování
různě velkých objemů vzduchu. Při tom dochází k přenosu hmotných částic a
transportu tepelné energie. Charakter proudění vzduchu je zásadně určován
prostorovými rozdíly tlakového pole, které má atmosféra snahu vyrovnávat.
Konkrétním projevem této snahy je proudění vzduchu.
Orientace směru proudění směřuje vždy z oblasti vyššího do oblasti nižšího
tlaku vzduchu.
Pod pojmem proudění nejčastěji chápeme neuspořádaný pohyb vzduchových
částic. V atmosféře se můžeme setkat i s prouděním do jisté míry uspořádaným.
Laminární proudění
Laminární proudění je bez turbulentních pohybů a vytváří se jen nad
-4
aerodynamicky hladkým povrchem do mocnosti vrstvy vzduchu 10 m. Proudnice
mají nezakřivený průběh rovnoběžný s povrchem. V krajinné sféře je ojedinělé
(nejčastěji nad klidnou vodní hladinou nebo nad hladkým povrchem ledu).
Katabatické proudění
Katabatické proudění přestavuje sestupný klouzavý pohyb chladného vzduchu
např. podél ukloněného georeliéfu.
61
Anabatické proudění je výstupné klouzavé proudění teplého vzduchu např.
podél ukloněného georeliéfu. Anabatický charakter má i výstupný pohyb teplého
vzduchu na teplé frontě.
Anabatické proudění
Konvekce představuje výstupné proudění způsobené horizontální teplotní
nehomogenitou atmosféry. Pokud se konvekční proudění realizuje jako uzavřené
2
4
a prstencovitého charakteru s poloměrem 10 – 10 m, vytváří konvekční buňku.
Ta charakterizuje uspořádanou konvekci. Rozlišuje se konvekce termická a
vynucená.
Obr. 31: Základní druhy pohybů v atmosféře
Subsidence je pomalý sestupný (sesedavý) pohyb uvnitř vzduchové hmoty.
-2
-1
Rychlost je zpravidla 10 m.s a nižší. Může mít velký vliv na vývoj počasí, neboť
způsobuje výrazné adiabatické oteplování vzduchu, zeslabuje konvekci a rozpouští
vzniklou oblačnost.
Subsidence
Turbulence je nejčastější druh proudění v atmosféře a její podstata spočívá v
existenci nepravidelných a neuspořádaných vírových pohybů. Hlavní příčinou
vzniku je charakter teplotního zvrstvení atmosféry (termická příčina), vertikální
výšková členitost georeliéfu a jeho "drsnost" (mechanická příčina). V atmosféře je
spjata s nárazovitostí větru, působí na promíchávání vzduchu a přenos tepla,
vodních par a látek znečišťujících ovzduší.
Turbulence
Atmosférické víry vyvolané turbulencí mají různou délku trvání (od několika
sekund do několika dnů) a rozdílnou velikost poloměru (cm až km). Jako
vzdušné víry si tedy můžeme představit prašné víry, ale i cyklóny.
Advekce obecně označuje horizontální přenos vzduchové hmoty velkého objemu
určitých vlastností na větší vzdálenost.
Advekce
62
6.2 Všeobecná cirkulace atmosféry
Jednou ze základních vlastností zemské atmosféry je neustálý pohyb. Souhrn
všech základních typů vzdušného proudění v troposféře a ve stratosféře se
nazývá všeobecná cirkulace atmosféry. Zahrnuje meridionální, zonální a
vertikální výměnu vzduchu. Podílí se na přenosu energie, hybnosti a hmoty.
Velkoprostorové formy cirkulace zahrnují tryskové proudění, cirkulace
vzduchu v cyklonálních a anticyklonálních systémech, pasátovou a
monzunovou cirkulaci. Mají zásadní vliv na tvorbu počasí a podnebí na Zemi.
Mezoprostorovou cirkulaci představují vichřice, smrště, brízy, horské a údolní
větry atp. Jsou charakteristické jen pro některé geografické oblasti a mají spíše
místní význam.
Charakter všeobecné cirkulace atmosféry
Všeobecná cirkulace atmosféry zásadně ovlivňuje globální klima i klima velkých
geografických oblastí. Vyznačuje se poměrnou pravidelností a stálostí. Mezi
faktory ovlivňující všeobecnou cirkulaci atmosféry patří především sluneční
energie, rotace Země, nehomogenita zemského povrchu, tření vzduchu o zemský
povrch, pokles teploty s výškou a rozměr atmosféry.
Základní zákonitosti všeobecné cirkulace atmosféry:
vyšší horizontální rychlosti proudění než vertikální,
převaha zonálního proudění nad meridionálním,
převážně vírový charakter proudění,
neustálá proměnlivost atmosférických pohybů a v důsledku toho
nestacionárnost všeobecné cirkulace atmosféry,
změny směru a rychlosti vzdušných proudů mezi jednotlivými vrstvami
atmosféry,
sezónní změny směru a rychlosti.
Pro sledování a výzkum všeobecné cirkulace atmosféry se nejefektivněji využívají
informace z meteorologických satelitů. Co nejlepší znalost všeobecné cirkulace je
rozhodující formulaci dlouhodobé předpovědi počasí.
Charakter všeobecné cirkulace atmosféry
Nejjednodušší podobu by měla všeobecná cirkulace atmosféry v případě
nerotující Země a homogenního povrchu. Rozložení teplot by bylo přísně
pásmové a teplota by plynule klesala od rovníku k pólům. Nejteplejší vzduch na
rovníku by stoupal a ve vyšších vrstvách atmosféry by se přesouval směrem k
pólům. V polárních oblastech by po přirozeném ochlazení klesal a v nižších
vrstvách troposféry proudil ve směru horizontálního tlakového gradientu zpět k
rovníku.
Reálný mechanizmus všeobecné cirkulace atmosféry na nehomogenní a rotující
Zemi je nejsložitější a přesně jej nevystihuje ani obr.32.
63
Obr. 32: Všeobecná cirkulace atmosféry (VT - vysoký tlak, NT - nízký tlak, šipky v
levé části zobrazují orientaci horizontálního tlakového gradientu)
Podél rovníku mezi 10º s. a j. z. š. se vytváří oblast nízkého tlaku (rovníkové
pásmo tišin), tzv. tropická zóna konvergence. Teplý vzduch zde intenzívně
vystupuje a ve výšce kolem 10 km se roztéká na sever i na jih. Na severní
polokouli se uchyluje doprava a vane přibližně podél rovnoběžek jako jihozápadní.
Na jižní polokouli má směr severozápadní. Kolem 30. rovnoběžky s. i j. z. š.
sestupují vzduchové hmoty k zemskému povrchu a vytvářejí pasátové proudění,
při kterém se uskutečňuje výměna vzduchu mezi subtropickými anticyklónami a
pásem nízkého tlaku vzduchu podél rovníku. Vertikálním rozměrem zasahují
-1
pasáty do spodní troposféry. Vyznačují se stálostí směru i rychlosti (6-8 m.s ). Na
severní polokouli mají pasáty charakter severovýchodních a na jižní polokouli
jihovýchodních větrů.
S pravidelnou pasátovou cirkulací se spojuje proudění nad přízemními pasáty ve
vyšší troposféře. Toto proudění se označuje antipasátové a vlivem uchylující síly
zemské rotace má na severní polokouli směr JZ a na jižní směr SZ. V oblasti mezi
30-35º z.š. se antipasáty stáčejí na Z směr. V rovníkové oblasti má antipasátové
proudění výraznou výstupnou složku a zasahuje do výšky až 10 km, v subtropech
má naopak charakter sestupného pohybu a jeho vertikální mocnost se snižuje asi
na 2 km. Antipasáty jsou součástí systému tropické cirkulace.
Součástí tropické cirkulace je také Hadleyova buňka. Je to systém uzavřené
cirkulace mezi
rovníkovou oblastí nízkého tlaku a subtropickou oblastí vysokého tlaku. Cirkulaci v
Hadleyově buňce nelze chápat jako uzavřenou.
64
Obr.33 : Systém tropické cirkulace
Pásmo kolem 25-30º s.z.š. a 25-30º j.z.š. je oblastí vysokého tlaku vzduchu.
Označuje se jako subtropické maximum tlaku vzduchu.
Území mezi 60º-65º z.š. představují na obou polokoulích oblasti nízkého tlaku
vzduchu. Převládající západní proudění v troposféře a dolní stratosféře v oblasti
středních zeměpisných šířek na severní polokouli zásadně ovlivňuje klima v
západní a střední Evropě.
Oblasti od 65º z.š. směrem k pólům jsou na obou polokoulích místy vysokého
tlaku vzduchu s převládajícími východními větry. Součástí všeobecné cirkulace
atmosféry v polárních oblastech je cirkumpolární (polární) vír. Představuje
cyklonální západní proudění kolem geografických pólů ve vyšších hladinách
troposféry a ve spodní stratosféře.
Takto popsaný model cirkulace se označuje jako buněčný. Novější pohled na
systém všeobecné cirkulace představuje vlnová teorie.
Cirkulační poměry v jednotlivých geografických oblastech odrážejí rozložení
činných (akčních) center atmosféry. Nemají zvláštní úlohu ve všeobecné
cirkulaci atmosféry, ale poukazují na častou periodicitu cyklón a anticyklón.
Nejvýznamnější činná centra atmosféry na severní polokouli jsou: islandská
cyklóna, azorská anticyklóna, aleutská cyklóna, asijská a severoamerická zimní
anticyklóna, jihoasijská letní cyklóna. Na jižní polokouli pak subantarktická zóna
sníženého tlaku, jihoatlantická anticyklóna, jihoindická anticyklóna a jihoaceánská
anticyklóna.
Mezi cirkulační systémy tropických šířek patří monzunová cirkulace a tropické
cyklóny.
Monzuny
Monzuny představují systém vzdušného proudění v troposféře se stálým
převládajícím sezónním směrem. Označením letní a zimní monzun odráží
časové hledisko, monzun tropický a mimotropický zase geografické.
Základní příčinu jejich vzniku představuje nerovnoměrné zahřívání pevnin a
přilehlých oceánů a následný vznik termicky podmíněných rozdílů v tlaku
vzduchu.
65
Letní monzun je výsledek převládání nižšího tlaku vzduchu v létě nad rozsáhlými
oblastmi pevnin. Vane od oceánu a na pevninu přináší srážky. V typických
monzunových oblastech (Přední Indie, východní Asie) má rozhodující podíl na
ročním srážkovém úhrnu. Nástup a ukončení letního monzunu vymezuje období
dešťů.
Zimní monzun se váže na vyšší tlaku vzduchu nad rozsáhlými oblastmi pevnin v
zimních měsících. Vane z pevniny nad oceán a je převážně suchý. Je hlavní
příčinou období sucha v monzunových oblastech.
Tropické (též rovníkové) monzuny představují systém vzdušného proudění v
nízkých zeměpisných šířkách. Nejsilněji se projevují v oblasti Indického oceánu.
Zimní tropické monzuny jsou shodné s pasáty.
Monzunové oblasti se nacházejí i v mimotropických šířkách, např. v JV Austrálii a
na dálném východě.
Podle převládajícího směru pohybu vzduchových hmot rozlišujeme tyto základní
typy atmosférické cirkulace.
Zonální cirkulace (podél rovnoběžek) představuje souhrn složek pohybu vzduchu
ve všeobecné cirkulaci atmosféry, pro které je charakteristický převládají přenos
vzduchových hmot rovnoběžkovým směrem. Pro západní a střední Evropu
znamená tento typ častý příliv relativně teplého a vlhkého vzduchu z Atlantiku v
zimě a relativně chladného a vlhkého v létě.
Meridionální cirkulace (podél poledníků), při které se uplatňují vysoké a málo
pohyblivé cyklóny a anticyklóny rozložené vedle sebe. Reprezentují je studené
cyklóny a teplé blokující anticyklóny, které sahají do velkých výšek a brání
zonálnímu (západnímu) přenosu vzduchu. Protože se vzduchové hmoty pohybují v
poledníkovém směru, umožňuje tento typ cirkulace vpád studeného vzduchu z
Arktidy nebo teplého ze subtropů do Evropy. Důsledek výskytu vyšší četnosti dnů s
typickými meridionálními cirkulačními typy na klima je takto zřejmý.
Smíšená cirkulace představuje kombinaci obou výše uvedených typů.
Mimotropické monzuny
Mimotropické monzuny se vyskytuje v některých oblastech středních nebo
vyšších zeměpisných šířek. Jsou vyvolané sezónními změnami v chodu tlaku
vzduchu nad pevninami (vysoký v zimě a nízký v létě). Nejvýrazněji se projevují ve
východní Asii.
Prouděním chladného mořského vzduchu od Z nebo od SZ nad prohřátou
evropskou pevninu v letních měsících se označuje jako letní "evropský monzun".
Ve střední Evropě vyvolává nestálost počasí a období června a července, tzv.
medardovské počasí. Toto proudění postrádá zimní složku, navíc je nepravidelné
a proto je označení „monzun“ nesprávné.
66
6.3 Poruchy v atmosféře (tropické a mimotropické
cyklony)
6.3.1 Tropické cyklóny
Tropické cyklóny představují poruchy v atmosféře v oblastech nízkých
zeměpisných šířek. Od mimotropických se liší menšími rozměry (průměr
maximálně několik set kilometrů), velmi nízkými hodnotami tlaku vzduchu ve středu
-1
-1
a velkými rychlostmi větru (50 m.s , v nárazech více než 100 m.s ). Typické jsou i
-1
velké horizontální tlakové gradienty (14-17 hPa.100 km ).
Vznikají v oblasti tišin a zásadně nad oceánem, převážně mezi 5-10º s. a j. z.š.
Zdrojem energie tropických cyklón jsou povrchové vody tropických částí oceánů,
jejichž teplota je vyšší než 26 ºC. Směr jejich pohybu zpočátku kopíruje směr
-1
pasátů a horizontální rychlost je relativně nízká (10-20 km.h ). Na severní
polokouli nad Tichým oceánem se při svém pohybu přemísťují k JV břehům Asie.
Mohou se pohybovat i k japonským ostrovům. Pokud se dostanou nad pevninu,
postupně se vyplňují a zanikají.
Nad Atlantickým oceánem se tropické cyklóny pohybují také ve směru pasátů. Po
dosáhnutí Mexického zálivu a Floridy se stáčejí na sever a při dalším pohybu nad
oceánem se postupně vyplňují.
Obr. 34: Vznik tropické cyklóny
67
http://www.mapsofworld.com/hurricane/mechanism-of-tropical-cycloneformation.html
Na jižní polokouli vznikají tropické cyklóny jen v rovníkovém pásmu Indického a
Tichého oceánu.
Tropické cyklóny jsou doprovázené přívalovými dešti, silným větrem a často
ničivými následky. Pro střed cyklóny o průměru jen několik km, tzv. oko cyklóny,
je typické jasné počasí nebo jen nízká oblačnost a slabý vítr. Oka cyklón jsou
místa s vůbec nejnižšími hodnotami tlaku vzduchu na Zemi. Absolutní
minimum tlaku vzduchu 870 hPa bylo zjištěno právě v supertajfunu Tip v Tichém
oceánu 12. 10. 1979.
Podle místa výskytu se tropické cyklóny označují jako hurikán nebo uragán
(Střední Amerika), tajfun (Dálný východ), orkán (jižní část Indického oceánu),
cyklón (Bengálský záliv) nebo Willy-Willies (Indický oceán mezi Austrálií a
Kokosovými ostrovy).
Následky hurikánů bývají často tragické. Tak např.hurikán, který zasáhl 26. 10. 4. 11. 1998 střední Ameriku, zejména Honduras a Nikaraguu přinesl smrt více než
11 tis. osobám, další více než 3 miliony zůstaly bez domova. Byl to nejničivější
hurikán na západní polokouli za posledních 200 let. Hmotné škody dosáhly více
než 5 mld. $.
6.3.2 Mimotropická cirkulace
Pro území mezi subtropy a polárními oblastmi je typická intenzívní cyklonální
činnost, tj. vznik, vývoj a přemísťování atmosférických poruch velkých
měřítek, kterými jsou mimotropické cyklóny a anticyklóny.
