Obecně o klimatických modelech

Hodnocení vývoje lesa pomocí modelů v podmínkách změny klimatu vyžaduje informace o očekávaném vývoji klimatických prvků určujících vývoj porostů v daném modelu. Tyto data resp. scénáře změny klimatu jsou generovány pomocí tzv. klimatických modelů, které se mimořádně rychle vyvíjejí a zlepšují schopnosti věrně popisovat vývoj globálního nebo regionálního klimatu.

Globální klimatické modely (GCM) opisují vývoj globálního klimatu, zatímco regionální klimatické modely (RCM) jsou využívány pro propočet globálních dat na jemnější prostorové rozlišení různých regionů (např. střední Evropy). Protože různé kombinace GCM a RCM generují odlišné projekce budoucího klimatu, je tuto nejistotu zapotřebí zohlednit i v hodnocení vývoje lesa, např. prostřednictvím zmíněných modelů vývoje lesa. Při hodnocení dopadů změny klimatu na les se proto využívají celé skupiny klimatických scénářů, čímž je možné popsat např. budoucí míru nejistoty produkce dřevní hmoty.

V naších studiích jsme využívali scénáře změny klimatu řízené tzv. emisním scénářem A1B, které byly vytvořeny v evropském projektu ENSEMBLES a uzpůsobeny pro využití, např. v lesnickým studiích, v rámci databáze FORESEE. V současnosti se orientujeme na využívání nové generace scénářů vyvinutých v rámci iniciativy CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment), které byly pro využití v České republice připraveny v rámci projektu Centra pro výzkum globální změny akademie věd CzechAdapt. Tento dataset skýtá desítky kombinací GCM-RCM řízených několika scénáři vývoje koncentrací skleníkových plynů, tzv. Representative Concentration Pathways (RCP).

Změna klimatu v ČR

V středoevropském prostoru je v průběhu tohoto století možné očekávat nástup klimatu podobného mediteránnímu (Alessandri a kol. 2014), s čím souvisí i expanze bioklimatických podmínek vhodných pro mediteránní dřeviny, jako jsou kupříkladu některé druhy dubů. Mapy současného a budoucího klimatu pro region střední Evropy (obrázek níže) ukazují, že do konce století stoupne teplota vzduchu ve střední Evropě přibližně o čtyři stupně Celsia v porovnání s obdobím 1961 až 1990. Projekce změn ve srážkových úhrnech jsou značně variabilní, od +5 do -15 procent oproti referenčnímu období. Mírný nárůst srážkových úhrnů je pozorován v oblasti České republiky a klesá směrem na jihovýchod. Nárůst hodnot Ellenbergova klimatického kvocientu, který je založený na vztahu mezi srážkami a teplotou, naznačuje zhoršování dostupnosti vláhy v celém regionu střední Evropy. V oblasti České republiky se nárůst hodnot kvocientu pohybuje v rozmezí 0-8 jednotek, co naznačuje mírný nárůst rizika sucha. Podrobnější informace o očekávaném vývoji klimatu do poloviny 21. století je možné najít v „Strategii přizpůsobení se změně klimatu v podmínkách ČR“ (MŽP 2015).

Nejnovější klimatické projekce zpracované v projektu CzechAdapt a dostupné přes web-mapový portál (http://www.klimatickazmena.cz) ukazují, že např. počet dní v horké vlně, který na většině území lesů dosahoval v období 1981-2010 přibližně 6-15 dnů, vzroste v období kolem roku 2050 na 20-40 dnů. Počet tropických dnů (denní maximální teplota nad 30°C) se mezi uvedenými obdobími zvýší z 0-10 na 10-30. Vývoj dalších klimatických prvků je možné najít na uvedené internetové adrese.

Další obrázky ukazují změnu klimatu mezi obdobím 1961-1990, které označujeme jako „normální“, a projekcemi klimatu pro období 2071-2100. Budoucí klima je odvozena jako průměr 10 regionálních klimatických modelů řízených emisním scénářem A1B. Ellenbergův klimatický kvocient je spočten jako poměr průměrné teploty nejteplejšího měsíce a ročního úhrnu srážek (×1000) a je to vhodný indikátor rozšíření nebo vitality vice dřevin.

Grafy na spodním obrázku vyjadřují vývoj klimatických prvků řídících růstový proces v modelu Sibyla podle 5 scénářů změny klimatu. Pro ilustraci nejsou zobrazený původní data, ale rozdíly (při srážkách podíl) mezi obdobím 2071-2100 a 1980-2010. Druhý graf vyjadřuje relativní změnu vhodnosti klimatických podmínek v důsledku změny klimatu pro růst tří dřevin. Graf byl vypracován pro tři nadmořské výšky a ilustruje zhoršení růstových podmínek v nižších polohách v důsledku sucha (červené plochy) a zlepšení ve vyšších polohách v důsledku prodloužení vegetační sezóny (zelené oblasti).

Distribuce srážek (měsíce IV-IX) ve střední Evropě v období 1961-1990 na základě měřených meteorologických dat (nahoře) a distribuce srážek pro období 2071-2100 (uprostřed). Rozdíl a procentuální změna mezi uvedenými obdobími jsou uvedené dole.

Obdobná informace pro Ellenbergův klimatický kvocient. Zdroj: Hlásny a kol. (2014)

Nejnovější generace scénářů změny klimatu pro Českou republiku byla vytvořeny v rámci projektu CzechAdapt (www.klimatickazmena.cz) koordinovaném Ústavem výzkumu globální změny Akademie věd České republiky (CzechGlobe). Tyto scénáře jsou založeny na datasetu CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment) a zahrnují množství kombinací globálních a regionálních klimatických modelů. Pro hodnocení dopadů změny klimatu na lesy ale i jiné přírodní nebo sociálně-ekonomické systémy je důležité pracovat s větším množstvím klimatických modelů. Tímto postupem je možné zachytit neurčitost budoucího vývoje klimatu a její promítnutí např. do budoucího vývoje produkce biomasy nebo jiného ukazatele.

Ukázka rozdílu v hodnotách průměrné roční teploty vzduchu a ročních úhrnů srážek mezi pěti regionálními klimatickými modely ve třech obdobích je uvedena na dalších (vybrané jsou modely, které vhodně reprezentují variabilitu celé skupiny). Z map je patrné, že rozdíl mezi modely v čase narůstá a nárůst teploty je v období 2081-2100 (období použité v této správě) výrazně vyšší při modelech řízených RCP 8.5. V případě srážek tato tendence není tak zřejmá a trend změny v čase nakolik patrný není. Významným se však stává rozdíl mezi regionálními klimatickými modely (ve směru sloupců), kde jsou první dva modely výrazně vlhčí než zbytek modelů.