ČHMÚ v novém projektu zkvalitnil měření profilu směru a rychlosti větru

Český hydrometeorologický ústav zastává pestrou škálu funkcí, které jsou spolu vzájemně propojeny. „Jedním z důležitých předpokladů pro jejich kvalitní plnění je koncepční rozvoj a průběžná modernizace technických prostředků,“ uvádí Vladimír Vozobule, vedoucí observatoře OBS Temelín, který měl projekt výměny radarových windprofilerů na starosti. „Automatizace měření a pozorování nejen umožňuje zkvalitnění informací, ale zároveň přispívá k zefektivnění činnosti a hlavně ke zrychlení přístupu k informacím a následnému poskytování informací vedoucích ke zkvalitnění služby smogového a varovného regulačního systému v lidských sídlech,“ vysvětluje.

Techniku monitorovací sítě je nutné modernizovat v pravidelných intervalech, aby nedocházelo k postupné degradaci kvality a kvantity měření a případně ani k možným výpadkům v měření. „Nedílnou součástí monitoringu meteorologických prvků a parametrů atmosféry ve vazbě na znečištění ovzduší je měření vertikálního profilu směru a rychlosti větru na vhodných lokalitách na území naší země,“ přibližuje dále.

Součástí systému sledování meteorologických prvků a parametrů atmosféry ve vazbě na znečištění ovzduší je kromě sítě meteorologických stanic ČHMÚ síť radarových windprofilerů. Tyto systémy poskytují operativní informace v online režimu, a jsou tedy primárním zdrojem informací o vertikálním profilu směru a rychlosti větru.

Windprofiler je vertikálně uložený radar, a tudíž je z povahy tohoto způsobu měření náročný na dispoziční vlastnosti lokality s ohledem na výskyt jak pevných, tak pohybujících se překážek, jako jsou vedení napětí všech velikostí, stromy a obecně pohybující se cíle v jeho blízkém a středním okolí. „Navíc je zde požadavek na zdroje elektrické energie a oplocení lokality kvůli zabezpečení fyzické ochrany technologie,“ doplňuje Vladimír Vozobule. Zároveň je potřeba splnit geografické požadavky s ohledem na pokrytí území Česka. Právě tyto požadavky splňovaly lokality Cheb, Temelín a Kuchařovice, které jsou zároveň stanicemi profesionální synoptické sítě s nepřetržitou obsluhou.

„Data z windprofilerů jsou kontinuálně přenášena do centrální databáze ČHMÚ a dále do mezinárodní výměny a odtud jsou využívána jako operativní data pro předpovědní a výstražnou službu, smogové a varovné regulační systémy a zabezpečení provozu jaderných elektráren Temelín a Dukovany,“ vysvětluje Vladimír Vozobule. Měřenými parametry jsou rychlost a směr větru ve výškových hladinách. Znalost vertikálního profilu těchto veličin umožňuje získat přesný popis mezní vrstvy z hlediska šíření příměsí znečišťujících ovzduší, dovoluje predikovat přeshraniční přenos polutantů a v návaznosti na to včas činit správná opatření vedoucí k ochraně zdraví obyvatelstva. „Inovací těchto přístrojů v rámci zmíněného projektu tedy navíc došlo k rozšíření sledovaných parametrů atmosféry,“ říká Vladimír Vozobule. Modernizace stávajících windprofilerů byla nutná vzhledem k tomu, že jejich životnost již v mnoha případech byla nebo měla být v následujících letech ukončena.

