Monitor sucha bol vyvinutý v spolupráci Ústavu výskumu globálnej zmeny AV ČR v.v.i. (CzechGlobe) a Mendelovej univerzity v Brne (MENDELU). Vstupné údaje pre výpočty sú na základe zmluvnej spolupráce poskytované Slovenským hydrometeorologickým ústavom (SHMÚ). Monitor sucha predstavuje nástroj, ktorý v sebe kombinuje výsledky pozemných meraní, dynamický model vodnej bilancie a metódy diaľkového prieskumu Zeme. Čo sa týka kvality a rozsahu vstupných údajov, použitých metód, stupňa rozlíšenia a spôsobu overovania celého systému, sa jedná o novú kapitolu v monitoringu sucha na území SR.
_____________________________________________________________________________________
- 1) verifikovaný model vodnej bilancie SoilClim, ktorý bol vyvinutý v rámci spoločných projektov medzi tromi zapojenými pracoviskami, ktorý maximálne využíva vstupné údaje z pozemných meraní SHMÚ interpolovaných na 500 m grid. Výpočet berie do úvahy pre každý grid tak isto charakteristiku vegetačného krytu (resp. spôsob využitia územia) s prihliadnutím na aktuálny stupeň vývoja, úroveň sklonu, expozíciu a samozrejme na základné fyzikálne vlastnosti pôdy.
- 2) Aktuálny stav pôdnej vlhkosti odhadnutý modelom je porovnávaný s 50 ročným dlhodobým priemerom (1961-2010) pôdnej vlhkosti stanoveným pre každý deň, pričom hodnoty sú vyjadrené v jednoduchej 7 stupňovej farebnej škále.
- 3) Monitoring sucha je na základe predchádzajúcich 2 pilierov doplnený o nezávislú analýzu dopadov sucha na vegetáciu vďaka konfrontácii aktuálnych a archívnych satelitných snímkov stavu vegetácie ( s rozlíšením 250 m) získaných družicami Aqua a Terra – systémom MODIS a spracovaných v spolupráci MENDELU, CzechGlobe a Geografického ústavu Masarykovej univerzity.
____________________________________________________________________________________
ČHMÚ v Doksanoch. Jadrom systému je dynamický model obsahu vody v pôde - SoilClim (Hlavinka et al., 2010, Trnka et al., 2013). Tento model vychádza z prác Allena et al. (1998 a 2005), obsahuje ale celý rad modifikácíí a úprav tak, aby vyhovoval pre podmienky SR. Súčasná verzia modelu umožňuje odhadnúť hodnotu aktuálnej a referenčnej evapotranspirácie a obsah pôdnej vlhkosti (vlahy) v dvoch vrstvách koreňového profilu pre 11 vegetačných typov. Obsahuje v sebe dynamický rastový a fenologický model. Celý systém bol doteraz úspešne validovaný na 15 lokalitách v strednej Európe (ČR a Rakúsko) a na 12 lokalitách v USA, a to konfrontáciou s údajmi získanými z meraní evapotranspirácie na špičkových lyzimetroch, meraní (na meraniach) Bowenovho pomeru i Eddy Covariance. Validácia bude doplnená o nové stanice Bowenovho pomeru, Eddy Covariance a scintilometrov, ktoré sú súčasťou budovanej meracej siete v rámci CzechGlobe. Pôdny profil je v modeli SoilClim rozdelený do 2 vrstiev pričom vrchná vrstva zahŕňa prvých 40 cm pôdneho profilu (tj. ornica a priľahlá podorničná vrstva) a potom druhá vrstva pôdy od hĺbky 40 cm do maximálnej hĺbky korenenia (maximálne však do 1 metra). Model uvažuje povrchový odtok aj intercepciu (zachytenie) a zohľadňuje dôsledky zmien výšky porastu či albeda povrchu v priebehu sezóny. V rámci charakteristík gridu berie do úvahy vplyv expozície, svahovitosti a zatienenia horizontu na radiačnú bilanciu, zahŕňa odlišný dopad snehových zrážok na vodnú bilanciu a berie do úvahy i možný vply podzemnej vody (na základe dostupných informacií).
Model poskytuje pre každý grid informácie o aktuálnej a referenčnej evpotranpirácii, o obsahu vody v pôde v oboch vrstvách vyjadrenej, buď ako miera nasýtenia pôdneho profilu v %, alebo ako obsah pôdnej vlahy v mm. Finálnym produktom je mapa intenzity sucha, ktorá je pre každý grid stanovená porovnaním aktuálnej hodnoty obsahu pôdnej vlahy v daný deň s distribúciou hodnôt pôdnej vlahy dosiahnutej v období 1961-2015 v časovom úseku ± 10 dní od posudzovaného dátumu. Získaná hodnota potom vyjadruje pravdepodobnosť opakovania daného obsahu pôdnej vlahy v daný deň a je použitá pre priradenie zodpovedajúcej intenzity sucha (S0 – S5) podľa škály uvedenej v Tabuľke 1.