Mimotropické cyklóny (cyklóny mírných zeměpisných šířek) se dělí podle vzniku
na nefrontální a frontální.
Nefrontální cyklóny (místní a termické) vznikají v důsledku nerovnoměrného
zahřívání aktivního povrchu a proto je lze pozorovat v létě nad pevninou a v zimě
nad relativně teplejšími vodními plochami. Vertikální i horizontální rozsah je malý.
Frontální cyklóny vznikají na atmosférických frontách a v porovnání s
nefrontálními se vyskytují podstatně méně. Dojde-li ke zvlnění fronty např. v
důsledku teplotní nestability nebo orografických podmínek, vzniká první fáze
vzniku cyklóny, stádium vlny. Pokud se vlna zvětšuje, dojde k uzavření izobary a
začne pronikat teplý vzduch do studeného. Vytváří se teplý sektor cyklóny a toto
období existence cyklóny označujeme jako stadium mladé cyklóny. Vlivem
rychlejšího pohybu studeného vzduchu se postupně teplý sektor cyklóny zužuje a
na jeho místo proniká studený vzduch. Teplý vzduch je vytlačený do vyšších vrstev
a celá cyklóna leží uvnitř studeného vzduchu, kde se začíná vyplňovat a postupně
zanikat.Je to stadium odumírání cyklóny.
Nefrontální termické anticyklóny mají poměrně malý rozměr a vznikají nad
ochlazeným povrchem. Nad pevninou vznikají takové anticyklóny v létě jen v noci.
V zimě mohou existovat místní anticyklóny nad pevninou poměrně dlouho a mohou
se přeměnit na dobře vyvinuté anticyklóny.
68
Obr. 35: Vznik a vývoj cyklóny a) fronta, b) vlna, c) mladá cyklóna, d) okluze, e)
odumírající cyklóna, kde (SV - studený vzduch, CHV - chladný vzduch, TV - teplý
vzduch)
6.4 Místní cirkulace a místní větry
Pravidelná forma cirkulace se může vytvářet i v místním měřítku. Pokud má
charakter uzavřeného cirkulačního systému, označuje se místní cirkulační
systém. Proudění malého vertikálního rozsahu na menším území vyvolané
místními podmínkami (odlišné fyzikální vlastnosti a rázem georeliéfu) se
označuje místní vítr.
Brízová cirkulace
Rozdílné vlastnosti aktivního povrchu se projevují především při zahřívání vodních
ploch a pevniny. Výsledkem tohoto procesu může být vznik brízové cirkulace.
69
Obr. 36: Brízová cirkulace - a) mořský a b) pobřežní vánek (vlastní zpracování)
Brízy představují systém uzavřené místní cirkulace vytvářející se na pobřeží moří
a velkých jezer a mají vždy výrazný denní chod. Ve dne vanou od moře
k pevnině a označují se mořský nebo jezerní vánek. V noci vanou z pevniny na
vodní hladinu a označují se pobřežní vánek. Jejich vertikální mocnost je
maximálně 2-4 km.
Horské a údolní větry
Nerovnoměrným zahříváním aktivního povrchu v horském terénu vznikají horské
a údolní větry, vlivem orografie a meteorologických podmínek vznikají fén a bóra.
Obr. 37: Údolní a) a horský b) vítr (vlastní zpracování)
Pro horské a údolní větry je typická výrazná denní periodicita. Vyskytují se
v údolích a rovinách, do kterých ústí. Přes den, kdy se údolí intenzívně prohřívají,
vane vítr z ústí údolí podélně nahoru nebo po jeho jižních svazích nahoru jako
údolní (anabatický) vítr.
70
V nočních hodinách je anabatické proudění vystřídané katabatickým, které má
sestupný charakter. Hovoříme o horském větru. Horské a údolní větry se
kombinují s větry svahovými a v různých oblastech mají místní jména (např.
v oblasti severoitalského jezera Lago di Como „breva“ a „tivano“).
Ledovcový vítr (glaciální, firnový)
Tento místní místní vítr má charakter katabatického proudění. Vane nad
ledovcem nebo firnovým polem ve směru spádu ledovce. Vzniká v důsledku
ochlazování přízemní vrstvy vzduchu od povrchu ledovce (sněhového pole).
Ledovcový vítr nemá denní periodicitu.
Fén
Fén je asi nejznámější místní vítr ve střední Evropě. Obecně představuje padavý,
teplý, suchý a nárazový vítr na závětrné straně horských překážek. Vane
z hor do údolí. Pro jeho vznik je třeba, aby na obou stranách horského masívu
byly rozdílné hodnoty tlaku vzduchu. Silou horizontálního tlakového gradientu má
vzduch tendenci přesouvat se z místa vyššího tlaku vzduchu na jedné straně
horského masívu na druhou, kde je tlak vzduchu nižší. Vlastní fénové proudění je
třeba považovat za výsledek pseudoadiabatického děje. Vzduch vystupující na
návětrném svahu se zpočátku ochlazuje podle suchoadiabatického gradientu (≈1
o
-1
C.100 m ). Ochlazování při výstupu se stává vlhčím a taky nasycenějším a po
dosažení kondenzační hladiny se dále ochlazuje podle vlhkoadiabatického
o
-1
gradientu (≈0,6 C.100 m ). Při tomto procesu vznikají oblaka, ze kterých na
návětrné straně horské překážky vypadávají atmosférické srážky.
Obr. 38: Vznik fénu (vlastní zpracování)
Vzduch se stane opět suchým, výrazně se sníží jeho relativní vlhkost a po celou
dobu sestupu na závětrné straně horské překážky se otepluje podle
o
-1
suchoadiabatického gradientu (≈1 C.100 m ). Je zřejmé, že se stává teplejší a
sušší než před výstupem na návětrné straně horského masívu.
71
Bóra
Bóra je původní označení pro silný, studený, padavý a nárazovitý vítr. Vane
z náhorních vnitrozemských plošin k teplému moři. Způsobuje výrazné ochlazení.
Je typická pro pobřeží Istrie (zejména okolí Terstu a Ajdovščiny) a severní a
střední Dalmácii (okolí Senje a Karlobagu). Vzhledem k pravidelnosti bóry lze
její účinky pozorovat na charakteru vegetace na pobřeží a blízkých ostrovech.
Typický příklad důsledku pravidelného působení bóry jsou Kornatské ostrovy
prakticky prosté vegetace.
Termín bóra v současnosti označuje také padavé nárazovité studené větry
podmíněné orografií i v dalších, nejen pobřežních oblastech (např. novorosijská
bóra). Projevy bóry jsou typické i pro Vysoké Tatry. Jak uvádějí Polčák a Šťastný
(2010), s bórou souvisí i doposud nejvyšší naměřená rychlost větru na Slovensku
29. 11. 1965 na Skalnatém plese 283 km/h a nárazy větru výrazně přesahují
rychlosti 100 km/h.
Do kategorie místních větrů se řadí také městský vítr.
Maloprostorové vzdušné víry
1
2
Horizontální rozměr maloprostorových vírů je 10 -10 m. V jejich středu (oku) je
tlak vzduchu nižší až o stovky hPa než při okraji. Proudění v nich má výrazně
-1
vzestupný charakter a rychlost výstupu často dosahuje až 100 m.s . Vzhledem
k extrémně nízkému tlaku ve středu těchto vírů je do nich nasáván prach, voda atd.
Ničivé účinky bývají značné. Mezi maloprostorové vzdušné víry řadíme zejména
húlavy, prachové víry a tromby.
Húlava představuje náhlé zvýšení rychlosti větru, který je nárazovitý a často
mění svůj směr. Obvykle signalizuje příchod bouřky, silných přeháněk nebo
přechod studené fronty v teplém půlroce. U frontálních húlav dosahují nárazy větru
-1
rychlosti až 45 m.s . V širším smyslu se húlava chápe jako rychle se pohybující
temný déšť, oblak s přeháňkami, s prudkými nárazy větru nebo zvířený prach.
Z maloprostorových vírů mají zejména pro Karibskou oblast a Severní
Ameriku velmi často katastrofální následky tromby Tvoří se ve vyšších vrstvách
atmosféry v horkém nestabilním vzduchu, odkud se mohou spouštět až
k zemskému povrchu.
Obr. 39: Schéma tornáda (1 - spodní základna oblačnosti bouře, 2 - pomalu
rotující "wall-cloud", 3 - rychle rotující vlastní tornádo, 4 - kondenzační "chobot"
(nebo "nálevka") 5 - prach a trosky, vířící nad zemským povrchem)
72
Tornáda se vyskytují i na území České republiky. V roce 2004 se přehnalo přes
město Litovel (obr. 40), 11. 5. 2010 se tornádo vyskytlo prokazatelně mezi
Vysokým Mýtem a Hradcem Králové.
Obr. 40: Důsledky tornáda, Litovel 9. 6. 2004
-1
Vlivem silné rotace víru (až 100 m.s ) se mezi osou a okrajem tromby udržuje
tlakový rozdíl vyšší než 50 hPa. Dochází ke kondenzaci vodní páry. Vír stává
viditelný jako nálevka nebo sloní chobot. Vítr v nich rotuje proti směru otáčení
hodinových ručiček. V oblasti mezi Skalistými a Apalačskými horami se vyskytují
v průměru více než 200x za rok a označují se zde jako tornáda. Tornádo je silně
rotující vír, vyskytující se pod spodní základnou konvektivních bouří, který se
během své existence alespoň jednou dotkne zemského povrchu.
Obr. 41: Nejznámější místní větry v Evropě a na blízkém východě
73
6.5 El Niño
Jev El Niño je důsledek narušení všeobecné cirkulace atmosféry v oblasti tropů
mezi Jižní Amerikou a Austrálií. Vzniká po období déle trvajícího zesílení pasátů,
které vede v rovníkových oblastech k přemísťování zvýšeného objemu mořské
vody ve směru pravidelného mořského proudu od západního pobřeží Jižní Ameriky
k východní Austrálii. Po zeslabení pasátového proudění dochází k proudění
nahromaděné vody opačným směrem, tj. k západnímu pobřeží Jižní Ameriky.
Dochází k dočasnému zániku studeného Peruánského proudu a jeho nahrazení
teplým mořským proudem z rovníkové oblasti SV od Austrálie. U pobřeží Peru,
Ekvádoru a Kolumbie to způsobuje zvýšení teploty vody o několik ºC (v r. 1983 to
bylo 11 ºC!!) a současně zvýšení mořské hladiny až o několik cm.
Důsledky v pobřežních oblastech Peru, Ekvádoru a Kolumbie jsou katastrofální. Na
pobřeží Peru a Ekvádoru, kde je srážkový normál 100-130 mm, dosahují vlivem
přívalových dešťů až 3500 mm. Další jsou dopady na mořskou flóru a faunu a
tím spojený rybolov v oblasti.
Poměrně intenzivně se studuje možné působení tohoto jevu na chování úplného
klimatického systému včetně možných vlivů na počasí v Evropě.
Detailní studium příčin a projevů El Niña se od r. 1992 realizuje na základě využití
družic v rámci projektu TOPEX/Poseidon/Jason.
La Niña
Obr. 42: http://sealevel.jpl.nasa.gov/science/elninopdo/latestdata/
http://gnosis9.net/view.php?cisloclanku=2005060007
Obr. 43: Teplota oceánské vody v případě epizody El Nino (vlevo)a La Nina
(vpravo)
http://oceanservice.noaa.gov/facts/ninonina.html
Jev La Niña
představuje systém
proudění vzduchu
v oblasti mezi Jižní
Amerikou a Austrálií,
kdy zesílení
pasátových větrů
umožňuje
zintenzivnění
výstupu studené
oceánské vody z
větších hloubek na
povrch (tzv.
"upwelling") a tak
zesílení studených
mořských proudů
tekoucích k pobřeží
Austrálie. Je opakem
El Niña.
74
Pro zájemce
http://oceanservice.noaa.gov/
http://www.aoml.noaa.gov/hrd/tcfaq/tcfaqHED.html
Příklad / Příklad z praxe
-1
Byl změřen náraz větru 25 m.s . Jaká to byla hodinová rychlost?
Úkol / Úkol k zamyšlení
Jaké jsou (mohou být) environmentální důsledky projevů El Nina?
Jak ovlivňuje proudění v rámci všeobecné cirkulace atmosféry počasí a podnebí
ve střední Evropě?
SHRNUTÍ
Na různých prostorových úrovních se v krajině mohou projevovat různé typy
proudění (laminární, katabatické, anabatické, konvekční, subsidence, advekce či
turbulence). Systém ustáleného vzdušného proudění charakterizuje systém
všeobecné cirkulace atmosféry. Její součástí je cirkulace tropických šířek, kde je
jedním z fenoménů výskyt tropických cyklon. Pokud dojde k narušení cirkulace v
tropických šířkách Tichého oceánu mezi Jižní Amerikou a Austrálií, může se
vyvinout jev označovaný jako El Nino. V menších územích bývají významné
projevy místních větrů a místních cirkulačních systémů.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Charakterizujte základní typy proudění v atmosféře!
2. Vysvětlete systém všeobecné cirkulace atmosféry!
3. V čem spočívá rozdíl mezi místními větry a místními cirkulačními
systémy?
4. Popište podmínky vzniku a mechanismus tropických cyklon!
5. Co je příčinou vzniku El Niño?
Pojmy k zapamatování
anabatické proudění, brízové větry, Coriolisova síla, El Niño, fén, horský (údolní
vítr, Jižní oscilace, katabatické proudění, La Nina, monzunová cirkulace, návětří,
pasáty, převládající směr větru), tropická cyklona, tropická níže, tropické tišiny,
kalmy), upwelling, závětří
75
7
Voda v atmosféře
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Definovat vlhkost vzduchu a její charakteristiky.
Vysvětlit vznik mlh a charakterizovat je.
Popsat vznik oblaků a klasifikovat je podle vybraných kritérií
Popsat vznik srážek a klasifikovat je.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Voda je přítomna v zemské atmosféře nejméně v jednom ze skupenství prakticky
neustále. S vodou v atmosféře jsou spojeny základní meteorologické prvky
vlhkost vzduchu, atmosférické srážky a oblačnost. Oblaka jsou meteorologickým
objektem, který pozorujeme prakticky každý den. Po důkladném prostudování
kapitoly budete schopni základní druhy oblaků i pojmenovat. Režim srážek patří
mezi základní klimatickou charakteristiku místa. Věnujte pozornost vzniku,
projevům a důsledkům mlh jako nebezpečného meteorologického jevu.
7.1 Voda v atmosféře, její oběh
V zemské atmosféře je voda přítomna vždy nejméně v jednom ze tří možných
skupenství (pevné, kapalné nebo v plynné). Voda v atmosféře je nezbytná pro
celou krajinnou sféru a je na ní závislý život na Zemi. Až 99 % vodních par
obsahuje troposféra, do výšky 1,5 km se nachází 50 %. Do atmosféry se voda
dostává prakticky nepřetržitě výparem ve formě vodních par.
Typickou vlastností vody je možný přechod z jednoho skupenství do druhého
(tzv. fázový přechod). Kondenzace představuje přechod z plynného do kapalného
skupenství (opakem je vypařování). Přechod z pevného skupenství do kapalného
je tání (opakem je mrznutí). Sublimace je proces, při které se pevná látka (voda)
mění na přímo plyn (páru), aniž by došlo k jejímu tání. Opakem je desublimace.
Obr. 44: Fázový přechod vody
76
Výpar (evaporace) je fyzikální proces a vyjadřuje množství vody, které se vypaří
za určitou dobu do ovzduší z povrchu půdy a z volné vodní plochy. Transpirace
je výpar vody z rostlinných orgánů do ovzduší a považujeme ji za fyziologický
proces. Celkový výpar z rostlin a půdy se označuje termínem evapotranspirace.
V našich zeměpisných šířkách převažuje transpirace nad evaporací.