Pro šíření znečištění v ovzduší hrají zásadní roli meteorologické podmínky, a tak lze podle slov Vladimíra Vozobuleho modernizaci radarových windprofilerů, která přispěla ke zkvalitnění operativních informací o stavu atmosféry, pokládat rovněž za podporu činnosti smogových varovných a regulačních systémů. „Vzhledem k tomu, že data z výše uvedených radarových windprofilerů jsou vstupy do numerických předpovědních modelů, zúročil projekt navíc i finanční prostředky vynaložené na projekt obnovy výpočetního systému pro provoz a rozvoj numerického modelu atmosféry ALADIN, realizovaný v roce 2017 také z podpory OPŽP,“ říká k tomu. „Hlavní částí tehdejšího projektu byla obnova superpočítače pro numerický předpovědní model ALADIN, který je klíčovou průřezovou aplikací provozovanou Českým hydrometeorologickým ústavem a primárním nástrojem pro analýzu stavu atmosféry a předpověď jejích budoucích stavů ve vysokém rozlišení,“ přibližuje Vladimír Vozobule. Monitoring meteorologických prvků a parametrů atmosféry ve vazbě na znečištění ovzduší v sídelních aglomeracích nabývá v posledních letech na svém významu. Zejména narůstající teplota, klesající vlhkost vzduchu a zesilující intenzita slunečního záření, včetně zvyšující se délky trvání slunečního svitu, vytváří rizika zvyšování koncentrací přízemního ozónu oxidací těkavých organických látek na znečištěných územích. „A právě tato rizika jsou důvodem k tomu, aby byly v kontextu stávající evropské legislativy akcentovány integrované analýzy kvality ovzduší a souvisejících meteorologických aspektů, zvláště v sídelních aglomeracích,“ rozvádí Vladimír Vozobule. „Takové analýzy striktně vyžadují propojení kvalitních meteorologických a klimatologických databází s databázemi emisními a imisními. Myšlenkou naplnění cílů projektu proto bylo udržení a zlepšení modelování atmosféry, zlepšení zpracování údajů o znečišťování ovzduší a nastavení vyšší úrovně integrovaných systémů pro sledování kvality ovzduší,“ popisuje dále.

Modernizace radarových windprofilerů nejen že k tomu podle jeho slov vytvořila potřebné podmínky, ale je i dobrým základem pro práce probíhající na propojení sledování trendů vývoje znečištění ovzduší a vývoje toků skleníkových plynů. „Tyto nadstavbové analýzy lze využít i pro optimalizaci přípravy strategických politických opatření na snižování emisí znečišťujících látek i skleníkových plynů,“ říká.

Výměna windprofilerů už se nedala dlouho odkládat

V době před realizací projektu byly na měřicích pozemcích profesionálních meteorologických stanic Cheb, Doksany, Temelín a Kuchařovice v provozu radarové windprofilery LAP (Low Atmosphery Profiler) 3000 Vaisala. Tyto systémy byly kromě radarové části vybaveny technologií RASS (Radio Acoustic Sounding System), která umožňuje stanovit rovněž vertikální profil teploty. Vlastní měřicí technologie windprofilerů je navíc vystavena přímým vlivům počasí, a dochází u ní proto k degradaci konstrukčních prvků systémů a může tím být ohroženo měření. Vyhodnocovací výpočetní technika, operující v režimu 365/7/24, je tak obecně vzhledem k podmínkám provozu v ohrožení. Jednotlivé komponenty původních windprofilerů už se nevyrábějí ani nejsou skladem.

„V lokalitě Temelín byl systém v operativním provozu od roku 2018, zatímco ostatní tři systémy byly zprovozněny v první polovině roku 2010 a všechny pracovaly v nepřetržitém pracovním režimu. V letech 2019 a 2020 jim bylo deset, respektive jedenáct let a ze strany výrobce jim byla ukončena technická podpora, což znamená, že v případě závažnější poruchy by tento systém musel být vyřazen z provozu. A právě z těchto důvodů byla nutná obměna systémů, aby nedošlo k přerušení měření,“ popisuje Vladimír Vozobule další důvody, které vedly k uskutečnění projektu obnovy radarových windprofilerů. „Na druhou stranu jsme do projektu nezahrnuli instalaci technologie RASS, která neprokázala dostatečně kvalitní výsledky a kromě jiného rušila blízké okolí nezanedbatelným hlukem, doprovázejícím tento způsob měření,“ uvádí Vladimír Vozobule.

Cílem projektu bylo nejen udržet dosavadní meteorologickou kvalitu naměřených meteorologických dat, ale také zavést do provozu systémy, které povedou ke zlepšení predikce vývoje kvality ovzduší v lidských sídlech. „V případě, že by obměna radarových windprofilerů nebyla provedena, přestaly by systémy v krátkém časovém horizontu fungovat. V takovém případě by chyběla relevantní meteorologická data jak pro krátkodobou předpověď, tak pro výstražnou předpovědní službu a mohlo by tak dojít k narušení integrovaných systémů společné infrastruktury sledování kvality ovzduší,“ popisuje Vladimír Vozobule situaci, která naštěstí nenastala, neboť projekt byl před dvěma lety úspěšně realizován.