SEMINÁRNÍ PRÁCE Klimatografie povodí řeky XY Termín odevzdání: 6.12.2020 SEMINÁRNÍ PRÁCE —Osnova: —1) Obecná charakteristika —2) Teplotní poměry —3) Srážkové poměry —4) Větrné poměry —5) Klimatické oblasti —6) Klimagram — —Výběr povodí: —https://docs.google.com/spreadsheets/d/1K3BKHukl2oOZ671yyMCnFbfLGoWR-bmSlPLpfrQ5rpc/edit?usp=shari ng — 1) Obecná charakteristika —a) Vymezení polohy studovaného území, říční síť, reliéf (mapa a stručný popis)1 —b) Charakteristika vybraného povodí – orografické, geomorfologické a hydrologické poměry (slovně) —c) Mapa sítě klimatologických a srážkoměrných stanic vybraného povodí (2 mapy + slovní komentář rozložení)2 — — 3 mapy, slovní komentář každého z bodů — —1, Atlas ČSSR nebo shp vodní toky a grid reliéfu z ArcCR ve studijních materiálech —2, mapa stanic v mapovně nebo shp srážkoměrných a shp klimatologických stanic ve studijních materiálech — — 2) Teplotní poměry —a) Geografické rozložení průměrné roční teploty vzduchu v povodí (1 mapa + popis včetně odůvodnění rozložení) obr_1 —b) Roční chod teploty vzduchu pro zadané stanice v povodí (1 tabulka, 1 graf, slovní popis) — —Tab. 1 Roční chod průměrné teploty vzduchu (°C) na stanicích I a II za období 1901-1950 . I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Rok stanice I -1,7 -0,5 4,1 9,3 14,5 17,3 19,2 18,1 14,2 9,0 3,9 0,0 9,0 stanice II -4,2 -3,2 0,2 3,7 9,2 12,0 13,7 13,2 10,2 5,0 0,4 -2,9 4,8 obr2 obr3 teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, … srážky, počty dnů, sluneční svit, … —c) Roční chod: —· průměrných denních maxim a minim teploty vzduchu (tab. 6 a 7) —· absolutních maxim a minim teploty vzduchu (tab. 4 a 5) —pro zadané stanice (4 tabulky, 4 grafy, slovní popis) — —d) Roční chod průměrného počtu dnů: —· tropických (max. T ≥ 30,0 °C) —· letních (max. T ≥ 25,0 °C) —· mrazových (min. T ≤ -0,1 °C) —· ledových (max. T ≤ -0,1 °C) —· arktických (max. T ≤ -10,0 °C) —pro zadané stanice —(1 tabulka, 5 grafů, popis) — —Pozn.: —- u všech grafů stejné měřítko na ose y ! —- zobrazit všechny měsíce (I-XII), i když v nich daná charakteristika nenastává ! —e) Stanovte začátek, konec a trvání průměrných denních teplot vzduchu ≥ 10,0°C (malé vegetační období, tab. 12) a ≤ 0,0°C (mrazové období) pro zadané stanice. Vypočtěte odpovídající teplotní sumy (suma součinů dnů v měsíci a průměrné měsíční teploty vzduchu). — Výpočet teplotních sum - potřebné údaje: - začátek a konec charakteristické teploty vzduchu - měsíční průměrná teplota vzduchu odpovídajících měsíců — —Příklad: začátek - 12.V. konec - 8.IX. trvání - 120 dní —Tab. 2 Měsíční průměrná teplota vzduchu… — — — — - pro VI, VII, VIII počítáme se všemi dny v měsíci — - pro V a IX jen s dny od data nástupu do data konce období (včetně dne nástupu a konce období) — ΣT = 20 . 9,3 + 30 . 11,7 + 31 . 13,1 + 31 . 13,9 + 8 . 11,4 = 1465,2°C — —(2 tabulky, výpočty, slovní shrnutí) IV V VI VII VIII IX X stanice I ... 14,5 17,3 19,2 18,1 14,2 ... stanice II ... 9,3 11,7 13,1 13,9 11,4 ... 