7.2 Vlhkost vzduchu
Charakteristiky vlhkost vzduchu
Vlhkost vzduchu vyjadřuje množství vodních par ve vzduchu. Za normálních
podmínek vlhkost vzduchu s výškou klesá. V případě vlhkostní inverze vlhkost
vzduchu s výškou roste.
Základní charakteristiky vlhkosti vzduchu jsou:
Napětí (tlak) vodních par - udává dílčí tlak vodní páry ve směsi se suchým
vzduchem. Vyjadřuje se se v hPa. V případě nasycení vzduchu vodními parami
nahrazuje tuto charakteristiku napětí nasycení E. Tato hodnota je přímo úměrná
teplotě vzduchu.
Poměrná (relativní) vlhkost vzduchu (r ) - vyjadřuje poměr skutečného napětí
vodních par e k maximálně možnému napětí nasycení E při dané teplotě. Udává
se v % objemu.
r=
e
× (100% )
E
Sytostní doplněk, též deficit vlhkosti (d) - vyjadřuje rozdíl mezi maximálním
tlakem (napětím) vodních par E při dané teplotě a skutečným napětím vodních
par e. Jednotkou je hPa.
d=E-e
Absolutní vlhkost vzduchu, též hustota vodní páry, měrná hmotnost vodní
páry (a) - udává množství vodních par v jednotce objemu vzduchu. Vyjadřuje
-3
se v g.m .
Rosný bod (teplota rosného bodu, τ) je teplota, při které by vodní páry
nacházející se ve vzduchu, jej mohly nasytit.
Udává se ve ºC. Při relativní vlhkosti nižší než 100 % je teplota rosného bodu vždy
nižší než aktuální teplota vzduchu. Při poklesu teploty pod rosný bod vodní páry
obsažené ve vzduchu kondenzují, nejčastěji ve formě rosy nebo mlhy.
Denní a roční chod vlhkosti vzduchu
Hodnoty charakteristik vlhkosti vzduchu v průběhu dne i roku souvisejí s denními
(ročními) změnami teploty vzduchu.
Denní chod poměrné (relativní) vlhkosti vzduchu závisí na denním chodu
skutečného tlaku par e a denním chodu napětí nasycení E. Má opačný průběh než
denní chod teploty vzduchu. Denní minimum poměrné vlhkosti odpovídá
maximální denní teplotě. Totéž platí pro její roční chod.
77
Obr. 45: Denní chod teploty a vlhkosti vzduchu (vlastní zpracování)
7.3 Kondenzace
Kondenzace se projevuje vytvářením mikroskopických vodních kapek. Nastává při
dosažení stavu nasycení, nejčastěji při poklesu teploty.
Pro vznik vodních kapek v ovzduší je nezbytná přítomnost hygroskopických a
podchlazených kondenzačních jader v atmosféře. Nacházejí se v počtu od
3
3
1000 v cm do 1.000,000 v cm . Mikroskopické kapky se shlukují do větších
oblačných kapek nebo ledových krystalků o poloměru 1-10 µm. Při jejich
nahromadění vznikají oblaka.
Do výšky teplotní hladiny -4 ºC, tj. hladiny kondenzace, tvoří oblaka jen vodní
kapky. Od výšky, která odpovídá teplotní hladině -12 ºC (hladina ledových jader)
obsahují oblaka výhradně ledová jádra. Vodní obsah oblaků je poměrně nízký,
3
na 1 m připadá 0,2-5,0 g vody.
Pokud se produkty kondenzace hromadí těsně nad zemským povrchem, vytváří se
mlha.
Mlhy a jejich klasifikace
Mlhy řadíme mezi hydrometeory. Tvoří ji velmi malé vodní kapičky nebo ledové
krystalky rozptýlené ve vzduchu. Začínají se tvořit při poměrné vlhkosti vzduchu
90-95 %, kdy ještě teplota vzduchu nedosahuje rosného bodu.
Mlha je stav, kdy je dohlednost snížena v jednom směru na méně než 1000
metrů.
Podle dohlednosti rozlišujeme čtyři stupně intenzity mlhy:
1. slabá (dohlednost 500-1000 m),
2. mírná (dohlednost 200-500 m),
3. silná (dohlednost 50-200 m),
4. velmi silná (dohlednost < 50m).
78
Podle vzniku rozlišujeme:
Mlhy z vyzařování (radiační)
Váží se na radiační ochlazování a proto doprovázejí radiační teplotní inverze.
Podle vertikální mocnosti jsou nízké nebo vysoké.
Mlhy z vypařování
Vznikají v případě vypařování z teplejší vodní hladiny do chladnějšího
vzduchu. Nad pevninou jsou typické pro podzim a zimu, kdy je voda v jezerech a
řekách teplejší než přilehlé vrstvy vzduchu. Plošně rozsáhleji se vyskytují v
oblastech arktických moří a při okrajích ledovců.
Advekční mlhy
Tvoří se ochlazováním relativně teplého a vlhkého vzduchu při jeho advekci
nad chladnější povrch.
Podle příčiny a místa vzniku se dále rozlišují mlhy frontální, inverzní, městské,
orografické, přízemní, údolní atd.
Dohlednost snížená mikroskopickými kapičkami vody nebo hygroskopickými
částicemi na vzdálenost 1 až 10 km se označuje kouřmo. Jedná se o
hydrometeor.
Zákal atmosféry je snížení dohlednosti pod 10 km působené pevnými
mikroskopickými částicemi. Jedná o litometeor.
Mlha tvořená směsí kouře a mlhy se nazývá smog. Označuje silné znečištění
atmosféry nad plošně rozsáhlejšími průmyslovými oblastmi a městskými
aglomeracemi.
Obr. 46: Radiační mlha (vlastní zpracování)
79
7.4 Oblaka a oblačnost
Klasifikace oblaků
Nejvýraznější znak oblaků je jejich tvarová různorodost. Základní mezinárodní
klasifikace oblaků tvoří 3 základní tvarové druhy: cirrus Ci (řasa), stratus St
(sloha) a cumulus Cu (kupa). Z nich bylo odvozeno 10 základních druhů. Ty se
dále dělí podle tvarů, odrůd, zvláštností a mateřských oblaků. K přesnému určení
se používá Mezinárodní atlas oblaků.
Dělení oblaků podle tvarů a jejich charakteristika
1. Řasa - Cirrus (Ci)
Oblaka typu Cirrus jsou složená z ledových krystalků. Cirrus může být na obloze v
podobě tenkých vláken nebo nitek, které jsou buď rovné, nebo nepravidelně
zakřivené a různě propojené.
2. Řasová kupa - Cirrocumulus (Cc)
Tenké, různě velké skupiny nebo vrstvy bílých oblaků bez vlastního stínu. Jsou
složené z velmi malých oblačných částí v podobě zrnek nebo vlnek. Mezi laickou
veřejností jsou známé pod označením "beránky".
3. Řasová sloha - Cirrostratus (Cs)
Jedná se o průsvitný závoj oblaků, vláknitého nebo hladného vzhledu. Pokrývají
úplně nebo částečně oblohu.
4. Vyvýšená kupa - Altocumulus (Ac)
Představují různě velké skupiny nebo vrstvy oblaků bílé nebo šedé barvy s
vlastními stíny. Mohou vyvolávat představu vln, oblázků nebo valounů, které spolu
souvisí nebo jsou oddělené. Někdy mají částečně vláknitý nebo rozplývavý vzhled.
5. Vysoká sloha - Altostratus (As)
Mají vzhled šedavé nebo modravé plochy, případně vrstvy s vláknitou nebo
žebrovitou strukturou. Oblohu pokrývají úplně nebo částečně. Je tak tenká, že
místy jsou patrné obrysy Slunce.
6. Dešťová sloha - Nimbostratus (Ns)
Je to šedá až tmavá oblačná vrstva, která vlivem vypadávání poměrně trvalých
dešťových nebo sněhových srážek má matný vzhled. Vrstva této oblačnosti je tak
silná, že Slunce není patrné.
7. Slohová kupa - Stratocumulus (Sc)
Jedná se o šedé nebo bělavé menší nebo větší skupiny nebo vrstvy oblaků, které
mají vždy tmavá místa. Oblak je tvořený z částí, které mohou připomínat dlaždice,
oblázky, valouny atd. Jednotlivé části oblaků spolu mohou souviset nebo být
oddělené.
8. Sloha - Stratus (St)
Představuje oblačnou vrstvu obvykle šedé barvy s celkem jednotvárnou základnou.
Mohou z nich vypadávat srážky ve formě mrholení, ledových jehliček nebo
sněhových zrn. Pokud přes slohu prosvítá Slunce, jsou jeho obrysy dobře patrné.
S výjimkou nízkých teplot nedává vznik halovým jevům.
9. Kupa - Cumulus (Cu)
Jedná se o osamocené oblaky, obvykle husté s ostře ohraničenými obrysy, které
se vyvíjejí směrem vzhůru v podobě kup, kupolí nebo věží. Nejčlenitější bývá horní
část s častou podobou květáku. Části osvětlené Sluncem bývají zářivě bílé,
základna naopak tmavá a téměř vodorovná. Někdy bývají kupy roztrhané.
Dělení mraků podle
tvarů
80
10. Bouřkový mrak - Cumulonimbus (Cb)
Je to mohutný a hustý mrak s velkým vertikálním rozsahem v podobě hor nebo
obrovských věží. Aspoň část vrcholu bývá hladká, vláknitá nebo žebrovitá a téměř
vždy zploštělá do tvaru kovadliny nebo širokého chocholu. Pod jeho obvykle velmi
tmavou základnou mohou vyskytovat nízké roztrhané oblaky, kterou mohou ale
nemusí s oblakem souviset a také vydatné srážky.
V červnu 2009 byl britskou Královskou meteorologickou společností popsán nový
typ oblaků asperatus. Oblak svou strukturou připomíná mořskou hladinu. V
současnosti se vedou diskuse, zda se jedná o novou samostatnou kategorii oblaků
a zda bude tento oblak zařazen do Atlasu oblaků WMO.
Obr. 47: Oblak typu asperatus
(http://www.geeknative.com/2340/new-undulatus-asperatus/)
Dělení oblaků podle výšky
Vysoká oblaka (Ci, Cc, Cs)
Spodní základna ve středních zeměpisných šířkách se nachází ve výšce 5-13 km.
Skládají se výhradně z ledových krystalů a mají bílou barvu. Jsou poloprůzračná a
jen málo brání průchodu slunečního světla k zemskému povrchu.
Střední oblaka (As, Ac)
Základna je ve středních zeměpisných šířkách ve výšce 2-7 km. Jsou bílé barvy,
někdy se stíny. Oblaka As obvykle tvoří šedé až namodralé vrstvy, které částečně
propouštějí sluneční záření.
Nízká oblaka (Ns, Sc, St)
Oblaka Ns mají původ společný s As. Sluneční světlo nepropouštějí, vzhledem k
velké vertikální mocnosti mívají tmavě šedou barvu. Intenzívně z nich vypadávají
srážky. Vrstvy šedých oblaků představují Sc. Mohou přinášet slabé srážky.
Nejblíže zemskému povrchu se nacházejí oblaka St. Jsou šedé barvy, mají
jednotvárnou strukturu a občas z nich mrholí.
Oblaka s vertikálním vývojem (Cu, Cb)
Spodní základna se nachází ve výšce 0,5-1,5 km a horní hranice může zasahovat i
do stratosféry. Bouřkové mraky Cb jsou vývojovým stádiem kup. Horní část mívá
typický tvar kovadliny, jsou tvořeny ledovými krystalky. Typickým průvodním jevem
jsou intenzivní krátkodobé bouřkové srážky, často doprovázená krupobitím.
81
Dělení oblaků podle příčin vzniku
Oblaka z konvekce
Mohou vznikat uvnitř vzduchových hmot nebo na frontě, ale téměř výhradně v
silně nestabilních vzduchových hmotách v důsledku adiabatického ochlazování
vzduchu při intenzivních výstupných pohybech.
Vlnová oblaka
Výskyt je podmíněn existencí vlnových pohybů vzduchu, ke kterým může docházet
při teplotních inverzích ve volné atmosféře a současném potlačení turbulence. Na
hřebenech vln vzduch vystupuje a vznikají zde oblaka typu Sc a Ac. V brázdách
klesá, čímž vzniká typická vlnovitá struktura oblaků. Často je vznik vlnových oblaků
spojen s föhnem, kdy v závětří se vytváří rotorové oblaky a stacionární vlnová
oblaka typu Ac lenticularis.
Obr. 48: Vznik vlnových a rotorových oblaků
Vlny mohou vznikat také na hřebenech hor, přes které vzduchové hmoty přetékají.
Na nich se mohou vytvářet tzv. orografická oblaka. Ve skutečnosti se jedná o
neustálý vznik oblaků na návětrné straně a jejich rozpouštění v závětří.
Oblaka z výstupných pohybů
Vznik souvisí s mechanizmem atmosférických front. Podle charakteru fronty mají
tato oblaka vzhled. Nejlépe jsou vyjádřená při vzniku a přechodu teplé fronty, kdy
lze postupně pozorovat oblaka vysoká, střední a nízká.
Oblaka z vyzařování
Vznikají zejména v nočních a ranních hodinách při intenzívním dlouhovlnném
vyzařování a tedy ochlazování aktivního povrchu. Jde o oblak typu St, jeho výška
je malá a nachází se převážně pod spodní základnou výškových inverzí.
Zvláštní oblaka
Do kategorie zvláštních oblaků řadíme perleťová oblaka, noční svítící oblaka,
kondenzační pruhy, oblaka z požárů a sopečná oblaka.
Oblačnost jako klimatotvorný činitel
Oblačnost označuje stupeň pokrytí oblohy oblaky. Nepřímo udává délku trvání
slunečního svitu, současně ovlivňuje teplotní režim zemského povrchu a v
dlouhodobém chodu výrazně ovlivňuje klima oblasti. Tento meteorologický prvek
se nejčastěji odhaduje.
82
V synoptické meteorologii se oblačnost vyjadřuje v osminách pokrytí oblohy
oblaky, v klimatologii v desetinách (0 znamená jasno, 8/8 nebo 10/10
zataženo). Oblačnost je možné uvádět v % pokrytí nebeské klenby.
Denní a roční chod oblačnosti
Denní chod oblačnosti závisí na změně teplotního zvrstvení atmosféry, charakteru
vzduchové hmoty aj. Proto je odlišný podle zeměpisné šířky a denní doby. Tak
např. kupy se vyskytují převážně kolem poledne, oblaka typu St a Sc v noci a brzy
ráno. Pro naše zeměpisné šířky je charakteristické nad pevninou maximum
oblačnosti ráno a odpoledne, minimum v nočních hodinách. Druhé polední
maximum bývá potlačeno v zimním období.
Roční chod oblačnosti závisí na typu klimatické oblasti a na charakteru
makrocirkulace. Tak např. v mírných zeměpisných šířkách není roční chod výrazně
vyjádřený. Pro evropský kontinent platí, že maximum oblačnosti v zimě je důsledek
intenzívní frontální oblačnosti. V létě a na podzim zde převládá konvektivní
oblačnost a minimální výskyt oblačnosti.
7.5 Atmosférické srážky
Jsou to částice, které vznikly kondenzací vodní páry a dopadly na zemský povrch,
případně na něm vznikly. Vyskytují se v kapalném nebo pevném skupenství.
Srážky z oblaků (vertikální srážky)
Nejznámější formy vertikálních srážek jsou déšť a sníh. Srážky trvalého rázu
vypadávají nejčastěji na frontách z oblaků výstupného klouzání (Ns, As).
Bouřkové mraky (Cb) přinášejí obvykle srážky přeháňkové. Kromě trvalých
srážek často pozorujeme mrholení.
Základními tvary vertikálních srážek
Déšť
Vodní srážky vypadávající z oblaků v podobě kapek o průměru obvykle větším než
0,5 mm, maximálně však 7 mm. Při větších přeháňkách jsou dešťové kapky větší,
ale při pádu se odporem vzduchu rozpadají na menší. O dešti hovoříme i v
případě, kdy kapky mají průměr menší než 0,5 mm, ale vypadávají hustě.
