Monitorování proměnlivosti vybraných faktorů mikroklimatu v okolí ekotonů
Výsledky práce
Hlavním cílem diplomové práce byl monitoring proměnlivosti teplotních, větrných a vlhkostních poměrů v okolí ekotonů v zájmových lokalitách povodí řeky Trkmanky. V následujícím textu jsou zmíněny hlavní výsledky analýzy dat získaných z terénního měření. Mezi další cíle se řadí vytvoření e-formuláře, do kterého by byla měřená data zapisována, a zpracování dlouhodobých mikroklimatických charakteristik zájmového území.
Analýza výsledků terénního měření
Předně je nutné podotknout, že měření na každém transektu byla prováděna každý měsíc pouze v rámci jednoho dne. Výsledky tedy popisují charakteristiku ekotonu k tomuto dni, tudíž nemohou v plné míře vystihovat daný měsíc ani roční chod, neboť naměřené hodnoty jsou ovlivněny aktuálním počasím daného dne.
Analýza teplotních poměrů
Nejvyšší teploty byly pozorovány ve dny měření v měsíci červenci, kdy teploty převyšovaly 28°C a dosahovaly teplot až 35°C (na transektu T5), vyjma transektu T10, kdy bylo měření prováděno v ranních hodinách. Nejchladnější teploty byly zaznamenány ve dny měření v měsíci listopadu, kdy klesaly průměrné teploty až k 0,2°C, opět v závislosti na denní době.
Při analýze hodnot byly porovnávány dosažené průměrné hodnoty teplot zvlášť v lesní části, ekotonu a travní části transektů. Při tomto rozboru byla stanovena základní hypotéza, že by teploty na trvalém travním porostu měly dosahovat vyšších hodnot, neboť zde je sluneční záření nejméně ovlivňováno (v úvahu bylo bráno i tvrzení, že v zimním období je v lese mírně tepleji). Tuto hypotézu podporují zjištění na transektech T8 a T9, kdy skutečně byly vyšší teploty zaznamenány na trvalém travním porostu, a to v 9 případech. Na transektu T5 byla až v 10 případech zaznamenána vyšší teplota v ekotonu. Tato skutečnost je pravděpodobně dána tím, že stanoviště reprezentující střed širokého ekotonu není nijak zastíněno, zatímco jedno stanoviště na travní části transektu se nacházelo v zákrytu koruny mladého stromu. K opačnému výsledku bylo dospěno u transektu T1, kdy v 8 případech byla zjištěna vyšší teplota v lesní části transektu. Nicméně zde se musí brát v úvahu, že naměřené průměrné hodnoty teplot vykazují jen malou variabilitu. Na transektech T4 a T6 lehce převažuje počet měření, kdy byla zjištěna vyšší teplota v travní části transektu než v lesní části, avšak tyto hodnoty byly naměřeny v jiných měsících. V případě transektu T3 se počet měření s vyšší teplotou na trvalém travním porostu (stepním oku) shoduje se situací v ekotonu, a v případě T10 jen s malou převahou je počet měření, kdy byla zjištěna vyšší teplota, zaznamenán na stanovištích v travní části. Na všech transektech bylo zaznačeno alespoň v jednom měsíci (měření), že se vyskytuje vyšší teplota v lesním porostu.
Další analýza se týkala potvrzení (či vyvrácení) předpokladu, že v nevegetačním období jsou teploty v lese, ekotonu a trvalém travním porostu vyrovnanější. Rozbor byl proveden na základě porovnání grafů a směrodatných odchylek, kde byla stanovena hranice menší nebo rovno 1. Za pozorované období byly zvoleny měsíce listopad – březen a vyhodnocovány byla jen měření ve 2 m. Z výsledků analýzy lze hypoteticky odvodit, že daný předpoklad byl správný, neboť na většině transektů tomu skutečně tak bylo, v případě transektu T10 dokonce ve všem měsících. Nejvíce odchylek bylo pozorováno v měsíci lednu a březnu, nejméně pak v prosinci.
Největší rozdíly mezi pozorovanou teplotou na trvalém travním porostu, ekotonu a v lese byly zpravidla zaznačeny ve dny, kdy byl radiační typ počasí (jasné dny) a bylo nejintenzivnější sluneční záření – v měsících květen, červenec a duben, popřípadě červen, září či říjen. Toto souhrnné tvrzení však neodpovídá všem transektům zároveň. Výsledky se různí v závislosti na pozorovaném stavu počasí a v závislosti na denní době.