2) Teplotní poměry - souhrn — — —1 mapa, 8 tabulek, 10 grafů, slovní komentáře každého z bodů 3) Srážkové poměry —a) Geografické rozložení průměrných úhrnů srážek roku a letního —půlroku/vegetační obd. (IV–IX) v povodí (2 mapy, popis) —b) Roční chod srážek pro zadané stanice (1 tabulka, 1 graf, popis). Výpočet percentuálních podílů jednotlivých ročních období na srážkovém úhrnu celého roku (1 tabulka, popis). — — Tab. 3 Úhrn srážek za jednotlivá roční období… Období Úhrn srážek [mm] Podíl na ročním úhrnu [%] Jaro (III - V) . . Léto (VI - VIII) . . Podzim (IX - XI) . . Zima (XII - II) . . c) Roční chod průměrného počtu srážkových dnů s úhrny ≥ 0,1 mm, ≥ 1,0 mm a ≥ 10,0 mm pro zadané stanice (1 tabulka, 3 grafy, popis) pozn.: u všech grafů stejné měřítko na ose y ! Pozn.: Uvést nadmořskou výšku stanic. —d) Vypočtěte průměrný roční úhrn srážek v povodí použitím následujících metod: — -Pozn.: u všech metod uvádět použité vzorce (+ vysvětlivky, jednotky) — —Prostý aritmetický průměr —Vážený aritmetický průměr —Metoda čtverců (obrázek) —Metoda polygonů (obrázek, tabulka) —Metoda izohyet (obrázek, tabulka) — —Prostý aritmetický průměr — —Vážený aritmetický průměr (váhy - nadmořská výška) — — •pro obě metody je třeba vypsat seznam všech srážkoměrných stanic v povodí [xi] (včetně čísla stanice), jejich nadmořskou výšku [mi] a roční úhrn srážek — (1 tabulka) — —Metoda čtverců —- zakreslit všechny srážkoměrné stanice do povodí —- pokrýt území povodí čtvercovou sítí o velikosti pole 1x1 cm (viz obrázek) (nebo fce ArcMAP) — —Postup výpočtu: - jestliže je více stanic ve čtverci, hodnota odpovídající čtverci se vypočítá pomocí aritmetického průměru - pokud ve čtverci není žádná stanice, získá se hodnota interpolací sousedních čtverců - leží-li stanice na hranici, její úhrn srážek se započítá v obou čtvercích - do výpočtu se zahrnují pouze čtverce alespoň z poloviny zasahující do povodí (odhad) - průměrné úhrny srážek se vypisují do středu čtverců, interpolace do závorek —(obrázek) — Ctverce x … průměrný roční úhrn srážek v povodí [mm] xi … průměrné úhrny srážek jednotlivých čtverců [mm] n … počet čtverců Metoda polygonů (obrázek, tabulka) - vybrat minimálně 8 stanic i mimo území (rovnoměrné rozmístění) - a) Ručně (milimetrový papír) - spojit stanice úsečkami, aby vznikla trojúhelníková síť (tak, aby uvnitř kružnice trojúhelníku opsané neležel žádný další bod) - pravidlo Delaunayovy triangulace o maximalizování minimálních úhlů v každém trojúhelníku, tak i v celé triangulaci – spojení nejbližších stanic - vztyčit kolmice ve středech spojnic mezi stanicemi → polygony - ke každému polygonu vztáhnout úhrn srážek příslušné stanice ve středu polygonu - změřit plochu polygonu zasahující do daného území (planimetrováním nebo čtverečkovou metodou) — vyhovující nevyhovující Polygon b) ArcMap - vytvoření bodové vrstvy s vybranými stanicemi v povodí i okolo něj (min. 20 pokud je to možné) - Vytvoření Thiessenových polygonů (Create Thiessen Polygons) - oříznutí polygonů vrstvou povodí (Clip) - plocha polygonů – atributová tabulka nově vytvořených polygonů, přidání atributu – příkaz Calculate Geometry x … průměrný roční úhrn srážek v povodí [mm] ri … průměrné roční úhrn srážek stanice ve středu polygonu [mm] pi … plocha polygonu [km2] Stanice Roční úhrn srážek - ri