Sníh
Tuhé srážky, které se skládají z ledových krystalků nebo jejich shluků rozličných
tvarů. Nejznámějším tvarem je šesticípá hvězdička nebo její část. Při vyšších
teplotách má sníh podobu velkých chumáčů, při teplotách nižších než -5 ºC jsou
sněhové vločky menší.
Kroupy
Padají pouze při přeháňkách a výhradně z bouřkových oblaků. Jedná se o kuličky,
kusy nebo úlomky ledu o průměru 5-50 mm. V extrémních případech jejich váha
dosahuje i 500 g, jsou známy ještě těžší kroupy.
83
Mrholení
Vodní srážky padající z oblaků tvořené drobnými kapkami o průměru menším než
0,5 mm, pokud nemají takovou intenzitu, abychom je považovali za déšť. Obvykle
můžeme rozlišit jednotlivé kapky.
Sněhové krupky
Tuhé srážky složené z bílých neprůhledných ledových částic, které padají při
přeháňkách za teplot kolem bodu mrazu. Mají podobu neprůsvitných, kulových a
měkkých zrn o průměru 2-5 mm, které se po dopadu často tříští.
Sněhová zrna (též sněhová krupice)
Řadíme je také mezi tuhé srážky. Skládají se z ledu, jsou menší než sněhové
krupky (menší než 1 mm) a při dopadu se netříští. Vyskytují se při teplotách pod
bodem mrazu a připomínají mrholení. Vypadávají jen v malém množství z oblaků
typu St nebo z mlhy.
Námrazové krupky
Tvoří sněhová zrna obalená vrstvou ledu a průměru asi 5 mm a padající při teplotě
kolem bodu mrazu. Doprovázejí proto často déšť. Po dopadu na tvrdou plochu
odskakují a tříští se.
Zmrzlý déšť
Jedná se o padající průhledná nebo průsvitná ledová zrna zpravidla o průměru 5
mm. Vznikají zmrznutím dešťových kapek nebo již dříve značně roztátých
sněhových vloček. Někdy obsahují uvnitř vodu a po pádu, kdy se rozbijí, mají tvar
ledových skořápek.
Ledové jehličky
Jsou tvořené jednoduchými ledovými krystalky ve tvaru jehlic, které se vznášejí ve
vzduchu nebo padají nízkou rychlostí k zemi. Jsou typické pro polární oblasti, ve
středních zeměpisných šířkách pouze v období silných mrazů.
Většina uvedených typů vertikálních srážek se může vyskytovat v přeháňkách
(dešťová přeháňka) nebo ve smíšených tvarech (déšť se sněhem).
Srážky usazené (horizontální)
Kondenzace může probíhat i přímo na zemském povrchu nebo předmětech na
něm. Také horizontální srážky se liší vznikem, tvarem a skupenstvím.
Rosa
Usazenina vody ve formě drobných kapek na zemském povrchu, rostlinách nebo
různých předmětech. Vznik souvisí s radiačním ochlazováním, kdy teplota klesla
pod teplotu rosného bodu. Proto se vyskytuje nejčastěji večer nebo v noci v
teplém půlroce. V extrémních případech činí srážky z rosy 10-30 mm ročně. V
oblastech s kontinentálním podnebím představuje významný doplněk srážkového
úhrnu.
84
Jinovatka
Skládá se z jemných jehel, sloupků nebo trsů se zřetelnou krystalickou strukturou;
usazuje se při silných mrazech a přimrzá na stromech, elektrickém vedení aj.
Námraza (zrnitá námraza)
Obvykle bílá průhledná zrnitá usazenina složená ze sněhobílých trsů na návětrné
straně předmětů. Vzniká především za mlhy při teplotách -2 až -10 ºC. Ukládá se
především na zemi, předmětech na ni, stromech, elektrických vedeních, ale i na
letadlech za letu. Může způsobit dopravní kalamity, ale i škody na lesních
porostech.
Ledovka
Představuje souvislou, průhlednou usazeninu ledu, vznikající zmrznutím
přechlazených kapiček při mrholení nebo za deště na zemském povrchu
(předmětech), jejichž teplota je mírně pod bodem mrazu.
Náledí a zmrazky
Pokrývají zemský povrch nebo předměty ledovou vrstvou. Vznikají zmrznutím
nepřechlazených kapiček mrholení nebo deště až po jejich dopadu na zem,
případně mrznutím vody z tajícího sněhu na povrchu o teplotě nižší než 0 ºC.
Zmrzlá rosa
Jedná se o bílou usazeninu zmrzlých kapek rosy.
Ovlhnutí
Jedná se o vodní kapky na návětrných polohách, zejména na svislých plochách.
Vytváří se při proudění teplého vlhkého vzduchu, který se na plochách předmětů
ochlazuje a tak kondenzuje.
Jíní (šedý mráz)
Představuje krystalickou usazeninu a mechanismus vzniku je analogický s rosou,
jen teplota je vždy pod bodem mrazu. Ledové částice, nejčastěji tvaru šupin či
jehliček mají jemnou strukturu. Tvoří se na stéblech trav, vodorovných plochách,
ne však na stromech a drátech.
Režim atmosférických srážek
Množství srážek spadlých na zemský povrch se udává v mm vodního sloupce.
2
Jeden mm srážek představuje 1 litr vody na plochu 1 m . Dlouhodobé množství
srážek za zvolený časový interval (měsíc, sezóna nebo rok) se označuje
srážkový úhrn.
Denní chod srážek
Časový chod srážek je obvykle nepravidelný, zejména v denní periodě. Nad
pevninou rozlišujeme dva základní typy denního chodu srážek.
85
Pevninský
polednem.
maximum
oblačnosti
brzy ráno.
typ má minimum srážek po půlnoci, druhotné minimum před
Hlavní maximum se vyskytuje brzy po poledni a druhotné
brzy ráno. Hlavní maximum souvisí s rozvojem konvektivní
v dopoledních hodinách a druhotné s vývojem vrstevnatých oblaků
Pobřežní (též mořský) typ má jedno maximum v časných ranních hodinách a
jedno minimum v odpoledních hodinách. Tento typ je výraznější v zimě.
Zvláštní chod vykazují srážky v horském terénu. Vlivem obvykle dobře vyjádřené
konvekce pozorujeme ve vrcholových partiích maximum srážek po poledni nebo
večer. Naopak na svazích a úpatích svahů je denní maximum zřetelněji vyjádřené
v nočních hodinách. Chod srážek se výrazně mění i s nadmořskou výškou
(Obr.49).
Obr. 49: Závislost ročních srážkových úhrnů Rmm na nadmořské výšce z (m) a) na
území severní Moravy, b) na území severní Moravy do výšky 400 m n. m., c) na
území severní Moravy ve výškovém intervalu 401-800 m n.m., d) na území severní
Moravy ve výšce nad 800 m n. m., podle M. Vysoudil (1989)
Roční chod srážek
Roční chod srážek je regionálně výrazně proměnlivý. Odráží převládající vlivy
všeobecné cirkulace atmosféry a fyzickogeografické poměry území.
Rovníkový typ pozorujeme mezi 10º s. a j. z. š. Období dešťů se váží na období
rovnodennosti.
Tropický typ je charakteristický pro oblasti vnějších tropů. Dvě maxima
rovníkového typu přecházejí v jedno období dešťů. Časově souvisí s obdobím
maximální insolace a trvá 4 měsíce.
Typ tropických monzunů zahrnuje geografické oblasti s dobře vyvinutou
monzunovou cirkulací (Indie, jihovýchodní Čína, severní Austrálie). Roční chod se
podobá tropickému typu. Díky suché zimě je letní maximum vyjádřené výrazněji.
Jedná se o oblasti s extrémními srážkovými úhrny na Zemi a spojují se zde vlivy
atmosférické cirkulace s vlivy orografie.
86
Subtropický středomořský typ vykazuje roční maximum na podzim nebo v zimě
jako důsledek posunu subtropických anticyklón na jih. Letní minimum odráží
působení subtropických anticyklón.
Pevninský typ mírných šířek zasahuje do vnitrozemí mírných šířek a maximum
připadá na léto, kdy nad pevninou převládá cyklonální činnost. Minimum
pozorujeme v zimě.
Mořský typ mírných šířek má maximum srážek v zimě a jeho výše je ovlivněna
intenzívní cyklonální činností. Geograficky mohou být rozloženy pravidelně.
Monzunový typ mírných šířek je obdobou pevninského typu mírných šířek, tj. s
maximem v létě a minimem v zimě.
Polární typ má roční chod srážek rozdílný. Pro pevninu je typické letní maximum.
V důsledku cyklonální činnosti v přímořských oblastech Arktidy se může maximum
vyskytovat v zimě.
Geografické rozložení srážek na Zemi
Základní a bezprostřední příčinou časoprostorového rozložení srážek na Zemi v
průběhu roku je celkový režim oblačnosti. Pro hodnotu srážkového úhrnu je ale
důležitý vodní obsah oblaků.
Vzhledem k závislosti srážek na teplotních poměrech a charakteru všeobecné
cirkulace atmosféry jsou srážky na Zemi rozloženy zonálně. Rozložení srážek na
pevnině je velmi nerovnoměrné. Vliv místních geografických podmínek se
projevuje daleko výrazněji než u kteréhokoliv jiného meteorologické prvku.
Nejznámější je vliv vertikální členitosti georeliéfu na úroveň srážkových úhrnů.
Vyvýšené tvary reliéfu jako překážky v přirozeném proudění nutí vzduch
anabaticky vystupovat podél návětrných svahů. To má za následek jeho
adiabatické ochlazování, které vede ke tvorbě oblaků. Takové vlivy návětří jsou
známy jak ve světě (jižní návětrná strana Himalájí), tak i v České republice
(západní, resp. severozápadní návětrné strany Jeseníků, Beskyd a Karpat).
Závětrná strana horských překážek může naopak vyvolat vznik srážkového
stínu (ve světě např. jižní část And, Alp), u v České republice v oblasti
podkrušnohorského zlomu.
Druhou základní příčinou rozdílnosti srážkových úhrnů ve vertikálně členitém
reliéfu je orientace svahů. Jižní svahy jsou daleko intenzivněji ozařované, což
vede k výraznějšímu prohřívání přízemní atmosféry a vzniku konvekce.
Kupovitá oblačnost může způsobit intenzivnější vypadávání srážek.
Zvyšování srážkových úhrnů s rostoucí nadmořskou výškou je limitované
výškou hladiny kondenzace (2000 m Alpy, ale i 5000 m Pamír). Od určitých
nadmořských výšek lze hovořit o tzv. srážkové inverzi.
87
Nejteplejší oblasti na Zemi mají vysoké srážkové úhrny. Roční srážkové úhrny
nad 2000 mm jsou typické pro oblast tropické zóny konvergence nad pevninami.
Několikanásobně jsou tyto hodnoty překračovány v povodí Amazonky, v Indonésii,
Guinejském zálivu, na Tichomořských ostrovech (6000 mm a více). Monzunová
činnost v oblasti Indického poloostrova ovlivňuje vysoké srážkové úhrny v oblasti
severně od obratníku Raka (Přední a Zadní Indie, Madagaskar, návětrné strany
Himalájí). Průměrný roční úhrn srážek 10.800 mm v Čerápuňdží je nejvyšší na
Zemi.
Srážkově chudé jsou oblasti subtropů s ročními úhrny kolem 200 mm a méně.
Tento charakter srážek je typický pro oblasti s kontinentálním charakterem klimatu.
Mírné zeměpisné šířky vykazují vyšší srážkové úhrny jako důsledek obecně
vyšší oblačnosti a intenzívní cyklonální činnosti. Vlivem převládajícího
západního proudění srážkové úhrny směrem do vnitrozemí klesají od 500-1000
mm při západním pobřeží do 300-500 mm uvnitř kontinentu. Popsaný charakter
cirkulace zesiluje význam návětří a závětří v případě horských pásem (Andy, Alpy,
Skalnaté hory atd.).
Roční úhrn 200-300 mm řadí polární oblasti mezi velmi suché. V Arktidě se
jedná o důsledek malého vodního obsahu oblaků, v Antarktidě o následek
výraznějšího vlivu vysokého tlaku.
Sněhová pokrývka
Za příznivých atmosférických podmínek má voda padající na zemský povrch
podobu sněhu. Při záporných teplotách zemského povrchu se na něm může
vytvářet sněhová pokrývka. Ta má především velký klimatický význam. Výška
sněhové pokrývky určuje míru promrzání půdy, způsobuje ochlazování
vzduchu a často i vznik sněhových (jarních) teplotních inverzí. Je důležitý zdroj
vody v době tání. Zlepšuje osvětlení krajiny.
Sněžná čára (též hranice sněhu) vymezuje území s celoroční sněhovou
pokrývkou. Pokud se její poloha v průběhu roku mění, hovoříme o tzv. aktuální
sněžné čáře.
Pro zájemce
Najděte více informací o oblacích typu asperatus.
Příklad / Příklad z praxe
Pokuste se v několika po sobě následujících dnech identifikovat typ oblaků v
okolí svého bydliště. Oblaka vyfotografujte a typ oblaků zaznamenejte!
Úkol / Úkol k zamyšlení
Jak byste mohli jednoduše sestrojit vlastní přístroj na měření vlhkosti vzduchu?
(Pomoc hledejte i v Kap. 12.)
88
SHRNUTÍ
S vodou, která se v atmosféře může vyskytovat ve všech třech možných
skupenstvích, jsou spojeny tři základní meteorologické prvky vlhkost vzduchu,
atmosférické srážky a oblačnost. Za vhodných podmínek se v atmosféře vytvářejí
oblaka v některém z 10 základních tvarů. Z těch pak mohou vypadávat vertikální
atmosférické srážky v kapalném nebo pevném skupenství. Druhým typem jsou
srážky horizontální. Jednotlivé geografické oblasti se liší denním, ale hlavně
ročním režimem srážek.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Proč je režim relativní vlhkosti vzduchu inverzní k chodu teploty vzduchu?
2. Popište proces vzniku oblaků (srážek)!
3. Charakterizujte vysoká, střední a nízká oblaka z hlediska složení a vlivu na
charakter srážek!
4. Zdůvodněte klimatický význam sněhové pokrývky (v místním i globálním
měřítku)!
Pojmy k zapamatování
absolutní vlhkost, adiabatický proces, advekční mlha, bouřkový mrak
(nimbostratus),
déšť,
dešťová
sloha
(nimbostratus),
evaporace,
evapotranspirace, frontální srážky, horizontální srážky, hydrologický cyklus,
kondenzační jádro, kupa (cumulus), oblačnost, orografické srážky, radiační
mlha, relativní vlhkost, rosa, rosný bod, řasa (cirrus), řasová sloha (cirrostratus),
řasová kupa (cirrocumulus), sloha (stratus), slohová kupa (stratocumulus), sníh,
sněžná čára, srážkový stín, sublimace, transpirace, vyvýšená kupa
(altocumulus), vyvýšená sloha (altostratus), vertikální srážky, vlhkost vzduchu
89
8
Vzduchové hmoty a systém počasí
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
specifikovat základní vzduchové hmoty podle vybraných kritérií,
vysvětlit pojem atmosférická fronta a popsat základní typy front i jejich vliv na
počasí oblasti,
popsat základní tlakové útvary.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Vzduchové hmoty výrazně ovlivňují charakter počasí místa a tím i jeho klimatické
poměry. Pokud se střetávají vzduchové hmoty rozdílných vlastností, dochází na
jejich styku ke vzniku frontální činnosti. Vzduchové hmoty jsou prostorem, kde
vznikají základní tlakové útvary, cyklony a anticyklony. Cyklony v tropických
vzduchových hmotách představují velmi nebezpečný meteorologický jev. Pro
pochopení smyslu předpovědi počasí je nutná znalost základních
meteorologických pojmů, které v této kapitole najdete.