Výsledné mapové produkty zahrňujú mapu intenzity sucha v celej hĺbke pôdneho profilu (Obr. 1) doplnenú o intenzitu sucha vo vrstve 0 až 40 cm a 40,1 až ~100 cm. Tieto mapy využívajú stupnicu definovanú v Tabuľke 1 a môžu byť podľa potreby doplnené o indikáciu predpokladaných dopadov spôsobených výskytom krátkodobého sucha (K) a dlhodobému pôsobeniu deficitu vodnej bilancie (D). Týmito symbolmi sú označené regióny, kde je epizóda sucha o intenzite S3 a horšej po dobu trvania 1– 3 mesiace v prípade krátkodobého sucha a aspoň po dobu 3 mesiacov v prípade dlhodobého sucha.
Obr. 1. Základná mapa ISSS zachycujúca intenzitu sucha v profile 0 – 100 cm (resp. do maximálnej možnej hĺbky prekorenenia), ktorá sa aktualizuje každý pondelok do 15:00 na základe situácie v nedeľu o 7:00 stredoeurópskeho času spolu aj s pomocnými mapami pre hĺbky 0–40 a 40,1–100 cm. Tabuľka v legende zachytáva percento územia nachádzajúceho sa v jednotlivých kategóriách sucha.
Ako dodatočná informácia je k dispozícii aj mapa relatívneho nasýtenia celého pôdneho profilu (Obr. 2) a nasýtenia oboch sledovaných pôdnych vrstiev.
Obr. 2. Relatívne nasýtenie pôdneho profilu v pôdnej vrstve 0 – 100 cm. Pomocné mapy zobrazujú stav v povrchovej vrstve (0–40 cm) a hlbšej vrstve (40,1–100 cm).
Mapové podklady sú doplnené krátkym komentárom, ktorý je pripravovaný jednotlivými pracovníkmi nášho tímu, a to vždy v priebehu pondelkového popoludnia, pričom aktuálna týždenná mapa odráža stav v nedeľu o 7 hodine ráno. Dôležitú úlohu pri posúdení dopadov prípadnej epizódy sucha na vegetáciu má databáza družicových dát (najmä indexu normalizované odchýlky stavu vegetácie – NDVI) z družíc Aqua a Terra. Hodnoty NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) poskytujú veľmi cennú informáciu o stave vegetácie a môžu sa použiť pre indikáciu miest s fyziologickým stresom (napr. ako dôsledok nedostatku vlahy). Hlavným prínosom družicových snímok je získanie informácie o aktuálnom stave vegetácie na celom území, a to v jednom okamihu a pre každý pixel snímky, čo pochopiteľne pri podzemných pozorovaniach nie je možné, a tak poskytujú informáciu v podstatne s vyšším rozlíšením než konvenčné metódy (Brown et al., 2008). Tesná korelácia medzi hodnotami NDVI a dostupnosťou pôdnej vlahy, resp. výskytom sucha, bola preukázaná Brownom et al. (2008) a Tadesse et al. (2005) tiež demonštroval využiteľnosť NDVI pre strednodobú prognózu vývoja suchej epizódy, a tým jej dôsledkov na vegetáciu. V súčasnej dobe využíva ISSS databázu hodnôt NDVI zasahujúcu celé obdobie merania (2000–súčasnosť) a slúži pre nezávislé overenie priestorovej homogenity ISSS.
Referencie:
Allen RG, Pereira LS, Raes D, Smith M. 1998. Crop evapotranspiration. Guidelines for computingcrop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56.
Brown, J. F., B. D. Wardlow, T. Tadesse, M. J. Hayes, and B. C. Reed (2008), The Vegetation Drought Response Index (VegDRI): A new integrated approach for monitoring drought stress in vegetation, GISci. Remote Sens., 45, 16–46, doi:10.2747/1548-1603.45.1.16.
Hlavinka P, Trnka M, Balek J, Semerádová D, Hayes M, Svoboda M, Eitzinger J, Možný M, Fischer M, Hunt E, Žalud Z. 2011. Development and evaluation of the SoilClim model for water balance and soil climate estimates. Agriculture and Water Management 98: 1249–1261. DOI: 10.1016/j.agwat.2011.03.011.
Tadesse, T., J.F. Brown, and M.J. Hayes. 2005. A new approach for predicting drought-related vegetation stress: Integrating satellite, climate, and biophysical data over the U.S. central plains. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 59(4):244-253.
Trnka M., Kersebaum KC, Eitzinger J., Hayes M., Hlavinka P., Svoboda M., DubrovskýM., Semerádová D., Wardlow B., Pokorný E., Možný M., Wilhite D., Žalud Z. 2013, Consequences of climate change for the soil climate in Central Europe and the central plains of the United States, Climatic Change, DOI, 10.1007/s10584-013-0786-4.