Plocha polygonu - pi Součin ri a pi A B C Tab. 4 Údaje pro výpočet průměrného ročního úhrnu srážek metodou polygonů Závěr zpracování (jak ručního, tak v ArcMap): - výpočet pomocí váženého průměru (váhy = plocha polygonů) —Metoda izohyet (obrázek, tabulka) —a) Ručně: —- při výpočtu se vychází z mapy izohyet (mapa geografického rozložení průměrného ročního úhrnu srážek), Atlas podnebí ČSSR —- změřit plochu mezi izohyetami (planimetrováním, čtver. Metodou ) —- výpočet váženým průměrem (váha - plochy mezi izohyetami) — — —b) ArcMap – interpolace: —- použít všechny srážkoměrné stanice v povodí a jeho nejbližším okolí —- interpolace – IDW, kriging, spline (Spatial Analyst / Interpolation) —- plochy mezi izohyetami – sloučení vrstvy hranice povodí a vrstvy izohyet – převod na polygony (Feature to Polygon) —- Calculate Geometry - —Podrobný návod: Složka „Návody“ → IS, Studijní materiály, Cvičení 2: —„Návod na metodu izohyet (2019).pdf“ Izohyety xi [mm] pi xi . pi střed intervalů izohyet plocha mezi izohyetami součin xi a pi Tab. 5 Údaje pro výpočet průměrného ročního úhrnu srážek metodou izohyet x … průměrný roční úhrn srážek v povodí [mm] xi … střed intervalu izohyet [mm] pi … plocha mezi izohyetami [km2] —Porovnání průměrných ročních úhrnů srážek vypočtených jednotlivými metodami (1 tabulka, slovní shrnutí výsledků) —Pozn. metoda izohyet je považována za nejpřesnější, proto se výsledky ostatních metod vyjadřují vzhledem k výsledku této metody — Metoda Průměrný roční úhrn srážek [mm] [%] prostý aritmetický průměr . . vážený aritmetický průměr . . metoda čtverců . . metoda polygonů . . metoda izohyet . 100,0 Tab. 6 Tabulka pro porovnání výsledků výpočtu průměrného ročního úhrnu srážek e) Geografické rozložení průměrného počtu dnů se sněhovou pokrývkou v povodí: ručně / ArcMap – digitalizace scanu z IS (1 mapa, slovní popis) U všech vzorců v kapitole 3d: vzorec + dosazení hodnot + vysvětlivky symbolů 6 mapek, 7 tabulek, 4 grafy, slovní komentáře každého z bodů 4) Větrné poměry —a) Frekvenční rozložení směrů větru v zimě, v létě a v roce pro zadané stanice (3 větrné růžice, 3 tabulky, slovní popis) —Pozn.: uvést nadmořskou výšku stanic — —Tab. 7 Tabulka pro frekvenční rozložení směrů větru (hodnoty jsou uvedené v %) . N NE E SE S SW W NW Calm stanice I 2,5 3,2 14,7 8,9 5,2 3,8 7,1 1,8 30,7 stanice II 2,8 14,8 6,3 5,1 4,3 2,8 4,8 1,3 21,9 Obr. 7 Frekvenční rozložení směrů větru Pozn.: do obrázku nezapomeňte uvést i calm (bezvětří) —b) Výpočet převládajících směrů větru a jejich frekvence pro zimu, léto a rok pro zadané stanice (obecný postup výpočtu, 1 vzorový výpočet s dosazením, 1 tabulka s výsledky, shrnutí) - podle Nosek (1972) – studijní materiály v ISu, složka „Návody“ — —Pozn.: Použijte frekvence tak jak jsou bez bezvětří, nepřepočítávejte hodnoty aby dávaly 100 % i bez bezvětří. — —Tab. 8 Tabulka pro výsledky výpočtu převládajících směrů větru a jejich frekvence — — — — — — — — — 3 větrné růžice, 4 tabulky, obecný postup výpočtu, 1 vzorový výpočet s dosazením, komentář každého z bodů — . . I. převládající směr II. převládající směr Rok stanice I směr + frekvence směr + frekvence. . stanice II . . Léto stanice I . pokud ho lze určit . stanice II . . Zima stanice I . . . stanice II . . 