8.1 Vzduchové hmoty
Objemy vzduchu v troposféře plošně porovnatelné s plochami moří a pevnin se
označují jako vzduchové hmoty. Rozměry v horizontálním směru jsou značné
(2-3 tisíce km). Vertikálně často zasahují od zemského povrchu až po tropopauzu.
Někdy jsou jednotlivé vzduchové hmoty uložené nad sebou a to tak, že se
zpravidla teplejší vzduchová hmota nachází nad studenou. Mají přibližně stejné
fyzikální vlastnosti a pohybují se podle zákonitostí všeobecné cirkulace
atmosféry.
Vzduchové hmoty si dostatečně dlouho zachovávají svoje původní vlastnosti i po
přemístění do jiné geografické oblasti. Typické vlastnosti vzduchových hmot,
především teplota a vlhkost, charakterizují meteorologické poměry oblasti svého
vzniku. Výrazně mohou ovlivňovat ráz počasí místa.
Geografické kritérium klasifikace podle místa vzniku obsahuje 4 základní typy:
arktická nebo antarktická (AVH nebo AAVH),
polární (PVH), používá se i označení vzduch mírných šířek,
tropická (TVH),
ekvatoriální (EVH), často se považuje za vlhkou tropickou vzduchovou
hmotu.
90
S výjimkou ekvatoriální vzduchové hmoty lze u každého typu hovořit jako o
mořské (m) nebo kontinentální (c) vzduchové hmotě. Vzduchové hmoty se
přemísťují, dochází ke změně jejich vlastností, k tzv. transformaci vzduchové
hmoty.
Dělení vzduchových
hmot
Vzduchové hmoty lze dělit podle jejich termodynamických a termických vlastností
(termodynamická klasifikace):
Teplá vzduchová hmota (stabilní a nestabilní)
Přemísťuje se z oblasti teplé do oblasti chladnější, nejčastěji od jihu k severu.
Studená vzduchová hmota (stabilní a nestabilní)
Vzduchová hmota, která se přemísťuje z oblasti chladné do oblasti teplejší,
nejčastěji od severu k jihu.
Místní vzduchová hmota (stabilní a nestabilní)
Setrvává delší dobu v dané oblasti a podstatně nemění svoje vlastnosti.
8.2 Atmosférické fronty (teplá, studená, okluzní,
stacionární)
Přechodná oblast mezi sousedícími vzduchovými hmotami bývá široká 200-500
km a označuje se jako frontální zóna. Pokud je rozhraní mezi vzduchovými
hmotami velmi výrazné, vytváří se frontální čára neboli fronta. Přechodná zóna
mezi jednotlivými vzduchovými hmotami je šikmá přechodná vrstva. Označuje se
frontální plocha. Úhel jejího sklonu je velmi malý (0,5-1,0º).
Obr. 50: Frontální plocha a frontální čára (rozhraní)
Délka frontální zóny bývá několik tisíc km, šířka několik set km, ale v přízemní
vrstvě jen několik desítek km. Tloušťka frontální vrstvy bývá obvykle několik set
metrů.
Základní vzduchové hmoty jsou od sebe odděleny hlavními frontami. Vzhledem
k nepatrným pohybům vůči zemskému povrchu se považujeme tyto fronty za
kvazistacionární. Průměrné sezónní nebo geograficky charakteristické
polohy hlavních atmosférických front vytvářejí klimatologické fronty.
91
Rozlišujeme 3 hlavní atmosférické fronty.
1. Arktická (AF), resp. antarktická fronta (AAF) odděluje arktický, resp.
antarktický vzduch od polárního.
2. Polární fronta (PF) odděluje polární vzduch od tropického. Dělí se na
několik větví. Pro počasí v Evropě je nejvýznamnější ta, která probíhá v zimě
od Mexického zálivu nad severní část Atlantského oceánu k západnímu
pobřeží Francie.
3. Tropická fronta (TF) tvořící rozhraní mezi tropickým a ekvatoriálním
vzduchem.
Vzduchové hmoty se vytvářejí také uvnitř geografických oblastí. Hovoříme o
podružných atmosférických frontách
Atmosférické fronty se významně podílejí na formování počasí. Na obou stranách
fronty vznikají mohutné atmosférické vlny způsobující vznik cyklón a anticyklón.
Na formování počasí a utváření klimatu mají zásadní vliv atmosférické poruchy
v mírných zeměpisných šířkách, tj. v oblasti polohy polární fronty.
Atmosférické fronty neustále vznikají a zanikají. Tento proces se nazývá
frontogeneze. Jejim typickým znakem je zvětšování horizontálního gradientu
teploty i dalších meteorologických prvků. Opakem popsaného procesu je
frontolýza.
Fronta, na které pozorujeme výstupné klouzání teplého vzduchu podél klínu
studeného vzduchu se nazývá anafronta. Když teplý vzduch podél klínu
studeného vzduchu sestupuje, hovoříme o katafrontě.
Dalšími typy atmosférických front jsou teplé a studené. Na rozdíl od
kvazistacionárních se vyznačují výraznou dynamikou.
Teplá fronta
Tvoří ji rozhraní mezi studeným a teplým vzduchem, které se pohybuje ve směru
ke studenému vzduchu. Lehčí teplý vzduch vystupuje nad ustupující klín
studeného vzduchu a má proto nejčastěji charakter anafronty. V souvislosti s
výstupem teplého vzduchu dochází ke kondenzaci vodní páry a na teplé frontě se
vytváří mohutný systém oblačnosti s typickým pořadím druhů oblaků. Projevem
blížící se teplá fronty je snížená dohlednost, pokles tlaku vzduchu a srážky. Po
přechodu srážky ustávají, oblačnost se zvedá a otepluje se.
Tab. 4: Ráz počasí spojený s teplou frontou, podle C. D. Ahrens, (1998)
Meteorologický
prvek
Vítr
Teplota
Tlak
Oblačnost
Srážky
Před frontou
Při přechodu fronty
Po přechodu fronty
J, JV
chladno,
pomalu
se
otepluje
obvykle klesá
v pořadí: Ci, Cs, As, Ns, St
a mlha, v létě občasně Cb
mírný až střední déšť, sníh,
krupky, mrholení
proměnlivý
stále roste
J, SZ
tepleji, pak trvale
Dohlednost
dobrá
Rosný bod
stále roste
vyrovnaný
typu St
stále rostoucí
jasno
s řídkými
Sc,
v létě občas Cb
mrholení nebo bez srážek
obvykle bez srážek,
občas mírný déšť nebo
přeháňky
špatná,
postupně
se dobrá s výjimkou při
zlepšující
přeháňkách
stálý
roste, pak stálý
92
Obr. 51: Vertikální řez teplou frontou, její znázornění na synoptické mapě a
charakter teploty a tlaku vzduchu po jejím přechodu
Studená fronta
Představuje pásmo styku mezi teplým a studeným vzduchem, kdy teplý vzduch
ustupuje před frontou. Na jeho místo se tlačí studený vzduch. Projevem je vznik
kupovité oblačnosti, přeháňky a v létě četné bouřky. Vertikální pohyby jsou daleko
intenzivnější, než u teplé fronty. Podle charakteru výstupu teplého vzduchu na
frontě rozlišujeme 2 typy studené fronty.
Studená fronta 1. typu (pomalu postupující)
Výstupné proudění teplého vzduchu probíhá po celé výšce frontální plochy. Má
povahu anafronty. V oblačném systému jsou zastoupeny cumulonimby, které
přecházejí v nimbostraty, altostraty a cirrostraty. Srážky na čele fronty mají povahu
přeháňek, za frontou mají trvalejší ráz. Vítr je nárazovitý.
Studená fronta 2. typu (rychle postupující)
Tento typ studené fronty je četnější. Výstupné proudění teplého vzduchu se
realizuje jen do výšky 2-3 km. Výše jsou pohyby sestupné. Ve spodní části má
tato fronta povahu anafronty, v horní katafronty. Oblačnost je obvykle tvořena
cumulonimby na čele fronty a bývá široká jen několik km. Srážky zasahují užší
území, ale mají charakter silných přeháňkových dešťů. Časté jsou bouřky a vítr
vysokých rychlostí.
93
Obr. 52: Vertikální řez studenou frontou, její znázornění na synoptické mapě a
charakter teploty a tlaku vzduchu po jejím přechodu
Tab. 5: Ráz počasí spojený se studenou frontou, podle C. D. Ahrens, (1998)
Meteorologický prvek
Vítr
Teplota
Tlak
Oblačnost
Srážky
Před frontou
J, JZ
teplo
stále klesající
více Ci, Cs, pak Cu nebo Cb
krátkodobé přeháňky
Dohlednost
dobrá
Při přechodu fronty
bouřlivý, nárazovitý
náhle klesá
minimální, pak výrazně roste
Cu nebo Cb
vydatné
dešťové
nebo
sněhové
přeháňky,
často
bouřky
špatná, postupně se zlepšující
Rosný bod
vysoký
-
Okluzní fronta
Patří mezi podružné atmosférické fronty.
Studená fronta postupuje za teplou až o 40 % rychleji a někdy až rychlostí 50
-1
km.h . V případě, že teplou frontu dostihne, spojí se studený vzduch s teplým a
vytlačí jej vzhůru. Takové spojení studené a teplé fronty se nazývá okluze.
Rozhraní mezi dříve teplou a studenou frontou se nazývá okluzní fronta.
a)
b)
Obr. 53: Schéma a) studené okluzní fronty a b) teplé okluzní fronty
(http://geografik13.webnode.cz/meteorologie/)
Po přechodu fronty
Z, SZ
stále klesající
stále rostoucí
často Cu
snižující se intenzita
přeháněk, pak jasno
dobrá s výjimkou při
přeháňkách
snižující se
94
Teplá okluzní fronta
Je-li studený vzduch postupující za studenou frontou teplejší, než ustupující
studený, vznikne okluzní fronta charakteru teplé fronty.
Studená okluzní fronta
Je-li studený vzduch pronikající za studenou frontou chladnější, vznikne okluzní
fronta charakteru studené fronty.
Tab. 6: Ráz počasí spojený s okluzními frontami, podle C. D. Ahrens, (1998)
Meteorologický
prvek
Vítr
Teplota
- studená okluze
- teplá okluze
Tlak
Oblačnost
Srážky
Dohlednost
Rosný bod
Před frontou
Při přechodu fronty
Po přechodu fronty
JV, J
proměnlivý
Z, SZ
chladno
chladno
obvykle klesá
v pořadí: Ci, Cs, As,
Ns
mírný, střední nebo
silný déšť
klesá
roste
nízký
Ns, někdy Cu a Cb
špatná při srážkách
stálý
chladněji
mírněji
obvykle roste
Ns, As nebo rozptýlené
Cu
mírné, střední nebo silné mírný
nebo
střední
srážky nebo přeháňky
srážky
s následným
úplným vyjasněním
špatná při srážkách
zlepšuje se
obvykle mírně klesá, mírně klesá, u teplé
zvláště při studené okluzi okluze může mírně růst
8.3 Základní pojmy v synoptické meteorologii
Synoptická meteorologie patří mezi základní meteorologické disciplíny. Studuje
zákonitosti rozvoje atmosférických dějů za účelem předpovědi počasí.
Výsledky meteorologických (synoptických) měření a pozorování jsou zaznamenány
do synoptických map. Hlavní cíl tvorby synoptických map je jejich analýza a
následná předpověď počasí. Obsahují informace z různých výšek (izobarických
hladin), které byly získány z meteorologických radiosond, radarů a družic a tak
umožňují sledovat vznik, vývoj a přemísťování tlakových útvarů, vzduchových
hmot a sektorů atmosféry dvoj- i trojrozměrně.
Synoptická mapa - prostředek synoptické analýzy a předpovědi počasí
Synoptické mapy jsou sestrojovány na základě rozkódování údajů synoptických
měření a pozorování ze všech výše uvedených zdrojů. Informace původně
zakódované do číselných synoptických depeší (např. INTER, SYNOP, TEMP,
AERO, SHIP) jsou překresleny do podkladových map ve formě staničních
kroužků.
Synoptická pozorování se provádějí v tzv. hlavních termínech (00:00, 03:00,
06:00, 09:00, 12:00, 15:00, 18:00 a 21:00 UTC, světového času). Aerologická
měření se provádějí v 00:00, 06:00, 12:00 a 18:00 UTC.
95
Obr. 54: (Zjednodušené) Schéma staničního kroužku
http://www.aeroweb.cz/clanek.asp?ID=118&kategorie=29
Nddfmfm
7 20 10
N - celkové množství oblačnosti v osminách pokrytí oblohy (N=9 - nelze určit, mlha,
7 - skoro zataženo)
0
dd - směr větru v desítkách stupňů (20=200 , tj. JJZ)
-1
-1
fmfm - rychlost větru v m.s (10=10 m.s )
VVwwW
71 81 9
VV - dohlednost (podle zvláštní stupnice - 71)
Ww - stav počasí (podle zvláštní stupnice - 81)
W - průběh počasí (podle zvláštní stupnice - 9 = bouřka)
PPPTT
023 13
PPP - tlak vzduchu v desetinách hPa (023=1002,3 hPa)
0
TT - teplota vzduchu ve C
0
0
(k záporným hodnotám se připočte 50, 13=13 C, 53=-3 C
96
NhClhCMCH
4 95 7 2
Nh - množství nízkých mraků v osminách (4=4/8)
Cl - druh nízkých mraků (9=cumulonimbus capiliatus (kumulonimbus s řasnatým
vrcholem, často ve tvaru kovadliny)
h - výška základny nízkých mraků (h=5, tj. 600-1000 m)
CM - druh středních mraků
CM=7 (altocumulus duplicatus)
CH - druh vysokých mraků
CH=2 (cirrus dencus, husté řasy ve valounech nebo skupinách)
TdTdapp
06 2 04
TdTd – teplota rosného bodu v celých stupních Celsia (k záporným hodnotám se
0
0
připočte 50, 06=6 C, 53=-3 C)
a - celkový ráz změny tlaku vzduchu za poslední tři hodiny (a =2, tj. 2 hPa)
pp – hodnota změny tlaku za poslední 3 hodiny v desetinách (pp=04, tj. 4 hPa)
Synoptické mapy
Přízemní synoptická mapa
Obsahuje údaje z přízemních meteorologických měření a pozorování. Umožňuje
popsat přízemní pole teploty vzduchu, tlaku vzduchu a proudění a určit polohu
hlavních synoptických objektů.
Výšková synoptická mapa
Tato mapa popisuje pole meteorologických prvků v různých výškových hladinách
na základě aerologických informací. Označují se jako mapy barické topografie.
Základní principy synoptické analýzy:
komplexnost (charakteristiky počasí jsou analyzovány komplexně, berou tedy
v úvahu jejich vzájemnou spojitost a podmíněnost).
trojrozměrnost (charakteristiky počasí jsou analyzovány v několika rozdílných
výškových hladinách atmosféry, nejčastěji v troposféře a ve spodní
stratosféře).
časová následnost (je založena na porovnávání analyzované synoptické
mapy s výsledky analýzy map časově předcházejících). Protože většina dějů
v atmosféře má dlouhodobější charakter, lze jejich genezi sledovat na
synoptických mapách velmi dobře.
Rysem synoptických map je operativnost a názornost. Pokrývají velké geografické
oblasti až do rozměru polokoule nebo zeměkoule.
Analýza synoptické mapy zahrnuje tyto postupné kroky:
určení stabilních a instabilních vzduchových hmot,,
lokalizace oblastí frontálních poruch,
zakreslení tzv. izalobar ( hodinových tendencí změny tlaku vzduchu,
stanovení polohy front,
zakreslení izobar,
určení typu fronty.
97
Základní pojmy synoptické meteorologie
Vývoj počasí a jeho změny jsou spojené s atmosférickou cirkulací, pro kterou jsou
typické prvky jako tlakové útvary, atmosférické fronty a vzduchové hmoty.
Jsou to základní synoptické objekty.
Pole větru je těsně spojené s tlakovým polem a tlakovými útvary. Systém všech
tlakových útvarů tvoří tlakové (barické) pole. Tlakové útvary jsou na synoptických
mapách zobrazeny izobarami. Oblasti nízkého tlaku jsou v atmosféře spojeny
s cyklónami a brázdami nízkého tlaku, oblasti vysokého tlaku s anticyklónami
a hřebeny vysokého tlaku.