Pociťovaná teplota
Kromě měření teploty vzduchu byla sledována i pociťovaná teplota, která vystihuje, jaký dopad mají aktuální meteorologické podmínky na živý (zejména lidský) organismus. Veličina, vyjadřující pociťovanou teplotu, nese označení Wind Chill Index, který je kombinací teploty vzduchu a rychlosti větru. V tomto případě se mluví o zchlazujícím účinku větru, kdy je s rostoucí rychlostí větru teplota vnímána jako chladnější (podle Borovička, 2008).
Používané anemometry Testo disponují výpočtem pociťované teploty pomocí tzv. New Wind Chill Index. Pociťovaná teplota počítaná pomocí anemometrů se liší od teploty vzduchu pouze při teplotách nižších než 10 °C a rychlosti proudění vzduchu vyšší než 1,34 m/s. Z tohoto důvodu byla pociťovaná teplota zaznamenávána jen v měsících listopad až únor.
Nejvýraznější rozdíly mezi pociťovanou a okolní teplotou byly pozorovány v měsících listopad a prosinec. Nejvyšší průměrný zchlazující účinek zaznamenaný v rámci celého transektu byl naměřen v prosinci na transektu T4, kdy byla pociťovaná teplota v průměru o 0,74 °C nižší. Největší rozdíl mezi oběma teplotami byl naměřen v listopadu na transektu T6 a T9, kdy se teploty lišily o 2,6 °C. Na transektu T6 byla teplota 3,0 °C vlivem větru o rychlosti 2,6 m/s vnímána jako 0,4 °C. Obdobně tomu bylo na transektu T9, kde zchlazující účinek větru o rychlosti 2,3 m/s a 2,4 m/s ovlivnil teploty 0,6 °C a 1,1 °C tak, že byly pociťovány jako -2 °C a -1,5 °C.
Analýza větrných poměrů
Vítr představoval nejvariabilnější faktor mikroklimatu, jež byl pozorován. Na rychlost a směr větru měla největší vliv zejména konfigurace terénu, jež je dána nadmořskou výškou, sklonitostí a expozicí dané lokality, a dále pak i přítomná vegetace, lesní a křovinaté porosty, jež proudění vzduchu brzdila, popřípadě směrově modifikovala.
Nejrychlejší proudění vzduchu bylo zaznamenáno u většiny transektů v měsíci březnu, kdy se průměrné hodnoty pohybovaly okolo 1,75 m/s.
Z provedené analýzy, kdy byly porovnávány rychlosti větru v každé části transektu (lesní, ekotonové a travní) v průběhu roku zvlášť, lze souhrnně odvodit, že ve většině případů byla nejvyšší rychlost zaznamenána v té části, odkud vanul vítr. Pokud tedy proudil z trvalého travního porostu směrem k lesu, byla na trvalém travním porostu zaznamenána i nejvyšší rychlost větru. Podobně tomu bylo i v opačném případě: pokud vítr vanul z lesních prostor, tak byla v lesní části transektu pozorována nejvyšší hodnota proudění vzduchu. Situace v ekotonu se různila podle toho, jestli se ve směru proudění vzduchu nacházela nějaká překážka (např. v podobě stromu či keře). V případě transektů, kde byl vytvořen na hranici lesa hustý zápoj vegetace, měl ekoton zpravidla charakter bariéry. Pokud byl směr větru ve směru transektu, který neměl vytvořený keřový plášť, představoval ekoton v několika případech průchozí zónu – koridor. Na větrné poměry v dané lokalitě má vliv spousta faktorů, které se bohužel nedokázaly vždy výlučně identifikovat, z tohoto důvodu nebylo možné podat vysvětlení u některých výsledků analýzy.
Ukázka, jak bylo v konkrétním případě modifikováno proudění vzduchu, je na následujícím obrázku.
Vyhodnocení zápoje porostu
Výrazný vliv na modifikaci proudění vzduchu měla, jak už bylo zmíněno výše, vegetace a především vytvořený zápoj. Zápojem se v tomto případě rozumí nejenom pokryvnost korunové části stromů, ale i kmenů, keřů a další vegetace. Na příkladu transektu T10 byl tento zápoj odvozen pomocí GIS. Zápoj je uváděn v procentech a byl vypočten na základě metodiky uvedené v příslušné sekci webových stránek. Výsledné hodnoty a ukázka porovnání výsledků ze dvou různých měsíců se nachází na následujícím obrázku.