5) Klimatické oblasti 6) Klimagram klimagramy-nove Ozn. Charakteristika Tab. a název stanice b nadmořská výška c počet let pozorování d průměrná roční teplota 1 e průměrný roční úhrn srážek 52 f průměrná denní minimální teplota nejchladnějšího měsíce 10 g absolutní teplotní minimum 5 h průměrná denní maximální teplota nejteplejšího měsíce 9 i absolutní teplotní maximum 4 j průměrná denní teplotní amplituda 11 k průměrná křivka ročního chodu teploty 1 l průměrná křivka ročního chodu srážek (měřítko na osách v poměru: 10°C odpovídá 20 mm) 52 m vyprahlé období s absolutním deficitem srážek (vytečkovaná plocha) n humidní část roku (svislá šrafura) o průměrné měsíční úhrny srážek přesahující 100 mm (redukovat srážkové měřítko 1:10) (černá plocha) p křivka ročního úhrnu srážek snížená v poměru 10°C odpovídá 30 mm (přerušovaná linie; vyšrafování vymezuje suché období) q měsíce s průměrnou minimální teplotou < 0°C 10 r měsíce s absolutní minimální teplotou < 0°C 5 s průměrné trvání denních teplotních průměrů > 0°C 12 • Sestrojte klimagram zadané stanice v povodí (1 obrázek, slovní popis – charakteristika klimatu stanice) MO Excel / C_PLOT Klimagram – grafické znázornění ročního chodu 2 klimatických prvků na 1 diagramu Tab. 9 Vysvětlení symbolů (pozn. Tabulky podnebí) Pozn. 0°C odpovídá 0,0 mm, hodnoty vynášet do středu! —Potřebná data: -Tabulky podnebí (mapovna, skeny: IS – studijní materiály) -Podklady pro tvorbu map: Atlas ČSSR, Atlas podnebí ČSR / skeny map a .shp vrstvy v IS – studijní materiály / jiné zdroje (WMS vrstvy, apod) - - -Všechny mapy musí mít stejné měřítko -Ke každému grafickému výstupu bude slovní zhodnocení — Shrnutí 6) Klimagram (1 obrázek, komentář) Pokyny ke zpracování — -cvičení se odevzdává se elektronicky do studijních materiálů, do 6.12.2020 -v případě ručního zpracování map: v textu číslo a název obrázku, na mapě min. číslo obrázku, odevzdat zvlášť (schránka v prvním patře / pracovna č. 2022/ skeny do mailu) -prvním listem je titulní stránka se jménem studenta a názvem celé práce; dále následuje obsah (první číslovaná strana, započítat i předchozí strany), poslední strana – použitá literatura -text (česky/slovensky/anglicky), tabulky a grafy zpracovat na počítači -psát ve třetí osobě nebo v pasivu (věcný odborný vědecký text) -tabulky, grafy, mapky a nákresy řadit do textu (číslovat – zvlášť tabulky a zvlášť grafy a mapy), formální stránka (Tab. 1 Roční chod…, Obr. 1 Klimatické oblasti…) -každá tabulka, graf a obrázek musí mít přesný název (3 základní informace: co (vč. jednotek), kde a kdy); v názvu a textu nepoužívat slova tabulka, obrázek, graf, mapa -u všech obrázků musí být grafické měřítko a legenda (netýká se nákresů k výpočtům úhrnu srážek) -čísla v tabulkách a popisy os grafů musí mít stejný počet desetinných míst -do jednoho grafu vynášet vždy jen jednu charakteristiku pro obě stanice, používat liniové grafy (lomená čára) pro spojité veličiny a sloupcové grafy pro veličiny nespojité -symboly ve vzorcích výpočtů musí být vysvětleny -výpočty zaokrouhlovat na 1 desetinné