Atmosférické fronty tvoří úzké přechodné vrstvy mezi sousedící teplou a
studenou vzduchovou hmotou. Atmosférická fronta je nakloněná k horizontu pod
ostrým úhlem tak, že klín studeného vzduchu leží pod teplým. Přechodná vrstva,
tzv. frontální plocha má sklon asi 1°. Fronty se dělí na troposférické (vysoké) a
přízemní (nízké) a dále na teplé, studené a stacionární.
Vzduchové hmoty rozdělují atmosféru podle podmínek počasí na sektory. Oblast
vzniku hmoty se nazývá ohniskem vzniku a dává jim charakteristické vlastnosti.
Přemísťování vzduchových hmot vyvolává změny počasí.
Obr. 55: Tlaková výše a její celkový vliv na projevy počasí
98
Obr. 56: Tlaková níže a její celkový vliv na projevy počasí
8.4 Předpověď počasí
Předpověď počasí vyjadřuje slovně nebo graficky budoucí stav povětrnostních
podmínek v určité geografické oblasti. Vychází z podrobné analýzy teplotního,
tlakového a vlhkostního pole atmosféry a fyzikálního stavu zemského povrchu.
Současné numerické předpovědi vycházejí z řešení numerických modelů
prováděných na vysoce výkonných počítačích.
Dělení podle použitého kritéria:
1. Čas na který se vydávají:
velmi krátkodobé, tzv. „nowcasting“ (několik málo hodin),
krátkodobé (1-3 dny),
střednědobé (4-10 dnů),
dlouhodobé (období delší než 10 dnů).
2. Prostor, na který se vztahují:
místní (pro vymezené místo nebo oblast, např. město, rekreační středisko),
oblastní (pro geografickou nebo administrativní oblast; do této skupiny lze
zařadit předpověď pro let nebo trať).
99
3. Koncový uživatel:
obecné (především pro občany, např. v televizi, tisku),
speciální (určené konkrétnímu uživateli, např. pro zemědělce, silniční,
leteckou nebo říční a námořní dopravu, energetiku atd.).
Krátkodobé předpovědi představují operativní, nejžádanější a nejdůležitější
druh předpovědi počasí.
Dlouhodobá předpověď počasí je nepoměrně složitější úkol. Její úspěšnost
v porovnání s krátko- či střednědobou předpovědí výrazně klesá. Faktor
úspěšnosti předpovědi počasí je hodnota udávaná v % splnění vydané
předpovědi (0 % naprosto chybná, 100 % bezchybná). Kolísá od 95 % (velmi
krátkodobá) po 60 % (dlouhodobá).
Obr. 57: Předpovědní synoptická mapa Evropy
http://www.chmi.cz/portal/dt?menu=JSPTabContainer/P9_0_Predpovedi/P9_1_Po
casi/P9_1_2_Evropa/P9_1_2_1_Synop_situace&last=false
V současnosti se pro předpověď počasí využívají numerické modely. Český
hydrometeorologický ústav využívá a prezentuje výsledky z modelu ALADIN. Ten
je určený pro krátkodobou předpověď atmosférických procesů středního měřítka s
prostorovým rozlišením 4 km.
Pro zájemce
Na této adrese http://www.yr.no můžete najít velmi podrobnou předpověď počasí pro kterékoliv místo
nejn v České republice.
Příklad / Příklad z praxe
Na uvedené webové stránce najděte předpovědní mapy z modelu ALADIN
pro nejbližších 24 hodin.
http://pr-asv.chmi.cz/aladin/
Úkol / Úkol k zamyšlení
Vyhledejte na Internetu další výstupy z numerických předpovědních modelů a
porovnejte s výstupy z modelu Aladin.
100
SHRNUTÍ
Kapitola obsahuje základní informace o vzduchových hmotách a jejich klasifikaci.
Je vysvětlen mechanismus pohyblivých atmosférických front (teplé, studené a
okluzní atmosférické). V textu je popsán rozdíl mezi tropickými a mimotropickými
cyklonami s důrazem na nebezpečnost tropických cyklon. Jsou popsány základní
meteorologické pojmy stejně jako zásady vytváření předpovědí počasí.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Charakterizujte základní vzduchové hmoty a fronty tvořící jejich rozhraní.
2. Popište ráz počasí před, v průběhu a po přechodu teplé (studené) fronty.
3. V čem se liší studená fronta 1. a 2. typu?
4. Jak vznikají okluzní fronty
5. Jaké jsou základní principy vytváření předpovědi počasí.
Pojmy k zapamatování
arktická (antarktická) vzduchová hmota, atmosférická porucha, bouřka z
konvekce - bouřka z přehřátí, frontální plocha (rozhraní), hurikán, mořská
vzduchová hmota, mimotropická cyklona, okluzní fronta, polární vzduchová
hmota, pevninská (kontinentální) vzduchová hmota, předpověď počasí,
rovníková vzduchová hmota, synoptická mapa, suchá vzduchová hmota,
stacionární fronta, studená fronta, tajfun, teplá fronta, tornádo, tropická cyklona,
tropická vzduchová hmota, vlhká vzduchová hmota, vzduchová hmota
101
9
Klima na Zemi a jeho klasifikace
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Uvést faktory podílející se na tvorbě klimatu.
Charakterizovat klimatické kategorie a zdůvodnit praktickou nutnost jejich studia.
Popsat specifika městského klimatu.
Vysvětlit rozdíly (výhody a nevýhody) nejčastěji užívaných klimatických
klasifikací.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Cílem kapitoly je vysvětlit podstatu tvorby klimatu na Zemi a jeho časovou a
prostorovou proměnlivost. Jsou popsány klimatické kategorie, na úrovni kterých
lze klima studovat. Pozornost je věnována městskému klimatu. Kapitola zahrnuje
přehled nejpoužívanějších typů klimatických klasifikací podnebí na Zemi.
9.1 Podnebí na Zemi
Podnebí je výsledkem režimu základních fyzikálních a meteorologických
procesů v úplném klimatickém systému, kterými jsou výměna tepla, oběh vody a
všeobecná cirkulace atmosféry. Ráz podnebí určuje míra spolupůsobení všech
pěti základních klimatotvorných faktorů.
1. Astronomické faktory
Mají svůj původ v postavení Země ve sluneční soustavě, ze zákonitostí jejího
oběhu kolem Slunce, vzdálenosti Země - Slunce, v kolísání sluneční aktivity aj. Do
skupiny astronomických faktorů lze řadit i terestrické, které vycházejí především z
vlastností zemského tělesa, např. ze sklonu zemské osy k rovině ekliptiky,
z rotačního pohybu Země kolem zemské osy, z přibližně kulového tvaru Země atd.
Uvedené faktory určují tok zářivé sluneční energie dopadající na zemský povrch a
podmiňují její šířkové rozdělení na Zemi neboli solární klima.
Nejzávažnější důsledky vlivu astronomických faktorů jsou proto šířková
pásmovitost a rozdělení planetárního geosystému do regionálních
geosystémů (geomů). Z hlediska klimatu odpovídají geomy typům klimatu.
Vertikální stupňovitost geomů a jejich klimatu je způsobena vlivy georeliéfu.
2. Cirkulační faktory
Zahrnují vlivy cirkulačních procesů všech měřítek v atmosféře při utváření
klimatu v různých geografických oblastech. Všeobecná cirkulace atmosféry
ovlivňuje podnebí velkých oblastí (kontinentů, oceánů), zatímco mezo- a
mikrocirkulační faktory se projevují v klimatických poměrech menších oblastí.
102
Mohou se uplatňovat ve vztahu k některým meteorologickým prvkům po celý rok
nebo jen v určitém období či denní době.
3. Radiační faktory
Představují toky záření v atmosféře, na aktivním povrchu a v hydrosféře. Zahrnují
pouze sluneční záření dopadající na horní hranici atmosféry. Ostatní toky záření
podmíněné jeho přeměnou v atmosféře a na zemském povrchu (záření přímé,
rozptýlené, odražené či dlouhovlnné vyzařování) jsou již ovlivněny geografickými
faktory klimatu, především utvářením georeliéfu a jeho fyzikálními vlastnostmi.
4. Geografické faktory
5. Antropogenní faktory
Člověk sám o sobě nepředstavuje geografický činitel klimatu. Je ale nedílnou
součástí krajiny, je s ní v interakci, a proto je třeba studovat i jeho působení na
klima. Vliv člověka na podnebí se projevuje především prostřednictvím
socioekonomických aktivit. Přímo řídit nebo ovlivňovat (meliorovat) klima je člověk i
dnes schopen prakticky jen v měřítku mikroklimatu. Neřízené a nekontrolované
působení se ale stalo příčinou globálních klimatických změn.
Mezi nejzávažnější antropogenní faktory, které způsobují změny radiačního a
teplotního režimu atmosféry patří zvyšování výroby energie, růst koncentrace
CO2 a atmosférického aerosolu. Prokazatelné změny klimatu vyvolává člověk v
měřítku mikro-, mezo- a místního klimatu.
Mezi antropogenní faktory je třeba zahrnout také změny charakteru aktivního
povrchu, případně umělé ovlivňování (meliorace) podnebí. Meliorace klimatu je
označení pro cílevědomé lidské zásahy do přírodního nebo životního prostředí,
které směřují ke zlepšení klimatických poměrů určité oblasti. Mají odstranit nebo
alespoň zmírnit nepříznivé klimatické podmínky jak pro člověka, tak pro jeho
socioekonomickou činnost (zavlažování a vysoušení půdy, zalesňování, budování
větrolamů, lepší provětrávání). Protože se v současnosti omezuje meliorace
klimatu jen na přízemní vrstvu atmosféry, má jen místně omezený význam.
Výsledkem spolupůsobení všech uvedených klimatotvorných faktorů je konkrétní
ráz podnebí území. Z hlediska vlivu klimatu na každodenní činnost společnosti je
nejdůležitější znalost klimatických poměrů v přízemní, resp. mezní vrstvě
atmosféry.
9.2
Klimatické kategorie
Úplný klimatický systém je systém planetárního měřítka, což je pro studium
klimatu na menších územních nevýhodné. Proto byly zavedeny klimatické
kategorie, které umožňují lépe popsat klimatické poměry oblasti různých měřítek.
Existují čtyři základní klimatické kategorie - mikroklima, místní klima
(topoklima), mezoklima a makroklima.
Obecná kritéria jednotlivých kategorií jsou prostorové, časová, meteorologické a
energetické. Doplňujícími mohou být hodnoty vertikálních gradientů vybraných
meteorologických prvků, charakter přenosu a výměny tepelné energie z aktivního
povrchu do atmosféry a další.
103
Mikroklima
Mikroklima je podnebí velmi malých oblastí, které je nejvýrazněji formováno
homogenním aktivním povrchem (holá půda, vodní plocha, les, mikrotvary
georeliéfu atd.), který představuje hlavní klimatotvorný činitel.
Mikroklima
Obr. 58: Příklad klimatických kategorií (M1-M9 - mikroklima, L1-L6 - místní klima,
MS1-MS2 - mezoklima, A1 - makroklima), podle M. M. Yoshino (1961) - upraveno
Horní hranice je asi 2 m nad aktivním povrchem a hodnoty přepočtených
1
3
vertikálních gradientů představují řádově 10 -10 hodnot gradientů ve volné
atmosféře.
Výměna a přenos tepelné energie se děje molekulárním vedením, konvekcí a
turbulencí.
Existence mikroklimatu úzce závisí na rázu makropočasí. Příznivým typem pro
rozvoj mikroklimatu je radiační počasí (oblačnost menší než 2/10, průměrná
-1
rychlost větru nižší než 2 m.s ). Advekční počasí vlivy aktivního povrchu stírá a
projevy mikroklimatu jsou potlačeny.
Klima uzavřených prostor se označuje endoklima (důlní prostory, stáj, byt, třída,
výrobní prostory), klima jeskyň kryptoklima.
Místní klima (topoklima)
Je výrazně formované morfografií georeliéfu, převládajícím typem aktivního
povrchu a antropogenními vlivy. Místní vlivy mohou stírat projevy makropočasí,
zejména při advekčním typu počasí. Hodnoty vertikálních gradientů
0
1
meteorologických prvků v přepočtu na 100 m dosahují hodnot řádově 10 až 10
gradientů ve volné atmosféře.
Místní klima
104
Mezoklima
Mezoklima
Mezoklima se váže na oblast, kde je pozorovatelný vliv tření na rychlost
proudění a kde je vertikální promíchávání vzduchu turbulencí. Bývá pod
výrazným vlivem typů makropočasí. Nemusí vytvářet a pokud existuje,
charakterizuje klimatické poměry ucelených jednotek (geomorfologických,
hydrologických, biocenologických, krajinných atd.).
Jeho vertikální rozsah omezuje horní hranice mezní vrstvy atmosféry a vertikální
gradienty meteorologických prvků se příliš neliší od gradientů ve volné atmosféře.
Antropogenní faktor je při formování mezoklimatu velmi výrazný, ale míru jeho
působení lze ovlivnit zejména výběrem míst pro společenské aktivity (lokalizace
továren, sídlišť, velkých staveb, zemědělské plochy aj.).
Makroklima
Makroklima
Představuje klima v planetárním měřítku. Odráží dlouhodobý režim počasí
podmíněný energetickou bilancí, atmosférickou cirkulací, charakterem
aktivního povrchu i lidskými zásahy. Jeho vertikální omezení představuje
tropopauza. Dolní hranicí je výška, nad níž aktivní povrch nepodmiňuje utváření
mezoklimatu.
Formování makroklimatu výrazně ovlivňují jednotlivé složky fyzickogeografické
sféry. Podílejí se na přeměně sluneční energie na tepelnou, na vlastním přenosu
tepla i na režimu teploty, tlaku, vlhkosti a cirkulace vzduchu. Především
atmosférická cirkulace představuje velmi výrazný klimatotvorný činitel. Protože
se uvedení činitelé projevují nerovnoměrně, vznikají časové i prostorové
způsobuje rozdíly v klimatech jednotlivých geografických oblastí Země.
Klima měst
Klima měst
Klimatologie měst (urbánní klimatologie) studuje zvláštnosti jejich klimatu. V
širším pohledu zahrnuje problematiku mezoklimatu, místního klimatu a
mikroklimatu, klimatu mezní vrstvy atmosféry i znečištění ovzduší. Z pohledu
mezoklimatologie se jedná o studium interakce města jako celku s okolím.
Mikroklimatologie se podílí na studiu městských částí (náměstí, ulice, park, klima
uzavřených prostor atd.) a zasahuje až do problematiky humánní bioklimatologii.
Obr.59: Profil teploty vzduchu v městské a příměstské krajině
http://www.terry.ubc.ca/2006/02/08/climate-change-in-urban-areas-faq-moccia-mix/
105
Městské podnebí je výsledek spolupůsobením aktivních povrchů typických pro
města, forem georeliéfu, antropogenních zdrojů tepelné energie, dopravní,
průmyslové a další činnosti. Aktivní povrch ve městě je několikanásobně větší
než ve volné krajině, protože je tvořen i stěnami a střechami staveb, komunikacemi
s asfaltovým, betonovým či kamenným povrchem, zelenými plochami apod.
Landsberg (1981) uvádí, že pro klima měst je na rozdíl od sídel s nižší hustotou
zástavby či od volné krajiny charakteristické:
počet kondenzačních jader
10 x vyšší
počet pevných částic
10 x vyšší
trvání slunečního svitu
5 – 15 % kratší
množství oblačnosti
5 – 10 % měně
četnost výskytu mlhy v zimě o
100 % více
množství srážek
5 – 15 % více
četnost bouřek
5 – 10 % více
průměrná roční teplota
0,5 – 3,0 °C vyšší
průměrná minimální teplota v zimě
1 – 2 °C vyšší
průměrná maximální teplota v létě
1 – 2 °C vyšší
délka topné sezóny
10 % kratší
roční průměrná relativní vlhkost
6 % nižší
roční průměrná rychlost větru
20-30 % nižší
Složení vzduchu nad velkými městy je ovlivněno mírou znečištění ovzduší,
čímž je jeho schopnost propouštět záření a teplo snížena až o 50 %. Současně je
ale tepelné záření emitované povrchem do atmosféry zpomalováno a tepelná
energie se hromadí v blízkosti povrchu. Celkově je tak atmosféra nad městy
teplejší v porovnání s volnou atmosférou.