Analýza vlhkostních poměrů
Při porovnání měření na všech transektech v průběhu roku lze vysledovat určitý chod relativní vlhkosti. Na všech transektech byly zaznamenány nejvyšší průměrné hodnoty relativní vlhkosti v zimním období, a to v prosinci, popřípadě již v září či listopadu, a v průměru se pohybovaly okolo 82,3 %. Výjimku tvoří transekt T10, kde byla nejvyšší relativní vlhkost pozorována v červnu, avšak to je dáno tím, že měření bylo provedeno po vydatném dešti. Proto jsou zde naměřeny hodnoty až okolo 90 % (v prosinci byly zjištěny druhé nejvyšší hodnoty). Naopak minimální hodnoty relativní vlhkosti byly zaznamenány v měsíci červenci a při dubnovém měření v roce 2009, kdy se hodnoty relativní vlhkosti pohybovaly okolo 29,4 %. Podobný průběh křivek, zachycujících naměřené hodnoty, je nejčastěji zaznamenán u transektů, které se nacházejí nejblíže a na nichž bylo provedeno měření s krátkým časovým odstupem.
Při analýze průměrných hodnot v jednotlivých měsících byly porovnávány dosažené hodnoty v lesním prostředí a na trvalém travním porostu. Základní hypotéza byla stanovena tak, že je relativní vlhkost v lesním prostředí v průběhu roku vyšší než na trvalém travním porostu. Zmíněné tvrzení bylo potvrzeno při porovnávání hodnot na transektech T5 a T8, kdy má v naprosté většině měsíců (v pozorovaných dnech) les vyšší hodnoty relativní vlhkosti než trvalý travní porost. Právě u těchto transektů je vytvořen na hranici lesa hustý keřový lem, jenž brání promíchávání vlhkého vnitřního a vnějšího suchého vzduchu, a tím jsou dány taky rozdíly mezi vlhkostními poměry jednotlivých prostředí. Relativně vyšších hodnot v lesním prostředí je dosaženo i u transektů T4, T6 a T9, kde u transektu T6 byly pozorovány nejvyšší rozdíly průměrné relativní vlhkosti vůbec. U transektu T10 byla zjištěna menší převaha měsíců (měření), kdy byla vyšší relativní vlhkost naměřena na trvalém travním porostu. Transekty T1 a T3 prokazovaly ve většině případů vyšší průměrnou relativní vlhkost na trvalém travním porostu. Tato skutečnost může být dána tím, že měření byla uskutečňována na méně stanovištích, jež se nacházely celkově blíže k lesnímu prostředí a tím byl ovlivněn i charakter sledované části trvalého travního porostu, neřkuli že je travní část transektu T3 celkově obklopena lesem.
Porovnání naměřených hodnot mikroklimatických faktorů ve výšce 15 cm a 2 m
Z porovnání grafů ročního chodu mikroklimatických charakteristik a vypočtených statistických charakteristik lze čistě hypoteticky odvodit, jestli se chovají sledované mikroklimatické faktory v různé výšce různě. Rozborem výsledků bylo zjištěno, že v případě teplotních a vlhkostních poměrů jsou teploty zjištěné v 15 cm nad aktivním povrchem průměrně vyšší než hodnoty zaznačené při měření ve výšce 2 m. Z hlediska rychlosti větru byla zaznamenána ve většině případů ve výšce 2 m vyšší hodnota než při aktivním povrchu. Výjimkou jsou únorová měření na transektech T4 a T9, kde měření ve výšce 15 cm lehce převyšují měření ve výšce 2 m.
Podobnost ekotonů k okolnímu prostředí
Na základě provedených t-testů a dalších statistických charakteristik bylo usuzováno, zda se ekoton svým mikroklimatem blíží více k lesnímu či travnímu prostředí. Ačkoliv nešlo dané výsledky statisticky podložit, bylo na jejich základě vytvořeno několik předpokladů.
Za ekotony, které se svým mikroklimatem blíží více k lesnímu prostředí, lze na základě hypotetických závěrů považovat ekotony na transektech T4, T6, T8 a T9. U všech zmíněných transektů je umístěn střed ekotonu (transektu) na hranici lesa, pod korunou krajních stromů a v případě T8 i za hustým keřovým pláštěm. Lze se tedy domnívat, že jejich umístění má vliv na výsledný charakter ekotonu. V případě transektu T5 se charakter ekotonu více podobá trvalému travnímu porostu. I zde se lze domnívat, že je výsledek ovlivněn umístěním středu transektu, jež se nachází v křovinatém pásu podél hranice lesa. U transektů T1, T3 a T10 nebylo možné vyřknout jednoznačný výsledek a to z důvodu malého počtu dat či neurčitosti závěru.