místo -text práce – patkové písmo (Times New Roman, apod.) velikosti 11 nebo 12; tabulky, grafy, mapky – bezpatkové písmo (Arial, apod.) velikosti 10 nebo 11 -Další informace o správném formátování textu: Pokyny pro zpracování závěrečných prací na GÚ (IS – studijní materiály) Zpracování tabulek a grafů —MS Excel / Statistica / RStudio Zpracování map •ArcGIS x pastelky (pouze pro studenty negeografických oborů) výhody ArcGIS: rychlost, modernost, pěknější výsledky (+ pro studenty geografických oborů znalost ArcGIS nutná každopádně) •Možnost studentské licence, dopručená verze 10.4.1: https://inet.muni.cz/app/soft/licence?assign=14974 •Z počítače v rámci univerzity: např. v knihovně PřF je ArcGIS nainstalován na všech počítačích • •Ručně = nutnost práce v mapovně GÚ, překreslování na průsvitný papír z tištěných zdrojů (Atlas ČSSR. Ústřední správa geodézie a kartografie, 1966), (Atlas podnebí ČSR. Ústřední správa geodézie a kartografie, 1958) (Jen pro studenty biologických, chemických, geologických oborů, ne pro geografy!) • Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —načíst potřebné soubory shp (vybrané povodí, naskenované mapa meteorologického prvku - img) – IS – studijní materiály —pro svou skupinu povodí si každý vytvoří nový shp – hranice zadaného povodí (toolbox „dissolve“ – spojit povodí podle nově definovaného sloupce v atributové tabulce, kam zadáte pro každé subpovodí stejnou hodnotu, např. číslo 1) — Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —přidání sloupce se provede v atributové tabulce daného shp, v needitačním režimu přidat sloupec, vyplnit název a formát dat, které se do něj vepíší (vhodný formát – např. double s parametry precision 5 a scale 2), údaje do sloupce lze doplnit pouze v aktivním editačním režimu! Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —spuštění nástroje dissolve z nabídky toolboxu – zadat vstupní vrtsvu a zvolit sloupec, dle kterého se provede spojení do jedné „homogenní“ vrstvy povodí bez hranic subpovodí — —hraniční povodí ČR – nutno oříznout jen plochu povodí na území ČR (toolbox „clip“), toolbox „clip“ použít i pro ořezání např. vrstvy toků nebo vrstvy stanic na své povodí Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —soubory „.img“ a grid reliéfu ořezávat na své povodí pomocí toolboxu „extract by mask“ (rastry se ořezávají jinak než vektorové shapefily – shp) – je nutné mít v Tools – Extensions zaškrtnutou extenzi Spatial Analyst — Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS — Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —mapy v gisu: pokud možno 1:1 000 000, stejné měřítko pro všechny mapy (srovnatelnost), s grafickým měřítkem (před jeho tvorbou je nutné nastavit v Layers souřadný systém WGS 1984 UTM Zone 33N), a legendou; směrovka nemusí být v tomto případě součástí mapy — Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —nastavení měřítka pro generování grafického měřítka —legenda: pokud nejde vytvořit legenda v layoutu (images, ne shapefiles) – vložit příslušnou část legendy z jpg jako obrázek (co je v mapě, musí být v legendě a naopak – nevkládat celou stupnici!) nebo vytvořit legendu v