Vyšší hodnoty teploty vzduchu v centrálních částech měst v porovnání s
chladnějším okolím umožňují vznik tepelného ostrova města. Jeho velikost a
intenzita závisejí na velikosti města (počtu obyvatel), geografické poloze,
regionálních klimatických poměrech a čase měření. Nejzřetelněji je vyjádřen v
nočních hodinách při anticyklonálním bezvětrném počasí. Rozdíl teploty
v porovnání s okolím může v některých případech dosáhnout 5-10 °C.
Kromě vyšších teplot, snížení slunečního záření a nižších rychlostí větru
charakterizují městské klima vyšší srážkové úhrny. Vlivem zvýšeného počtu
kondenzačních jader v atmosféře velkých měst, časté termické konvekci nad
tepelným ostrovem města a zvýšené poměrné vlhkosti způsobené emisemi vodní
páry lze nad velkými městskými aglomeracemi často pozorovat výraznou
kupovitou oblačnost (průmyslová kupa). Kupovitá oblačnost může být příčinou
bouřkových jevů a vypadávání vydatnějších přeháňkových srážek, zejména nad
centry měst a průmyslovými zónami. Mohou způsobit bleskové městské povodně.
106
Ve světových velkoměstech se vyskytuje zvýšená úmrtnost v důsledku
tepelného syndromu, tj. narušení regulačního termosystému populace. To může
být z důsledek působení řady faktorů (extrémní teploty, fyziologické změny,
respirační problémy).
9.3 Klimatické klasifikace
Klimatické klasifikace stanovují klimatické typy a vymezují klimatické oblasti
od planetárního měřítka po místní.
Hodnoty klimatických charakteristik (teplota vzduchu a půdy, atmosférické srážky,
výpar a dalších) mají geografické zákonitosti (souvislost klimatu se zeměpisnou
šířkou, georeliéfem nebo stupněm kontinentality). Vzhledem ke kulovému tvaru
Země a ročnímu chodu radiační bilance je zřetelně vyjádřena pásmovitost
(zonálnost) jednotlivých typů klimatu. Klimatické pásy představují základ klasifikaci
podnebí.
Obr. 60: Klimatické pásy na Zemi
(https://moodle.kge.tul.cz/pluginfile.php/1523/mod_resource/content/0/2007/martin
a_kadlecova/vegetacnipasy2.html)
107
(https://moodle.kge.tul.cz/pluginfile.php/1523/mod_resource/content/0/2007/martin
a_kadlecova/vegetacnipasy2.html)
Klimatická pásma fyzická (skutečná) vznikla na reálném zemském povrchu
spolupůsobením radiačních, cirkulačních a geografických faktorů klimatu. V
důsledku nerovnoměrného rozložení pevnin a oceánů a charakteru všeobecné
cirkulace atmosféry nejsou rozložena zonálně.
Na Zemi vyčleňujeme tyto základní klimatické pásy:
tropický (mezi obratníky Raka a Kozoroha),
severní a jižní mírný (mezi obratníky a polárními kruhy),
polární arktický a antarktický (mezi polárními kruhy a póly).
Přechodné klimatické pásy:
subtropický (podél obratníků),
subpolární (podél polárních kruhů).
V každém z hlavních pásů určujeme některý z těchto typů klimatu:
oceánské,
kontinentální,
horské.
Typy klimatických klasifikací
Klimatické klasifikace lze rozdělit do dvou základních skupin.
Konvenční (efektivní) klasifikace
Vymezují jednotlivé typy klimatu podle projevů určitých klimatotvorných prvků
(vegetační kryt, odtokové poměry), které jsou popisovány podle stanovených
mezních hodnot, tedy určených konvenčně. Nesledují tedy vývoj klimatu, pouze
se opírají o ty procesy v krajinné sféře, které jej podmiňují. Mezi nejznámější patří
klasifikace L. S. Berga (1925), W. Koppena a R. Geigera (1928) či C. W.
Thornthwaita (1948).
Klasifikace klimatu podle W. Köppena
Patří mezi nejrozšířenější konvenční klasifikaci. Klimatické typy dělí podle teplot
a srážek ve vztahu k vegetaci. Na Zemi vyčlenil 5 klimatických pásem.
1. Pásmo vlhkého tropického klimatu A se dvěma typy klimatu:
2. Pásmo suchého klimatu B (na obou polokoulích) s dvěma typy klimatu podle
srážkových úhrnů:
3. Pásmo s mírně teplým klimatem C (na obou polokoulích) s třemi typy klimatu:
4. Mírně studené klima na pevninách severní polokoule (klima lesů) má dva typy:
Klimatické pásy
108
5. Pásmo polárního klimatu E se dvěma typy:
Do polárního klimatu řadí autor klima vysokohorských oblastí.
Podle zvláštností v režimu ročního chodu teploty a srážek se uvedená pásma dělí
na 11 základních klimatických typů.
Obr. 61: Klimatická klasifikace dle W. Köppena
(http://www.squ1.com/climate/koppen.html)
Genetické klasifikace
Klima na Zemi dělí podle podmínek jeho utváření (geneze). Vycházejí zejména z
cirkulace atmosféry, a proto lépe vyjadřují geografickou zonalitu. Mezi
nejznámější patří klasifikace H. Flohna (1950) a B. P. Alisova (1950). Společná
nevýhoda těchto klasifikací je jejich velká globálnost a schematičnost, která
nedovoluje klasifikaci podnebí v menších oblastech.
Klasifikace klimatu B. P. Alisova
Základem pro klasifikaci je převládající výskyt geografických typů vzduchových
hmot v jednotlivých oblastech.
B. P. Alisov rozlišuje 7 základních klimatických pásů:
rovníkový,
2 tropické,
2 mírných šířek,
2 polární.
109
Nejvyšší průměrný
roční úhrn
atmosférických
srážek na Zemi:
11 684 mm (úbočí
Mount Waialcala,
ostrov Kauai, Havajské
ostrovy)
Dalším zpřesněním definoval tzv. klimatypy Země:
1. klima rovníkové oblasti,
2. tropické klima,
3. klima tropických monzunů,
4. monzunové klima tropických náhorních rovin,
Nejvyšší roční úhrn
srážek:
5. klima pasátů,
22 990 mm, 1861
(stanice Čerápundží,
Indie)
6. klima tropických pouští,
7. subtropické klima,
Nejvyšší úhrn srážek
za 24 hodin:
8. kontinentální subtropické klima,
1 870 mm, 15. – 16. 3.
1952 (stanice Cilaos,
Réunion)
9. klima vysokohorských náhorních rovin,
10. středomořské klima,
Nejnižší průměrný
roční úhrn srážek na
Zemi:
11. subtropické monzunové klima,
12. subtropické klima oceánů,
0,8 mm (Arica, Chile)
13. klima mírných a subpolárních šířek,
Nejnižší roční úhrn
srážek na Zemi:
14. kontinentální klima mírných a subpolárních šířek,
0 mm, 14 let bez srážek
(Iquique, Chile)
15. klima horských oblastí mírných šířek,
Absolutní nejvyšší
rychlost větru při
zemském povrchu:
16. klima západních pobřeží mírných šířek,
17. klima východních pobřeží mírných šířek,
416 km/h, 12. 4. 1934
při maximálním nárazu
větru, resp. 338 km/h
jako průměr rychlosti za
5 minut
(meteorologická stanice
Mount Washington,
New Hampshire, USA)
18. klima oceánů mírných šířek,
19. klima Arktidy,
20. klima Antarktidy.
a)
b)
c)
Obr. 62: Rozdíly v ročním chodu teploty a srážek a) v Paříži, b) v Bergenu a c) ve
Vídni
110
Pro zájemce
Poznejte detailněji podnebí města, ve kterém studujete! (http://mestskeklima.upol.cz/)
Příklad / Příklad z praxe
Podle obr. 62 zdůvodněte rozdíly ročního chodu teploty a srážek v Paříži,
Bergenu a ve Vídni.
Úkol / Úkol k zamyšlení
Uveďte základní podnebné pásy na Zemi, popište je z hlediska režimu teploty,
srážek a charakterizujte v nich roční období.
Proč jsou pozorovatelné velké rozdíly teploty vzduchu mezi městy a jejich
okolím?
Které části města mohou být zejména v nočních hodinách výrazně teplejší, než
okolí?
Jaký je praktický význam zavedení klimatických kategorií?
SHRNUTÍ
Na utváření klimatu na Zemi se podílí 5 hlavních skupin klimatotvorných činitelů.
Pro potřeby studia na menších prostorových úrovních, než je globální, byla
stanovena kritéria, podle kterých byly definovány 4 klimatické kategorie. Pro dělení
klimatu na Zemi jako celku byly vytvořeny klimatické klasifikace. Dělí se na
genetické a konvenční.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Vyjmenujte hlavní klimatotvorné činitele a zdůvodněte jejich úlohu při
tvorbě klimatu.
2. Charakterizujte základní klimatické kategorie, uveďte jejich příklady.
3. Popište rozdíl mezi genetickými a konvenčními klimatickými klasifikacemi,
uveďte nejznámější typy.
Pojmy k zapamatování
Alisovova klasifikace klimatu, endoklima, genetické klasifikace, konvenční
klasifikace, Köppenova klasifikace klimatu, klimatotvorný faktor, klimatické
kategorie, makroklima, mezoklima, měststké klima, mikroklima, topoklima (místní
klima)
111
10 Kolísání klimatu a klimatické změny
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
Rozlišit význam pojmů kolísání podnebí a klimatické změny.
Vysvětlit příčiny kolísání klimatu a klimatických změn.
Popsat projevy a dopady kolísání klimatu a klimatických změn.
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Studiem následujícího textu se dozvíte, jaký je rozdíl mezi kolísání klimatu a
klimatickými změnami. Důležité je pochopit příčiny kolísání klimatu i klimatických
změn. Znalost projevů a dopadů globálního oteplování je důležitá pro studium
globálních změn životního prostředí (globálních environmentálních problémů) i
pro jejich redukci nebo eliminaci.
10.1 Paleoklimatologie, klima v minulosti
Výrazné změny klimatu se v geologické minulosti Země nastaly nejednou. Klima
minulých geologických dob se označuje jako paleoklima a jeho studiem se zabývá
paleoklimatologie.
Místo přístrojových měření meteorologických prvků a podnebí užívají
paleoklimatologové přirozené přírodní záznamy (informace), tzv. "proxy data".
Tato data představují přírodní stopy vypovídající o minulém klimatu a jsou uložené
např. v sedimentech na dně oceánů, v korálech, zmrzlé v ledovcích nebo uložené
v letokruzích.
Obr. 63: Proxy data, letokruhy umožňují vymezit teplá a chladná období
(http://www.planetseed.com/node/15256)
Paleoklimatologie
112
10.2 Kolísání klimatu a jeho příčiny
Na klimatické změny a kolísáním klimatu v důsledku lidské činnosti upozornil
švédský chemik Svante Arrhenius již v r. 1896. Uvedl, že rostoucí ekonomická
aktivita lidstva zvyšuje emisemi CO2 do atmosféry a tak růst jeho
koncentrace.
Kolísání klimatu představuje periodické nebo rytmické změny podnebí, které
nemají jednostranný charakter.
Představuje dlouhodobé kolísání hodnot meteorologických prvků, obvykle
s velmi výraznou amplitudou. Nejčastěji a nejzřetelněji se projevuje na teplotních
-1
3
a vláhových poměrech. Jeho projevy mívají časovou periodu 10 až 10 roků.
Periody dlouhé desítky nebo stovky let se označují jako sekulární.
Nejčastější příčinou kolísání podnebí jsou dlouhodobější vratné změny
všeobecné cirkulace atmosféry. Cirkulační faktor je závislý sluneční aktivitě.
K tomu se připojují i vlivy terestrické, sopečná činnost aj.
Na současném kolísání klimatu se podílejí antropogenní vlivy a nejvíce růst
obsahu CO2 a dalších skleníkových plynů v atmosféře, růst tepelného znečištění
atmosféry a růst obsahu antropogenních aerosolů.
Radiační účinky oblačnosti
Proces globálního oteplování může zásadně ovlivňovat oblačnost. Radiační
účinky oblačnosti jsou velmi komplikované a nelze jednoznačně označit jejich vliv
na oteplování nebo ochlazování. Charakter účinků ovlivňuje druh záření, druh
oblačnosti a ve výsledku míra pokrytí oblačností.
Obr. 64: Vliv celkové oblačnosti na KV záření
Obr. 65: Vliv celkové oblačnosti na DV záření
113
Krátkovlnné sluneční záření je na horní hranici oblačnosti ve velké míře
odráženo do kosmického prostoru. To vede obecně k ochlazování zemského
povrchu. Takto oblaka zvyšují albedo Země.
Dlouhovlnné záření emitované zemským povrchem je pohlcováno oblaky a
zpětně vyzařováno k zemskému povrchu i do kosmického prostoru. Energie
dlouhovlnného záření převažují nad energií krátkovlnného, výsledný efekt
způsobuje ohřívání zemského povrchu.
10.3 Globální oteplování, projevy a dopady
Bezprostřední příčinou globálního oteplování je antropogenní činnost způsobující
zesilování přirozeného skleníkového efektu. Projevy a dopady globálního
oteplování jsou velmi široké a zahrnují změny ve fungování celého klimatického
systému, změny v krajinné sféře i jejich jednotlivých složek.
Nejvýraznější exitující nebo očekávané projevy globálního oteplování:
zvyšováním hladiny oceánů s dopadem zejména na pobřežní oblasti,
Projevy globálního
oteplování
změny kryosféry,
změny na vodních zdrojích,
narušení biologické diverzity a celých ekosystémů,
problémy v zemědělské výrobě a v zabezpečení obyvatelstva potravinami v
důsledku postupující dezertifikace,
zdravotní stav populace,
produkce energie a průmyslová výroba, sídelní změny.
Nejzávažnější dopady globálního oteplování
Zvyšování hladiny světového oceánu
Současné zvyšování celkové hladiny oceánů je výsledek tepelné roztažitelnosti
oceánské vody a tání ledovců v důsledku růstu průměrné globální teploty. Za
posledních 100 roků se hladina oceánů zvyšovala asi o 1,0-2,5 mm za rok.
Kryosféra
Změny v pokrytí sněhem a ledem ovlivňují teplotu vzduchu, úroveň hladiny
oceánu a oceánské proudy a charakter bouří.
Sníh a led pomáhají udržovat zemi chladnou díky svému vysokému albedu. Až
60 % - 90% slunečního záření se od těchto povrchů odráží zpět do vesmíru.
Redukce sněhové pokrývky a ledu takto může vést ke zvyšování oteplování,
protože zemský povrch pohltí více sluneční energie.
Šelfové ledovce
Šelfové ledovce jsou spojené s pevninou, zasahují do oceánu plují na něm.
Nejrozšířenější jsou v Antarktidě. Svůj objem ztrácejí při procesu telení ledovců a
vlastním táním.
Dopady globálního
oteplování
114
V oblasti Antarktického poloostrova je patrné největší zvýšení teploty za
posledních několik desetiletí. To se od r. 1974 projevuje odlamováním extrémně
velkých ledových ker.
Environmentální důsledky globálního oteplování
Vzhledem k intenzivnějšímu tání ledu ubyl od 2. poloviny minulého století arktický
led o 10-15 %. Severní pól bude pravděpodobně na volném moři. V důsledku
vyšších globálních teplot se zkracují zimy. Ledová pokrývka jezer, rybníků a řek
roztává v průměru o dva týdny dříve než před 150 lety.