layoutu pomocí panelu kreslení – pozor na barvy! — Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —u mapy reliéfu je nutné změnit škálu z černobílé na škálu odpovídající barvám ve fyzickogeografických mapách —pro některé mapy je ve studijních materiálech nahraná i legenda (barevné členění legendy) – soubory xxx.lyr – nutno nahrát vrstvu i soubor lyr, který k ní náleží (stejným způsobem jako vrstvu) — Práce v GIS – Využití naskenovaných materiálů z IS —nahrát potřebné shp, své povodí, srážkoměrné stanice, pomocí nástroje dissolve odstranit vnitřní hranice jednotlivých subpovodí Práce v GIS – Výběr stanic pro interpolaci hodnot —provést výběr srážkoměrných stanic, které se nachází uvnitř povodí Práce v GIS – Výběr stanic pro interpolaci hodnot —ručně vybrat stanice (čím více, tím přesněji proběhne interpolace), které leží vně povodí Práce v GIS – Výběr stanic pro interpolaci hodnot —oba dva předchozí výběry zakončit exportem daného výběru do nového shapefile a následně tyto dvě vrstvy spojit do jedné pomocí nástroje merge —nezapomenout vše průběžně ukládat do zvoleného adresáře! Práce v GIS – Výběr stanic pro interpolaci hodnot —výsledkem spojení je vrstva stanic, ze kterých se bude interpolovat Práce v GIS – Výběr stanic pro interpolaci hodnot —v atributové tabulce srážkoměrných stanic přidat nový sloupec (needitační režim!) ve formátu např. count (precision 5, scale 2) – v editačním režimu do něj vepsat srážkové úhrny pro každou stanici podle ID (v naskenovaných tabulkách nejdříve zjistit, o jakou se jedná stanici, a pak v další tabulce nalézt příslušný údaj o ročním průměrném úhrnu) Práce v GIS – Vložení srážkových úhrnů do vrstvy vybraných stanic Práce v GIS – Metoda Izohyet interpolací: IS → Studijní materiály → Cvičení 2 → Návody → „Návod na metodu izohyet (2019).pdf“ —do legendy začlenit pouze tematický obsah mapy, tedy srážkové úhrny Práce v GIS – Úprava legendy —přednastavený styl legendy je nutné pomocí nástrojů convert to graphics a ungroup rozbít a poté znovu poskládat do kartograficky správné podoby Práce v GIS – Úprava legendy — Práce v GIS – Úprava legendy —pro finální prostorové umístění legendy je třeba všechny rozbité prvky spojit do jednoho celku pomocí nástroje group Práce v GIS – Úprava legendy —export z ArcGISu se provádí cestou File/export map, s výhodou lze použít např. export do pdf (pro účely cvičení ideálně PNG nebo TIFF, určitě ne JPEG nebo GIF) Práce v GIS – Úprava legendy Práce v GIS – Úprava legendy Doporučená literatura —Atlas ČSSR. Ústřední správa geodézie a kartografie, 1966 (nebo shp z ArcCR - studijní materiály v ISu) —Atlas podnebí ČSR. Ústřední správa geodézie a kartografie, 1958 (nebo images ve studijních materiálech v ISu) —kolektiv autorů (1961): Podnebí ČSSR - Tabulky. HMÚ, Praha, 379 s (studijní materiály v ISu) —Nosek, M. (1972): Metody v klimatologii. Academia, Praha, 434 s. (studijní materiály v ISu) —Quitt, E. (1971): Klimatické oblasti ČSSR. Studia geografica, ČSAV, Brno, 73 s. (prezenčně v knihovně PřF MU) —Různé internetové zdroje a jiné … —Tolasz, R. et al. (2007): Atlas Podnebí Česka. ČHMÚ, UP, Praha, Olomouc, 256 s. (mapovna PřF MU) —