Globální růst teploty může do konce století postihnout jednu třetinu rostlinných a
živočišných habitantů a způsobit vymření některých druhů.
Možné jsou změny v chování rostlin a zvířat. V Evropě už dnes kvetou zahradní
květiny o 10,8 dne déle než před 45 lety. Bude se dobře dařit i těm rostlinám, které
dnes považujeme za exotické.
Tažní ptáci nyní odlétají do teplých krajin později než generace před nimi a také se
dříve vracejí. Je možné, že nebudou odlétat vůbec. Mnohé příznaky oteplování lze
pozorovat i v říši hmyzu. Motýli, brouci a vážky se nacházejí stále severněji.
Extremita počasí a podnebí
Technický pokrok zejména v oblasti družicové meteorologie a informačních
technologií umožňuje jejich velmi přesnou registraci, sledování a vyhodnocení
nebezpečných meteorologických a klimatických událostí.
Nejzávažnější přírodní katastrofy ve 20. století spojené s extremitou počasí:
sucha v Asii (Indie 1900,1907,1965-67; Čína 1907,1928-30,1936,1941-42;
bývalý Sovětský svaz 1921-22),
sucha v Sahelu, Afrika 1910-1914, 1940-44, 1970-85,
tajfuny v Číně, 1912, 1922
záplavy na řece Jang c‘ tiang, Čína, 1931,
velký smog v Londýně, Anglie, 1952,
příbojové bouře v Evropě, 1953,
záplavy v Iránu, 1954,
tajfun Vera, Japonsko, 1958,
cyklona v Bangladéši, 1970,
záplavy v severním Vietnamu, 1971,
blizard v Iránu,1972,
cyklona v Bangladeši, 1991,
tajfun Thelma, Filipíny, 1991,
hurikán Mitch, Honduras a Nikaragua, 1998,
El Niño, 1982-83.
Na extrémní události bývá celosvětově bohatý každý rok. Národní ekonomiky
ročně přicházejí v důsledku těchto událostí o miliardy US $ a o život tisíce lidí.
Výše popsané příčiny, projevy a dopady globálního oteplování mají i své odpůrce.
Prokazatelně zjištěné změny podnebí na Zemi považují za přirozený jev a jeho
antropogenní ovlivnění zpochybňují.
115
10.4 Teorie příčin klimatických změn
Klimatické změny jsou nezvratného rázu a představují změnu podnebí
9
probíhající v časovém měřítku až 10 roků. Jsou jednosměrné, např. směrem
k oteplování nebo ochlazování. Vždy probíhají na úrovni měřítka makroklimatu a
týkají se proto Země jako celku. Vysvětlují se řadou hypotéz.
První skupina hypotéz vychází
předpokládají, ale nedokazují:
z
klimatotvorných
faktorů,
které
se
dlouhodobé kolísání solární konstanty,
kolísání sluneční aktivity,
terestrické příčiny.
Druhá skupina hypotéz vychází z objektivně existujících faktorů.
astronomická hypotéza vychází ze známých skutečností, že orbitální
parametry Země, tj. sklon ekliptiky, délka perihélia a excentricity zemské orbity
se mění.
orografická hypotéza předpokládá, že tektonické pohyby zemské kůry změny
reliéfu mořského dna a tím ovlivňují mořské proudy. Teplá období
charakterizuje málo vertikálně členitý georeliéf, po zdvihu pevniny následuje
chladné období.
Třetí skupina hypotéz bere v úvahu reálně probíhající procesy a jejich zpětné
vazby:
teorie samovolného růstu ledovců říká, že pro růst ledovců ve vysokých
zeměpisných šířkách stačí malý pokles teploty.
V roce 1991 vznikl z
iniciativy americké
organizace NASA
program Earth Science
Enterprise s cílem lépe
pochopit, jaké změny se
dějí na zemském
povrchu. Projekt vstoupil
ve známost jako The
Earth Observing
System (EOS) a je
založený především na
nepřetržitém sledování
krajinné sféry z vesmíru.
První ze satelitů v rámci
tohoto programu Terra
(monitoring životního
prostředí, studium
klimatických změn) byl
vypuštěn v r. 1999.
Následovala řada dalších
jako Aura (výzkum
ozonu), Aqua (studium
vody na zemském
povrchu a v atmosféře),
Calipso (studium
atmosférických aerosolů),
CloudSat (studium
oblačnosti), Jason-1
(cirkulace a změna výšky
hladiny oceánů) atd.
Projekt poskytuje
komplexní údaje o těch
procesech na Zemi, které
souvisí především s
klimatickými změnami.
Má umožnit lépe
předvídat a pochopit
klimatické změny všem
těm, kteří jsou na počasí
a podnebí životně závislí.
116
Pro zájemce
Na uvedených webových stránkách naleznete prakticky vyčerpávající informace o globálních změnách
životního prostředí. http://gcmd.nasa.gov/
Na
těchto
webových
stránkách
se
dozvíte
http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/globalwarming/proxydata.html
více
o
paleoklimatologii
Příklad / Příklad z praxe
Dle obr. 64 a obr. 65 vysvětlete charakter radiačních účinků oblačnosti na
teplotní režim atmosféry (zemského povrchu).
Úkol / Úkol k zamyšlení
V odborné literatuře nebo na Internetu najděte příklady (důkazy, projevy) kolísání
podnebí či klimatických změn. Zaměřte se na střední Evropu.
SHRNUTÍ
Pro pochopení současného a budoucího podnebí na Zemi je nezbytná znalost
podnebí minulého. Jeho rekonstrukce je možná pouze na základě analýzy stop,
které o jeho rázu mohou vypovídat. V současnosti jsme svědky procesu kolísání
klimatu a hovoří se též o klimatických změnách. Jsou známy jejich příčiny, projevy i
možné důsledky.
Kontrolní otázky a úkoly
1. Čím se zabývá paleoklimatologie a co jsou to proxy-data?
2. V čem spočívá rozdíl mezi kolísáním klimatu a klimatickými změnami.
3. Jak se podílí proces globálního oteplování na globálních
environmentálních (ekologických) problémech?
Pojmy k zapamatování
globální oteplování, kolísání klimatu, klimatické změny, paleoklimatologie, proxydata, radiační účinky oblačnosti, změna klimatu
117
11 Meteorologické prvky, jejich měření a
základní klimatické charakteristiky
Cíl
Po prostudování této kapitoly budete umět:
poznat a popsat přístroje na měření základních meteorologických prvků
stanovit základní klimatické charakteristiky nutné pro popis podnebí vybraného
místa
Doba potřebná k prostudování kapitoly: 60 minut.
Průvodce studiem
Pro popis podnebí území na jakékoliv prostorové úrovni je nutná znalost režimu
základních meteorologických prvků. K tomu je nezbytně nutné vědět, jakými
meteorologickými přístroji se tyto prvky běžně měří, případně měřily a které
základní klimatické charakteristiky (dlouhodobé průměry, klimatické normály) se
z těchto hodnot zjišťují.
11.1 Sluneční záření
11.1.1 Přístroje na měření slunečního záření
Nejčastěji se měří intenzita globálního, přímého a tepelného záření. Přímé a
rozptýlené záření, tedy krátkovlnné (0,3 – 3,6 µm) se měří absolutně pyranometry
a pyrheliometry (absolutně), tepelné dlouhovlnné (4,5 – 4,2) µm pyrgeometry.
11.1.2 Základní klimatické charakteristiky záření
Vyhodnocují se např. průměrné hodnoty pro zvolené časové intervaly. Užitečnou
charakteristikou je poměr (v %) mezi množstvím záření při zatažených a jasných
dnech, poměr mezi množstvím záření ve všech dnech a za jasných dní. Pro
praktické účely je užitečná znalost o denním chodu průměrných hodinových úhrnů
globálního záření během roku. Potřebné jsou i četnostní charakteristiky denních
průměrných úhrnů globálního záření v jednotlivých měsících, extrémní hodnoty
denních úhrnů a také roční chod měsíčních úhrnů, úhrnů ročních dob i celého
roku.
Obr. 66: Pyranometr
118
11.2 Sluneční svit
11.2.1 Přístroje na měření slunečního svitu
Délka trvání slunečního záření se určuje pomocí heliografu. Je to skleněná koule
na kovovém stojanu. V její ohniskové vzdálenosti se nachází kruhový prstenec, do
kterého se vkládají registrační pásky. Čočka vypaluje na papír stopu, tj. délku
trvání slunečného svitu.
11.2.2 Základní klimatické charakteristiky slunečního svitu
Délka trvání slunečního svitu se nejčastěji určuje na základě vyhodnocení
záznamů heliografu. Udává se v hodinách nebo desetinách hodin za den, měsíc
nebo rok.
Kromě skutečné délky trvání slunečního svitu se v klimatologii někdy uvádí
astronomicky možné trvání slunečního svitu (časový interval od východu po
západ Slunce vzhledem k ideálnímu obzoru) a efektivně možné trvání slunečního
svitu (vztahuje se k místu pozorování se skutečným obzorem).
Obr.67 : Heliograf
11.3 Teplota půdy
11.3.1 Přístroje na měření teploty půdy
Pro měření teploty půdy se používají rtuťové teploměry. Pro menší hloubky (do
20cm) to jsou lomené teploměry, pro hloubky 50 cm a více hloubkové teploměry
umístěné na tyči. Rtuťové teploměry jsou nahrazovány elektrickými odporovými
11.3.2 Základní klimatické charakteristiky teploty půdy
Mezi nejběžnější charakteristiky teploty půdy patří měsíční průměry termínových
pozorování, denní průměr, průměrné maximum a minimum a termínová
maxima a minima na povrchu půdy.
Pro praktické účely v biometeorologii a agrometeorologii mají velký význam údaje
o denních průměrech teploty půdy v měřených hloubkách a údaje o nástupu,
ukončení a trvání teplot 0 ºC, 5 ºC, 10 ºC, 15 ºC a 20 ºC jak pro povrch půdy, tak i
pro jednotlivé hloubky.
119
Obr.68: Půdní lomené teploměry
11.4 Teplota vzduchu
11.4.1 Přístroje na měření teploty vzduchu
Na meteorologických stanicích se teplota vzduchu měří kapalinovými,
deformačními nebo elektrickými teploměry. Náplň kapalinových teploměrů tvoří
nejčastěji rtuť nebo líh. Tyto teploměry jsou staniční, maximální, minimální,
přízemní a umožňují čtení na 0,1 °C.
Deformační teploměry tvoří 2 kovové proužky o různé tepelné roztažnosti kde
jeden konec je pevný.
Elektrické teploměry využívají existence vztahu mezi změnou teploty kovů a
změnou teploty jejich elektrického odporu, kdy s teplotou odpor roste.
Pro bezkontaktní měření teploty povrchu se používají infrateploměry.
11.4.2 Základní klimatické charakteristiky teploty vzduchu
Teplota vzduchu představuje nejzákladnější a nejdůležitější klimatickou
charakteristiku místa. Pozorovacími termíny v síti stanic ČHMÚ jsou 7, 14 a 21
hodin středního místního času a to proto, aby se projevil vliv výšky Slunce na
chod teploty vzduchu.
Patrně nejzákladnější charakteristikou je průměrná denní teplota td, která se
vypočte:
td =
t 7 + t14 + 2t 21
4
,
kde t7, t14 a t21 jsou termínové teploty v 7, 14 a 21 hodin.
Dalšími charakteristikami jsou teplotní minima tmin, teplotní maxima tmax a teplotní
amplituda ta, která je rozdílem právě maximální a minimální teploty. Tyto
charakteristiky se nejčastěji určují na denní, měsíční a roční úrovni.
K podrobnějšímu popisu teplotních poměrů sledovaného místa patří údaje o počtu
tzv. charakteristických dní.
Tropický den (maximální denní teplota Td,max ≥ 30,0 ºC),
Den s tropickou nocí (noční minimum Tn,min ≥ 20,0 ºC),
Letní den (maximální denní teplota td,max ≥ 25,0 ºC),
120
Mrazový den (minimální denní teplota td,min < 0,0 ºC),
Ledový den (denní maximální teplota td,max <0,0 ºC),
Arktický den (maximální denní teplota vzduchu td,max ≤ -10,0 ºC).
Údaje o absolutním, průměrném, minimálním nebo maximálním počtu
charakteristických dní se mohou určovat pro jednotlivé měsíce, roční doby, roky
atd. Důležité může být stanovení prvního a posledního data výskytu těchto dnů.
Další teplotní klimatický údaj je výskyt charakteristických průměrných teplot. Ty
jsou velmi často svázané s životem v přírodě a přírodními jevy. Nejčastěji se
stanovuje kalendář jejich nástupu, ukončení a trvání.
Tak např. průměrné denní teploty Td,prům. > 0 ºC vymezují bezmrazové období.
Průměrné denní teploty Td,prům. > 5 ºC vymezují velké vegetační období,
průměrné denní teploty Td,prům. > 10 ºC malé vegetační období, průměrné denní
teploty Td,prům. > 15 ºC pravé léto (též období zrání obilovin) atd.
Teplotní sumy (též součty, úhrny) teplot jsou často užívanou teplotní
charakteristikou zejména v zemědělství. Teplotní sumou rozumíme součet
průměrných denních teplot Td,prům. > 10 ºC téměř výhradně ve vegetačním
období. Průměrné teploty, které jsou nižší než požadovaný průměr pro sledované
období, se do sumy nepočítají.
Místa o stejné teplotě vzduchu spojují izolinie, které se nazývají izotermy.
Obr. 69: Detail termografu a minimálního teploměru
11.5 Tlak vzduchu
11.5.1 Přístroje na měření tlaku vzduchu
Tradiční přístroj představuje rtuťový staniční tlakoměr, který udává barometrický
tlak výškou rtuťového sloupce ve vzduchoprázdné nahoře uzavřené trubici. Druhý
konec se nachází ve rtuti (Toricelliho pokus). Kovový deformační tlakoměr se
nazývá Aneroid. Princip měření spočívá v deformaci dna Vidino dózy, tj. kovové
krabičky se zvlněným povrchem, ve které je podtlak.
11.5.2 Základní klimatické charakteristiky tlaku vzduchu
Z klimatologického hlediska je důležitý roční chod tlaku vzduchu a to podle
měsíčních průměrů, pentádových nebo denních průměrů v souvislosti se studiem
singularit.
121
Při podrobnějším zpracování lze uvádět měsíční a roční průměry tlaku vzduchu
v hPa pro pozorovací termíny i denní průměr podle vztahu:
( p7 + p14 + p21 )
3
kde p7, p14 a p21 jsou termínové hodnoty tlaku vzduchu.
Dále se obvykle uvádějí nejvyšší a nejnižší měsíční průměry s uvedením roku
výskytu a největší a nejmenší odchylky od průměru. Z dalších charakteristik to
mohou být absolutní a průměrná maxima a minima s daty výskytu, případně jejich
amplitudy. Významná je interdiurní (mezidenní) proměnlivost. Záznamy barografů
umožňují popis denního chodu tlaku vzduchu.
Čára, která spojuje místa o stejném tlaku vzduchu na meteorologických nebo
klimatických mapách, se nazývá izobara.
Obr. 70: Detail staničního rtuťového barometru a barograf
11.6 Vlhkost vzduchu
11.6.1 Přístroje na měření vlhkosti vzduchu
Typ přístroje závisí na metodě měření. Psychrometrická metoda využívá „suchý“
a „vlhký“ teploměr (dvojice staničních teploměrů), kdy čidlo „vlhkého“ teploměru je
ovinuté savou látkou. Hygroskopická metoda využívá délkové roztažnosti látek
vlhkem. Čidlo tvoří svazek odmaštěných lidských vlasů. Ty se s vlhkostí prodlužují,
při jejím poklesu zkracují.
V současnosti se nejvíce používají elektrické kapacitní vlhkoměry. Snímač tvoří
kapacitní čidlo, které funguje na principu kondenzátoru (2 desky, mezi nimi
nevodivá látka). Při změně vlhkosti nastává mezi vodiči změna kapacity. Je to
nejpřesnější a velmi citlivá meto