Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko http://www.fgg.uni-lj.si/sugg/ RAZISKAVE S PODROČ JA GEODEZIJE IN GEOFIZIKE 2018 zbornik del 24. sreč anje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko Ljubljana, 31. januar 2019 UREDNIŠKI ODBOR Miran Kuhar Polona Vreč a Polona Zupanč ič Rudi Č op Mojca Šraj Polona Kralj Matjaž Lič er Gregor Skok Bojan Stopar Martina Č arman Mihaela Triglav Č ekada RECENZIJA Stanka Šebela Martin Knez Gregor Skok Mojca Šraj Mira Kobold Tjaša Pogač ar Gregor Skok Nejc Bezak Tomaž Ambrožič Dušan Kogoj Miran Kuhar ORGANIZATOR SREČ ANJA IN ZALOŽNIK Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Jamova 2, Ljubljana Naklada: 80 izvodov CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana SLOVENSKO združenje za geodezijo in geofiziko. Strokovno sreč anje (24 ; 2019 ; Ljubljana) Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2018 : zbornik del / 24. sreč anje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko, Ljubljana, 31. januar 2019 ; [organizator sreč anja Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo ; uredniški odbor Miran Kuhar ... et al.]. - Ljubljana : Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 2019 ISBN 978-961-6884-59-4 1. Kuhar, Miran 2. Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo (Ljubljana) 298343680 Predgovor Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko (SZGG) je bilo ustanovljeno 1993 in deluje v okviru Mednarodne zveze za geodezijo in geofiziko (International Union of Geodesy and Geophysics – IUGG). SZGG je interdisciplinarno združenje, ki povezuje slovenske strokovnjake s področ ja raziskav planeta Zemlje. Prvo strokovno sreč anje je SZGG organiziralo leta 1995. Ob tem je izšel zbornik del, ki je bil posveč en zgodovini slovenske geodezije in geofizike. Danes lahko z zanimanjem prelistamo že štiriindvajseti zbornik del, v katerem so zbrani prispevki predstavljeni na strokovnem posvetu »Raziskave s področ ja geodezije in geofizike – 2018«. V okviru SZGG deluje osem različ nih sekcij s področ ja geodezije, seizmologije in fizike notranjosti Zemlje, vulkanizma in kemije notranjosti Zemlje, geomagnetizma, meteorologije in atmosferskih znanosti, hidrologije, fizikalne oceanografije in kriosfere. V letošnjem Zborniku boste našli 16 prispevkov iz sedmih področ ij delovanja SZGG in se seznanili z novimi dognanji o geodetskih meritvah za umestitev dela Županove jame v globalno koordinatno osnovo, izboru mikrolokacij geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda, spremljanju premikov in oblikovanju poligonalnih tal v Skedneni jami s terestrič nim laserskim skeniranjem, evidentiranju in analiziranju sprememb plazu nad Belco, novem globinskem datumu slovenskega morja, meritvah tektonskih mikro- premikov v prelomni coni Idrijskega preloma, poletnih nevihtah na geomagnetnem observatoriju, meritvah delcev v zraku turistič nih jam, avtomatizaciji procesov za sprotno ocenjevanje vpliva nuklearke na okolico, lušč enju vetra iz aerosolov in vlage v 4D-Var asimilaciji opazovanj pri numerič nem napovedovanju vremena, odpravi pristranskosti v regionalnih podnebnih modelih, projekcijah sprememb temperature zraka in padavin ter pretokov rek v Sloveniji do konca 21. stoletja in karakterizaciji vodnih virov za javno oskrbo s pitno vodo v Ljubljani. Predstavljeno je tudi delo Pavla Šegule, pionirja slovenske lavinologije in nivologije, ki je preminil decembra 2017. Med prispevki pa je tudi delo mlade nagrajenke SZGG, Katarine Zabret, ki bo s sodelavci predstavila rezultate analize vpliva mikrostrukture dežnih kapljic na prepušč ene padavine. V letu 2018 smo posodobili internetno stran SZGG http://fgg-web.fgg.uni-lj.si/SUGG/ , kjer najdete številne zanimive informacije, tudi poroč ila o dosežkih posameznih sekcij. Letošnje leto je posveč eno praznovanju stoletnice delovanja IUGG, ki je bilo ustanovljeno 1919 v Bruslju. Danes povezuje IUGG znanstvenike iz 96 držav. Najpomembnejši dogodek, kjer se bomo lahko č lani družili, bo 27. generalna skupšč ina IUGG, ki bo potekala v Montrealu od 8. do 18. julija 2019. http://iugg2019montreal.com/. Vsem, ki ste pripomogli, da je SZGG v letu 2018 uspešno delovalo, in da je pred nami ta zbornik, se iskreno zahvaljujem ter upam, da se bodo tradicionalna januarska sreč anja še dolgo odvijala v tako zanimivem in prijetnem vzdušju kot do sedaj. predsednica SZGG dr. Polona Vreč a Vsebina Predgovor ................................................................................................................................. 3 Rudi Č op - Poletna nevihta na geomagnetnem observatoriju .................................................. 7 Katarina Zabret, Jože Rakovec, Mojca Šraj - Analiza vpliva mikrostrukture dežnih kapljic na prepušč ene padavine pod brezo in borom.......................................................................... 15 Miloš Miler, Stanka Šebela, Nina Zupanč ič , Simona Jarc - Meritve delcev v zraku turistič nih jam ......................................................................................................................... 25 Andrej Gosar - Meritve tektonskih mikro-premikov v prelomni coni Idrijskega preloma v dolini Uč je .............................................................................................................................. 30 Marija Zlata Božnar, B. Grašič , P. Mlakar, D. Popović , J. Kocijan - Avtomatizacija procesov za sprotno ocenjevanje vpliva nuklearke na okolico............................................... 41 Polona Pavlovč ič Prešeren, Aleš Marjetič - Geodetske meritve za umestitev dela Županove jame v globalno koordinatno osnovo: izmera do Velike dvorane .......................................... 51 Anže Medved, Gregor Vertač nik - Odprava pristranskosti v regionalnih podnebnih modeli ................................................................................................................... 61 Renato Bertalanič , Gregor Vertač nik, Neža Lokošek, Anže Medved, Živa Vlahovič , Mojca Dolinar - Projekcije sprememb temperature zraka in padavin v Sloveniji do konca 21. stoletja ..................................................................................................................................... 75 Mira Kobold, Nejc Gač nik, Jaka Pleč ko, Aleksandar Vujinović , Katja Klanč ar - Scenariji spremembe pretokov rek v Sloveniji do konca 21. stoletja .................................................... 89 Božo Koler, Miran Kuhar, Polona Pavlovč ič -Prešeren, Tilen Urbanč ič , Oskar Sterle, Bojan Stopar, Mihaela Triglav-Č ekada, Klemen Ritlop, Igor Karnič nik, Vasja Bric, Dalibor Radovan - Novi globinski datum za slovensko morje .......................................................... 101 Polona Vreč a, Tjaša Kanduč , Zdenka Šlejkovec, Stojan Žigon, Klara Nagode, Nika Moč nik, Branka Brač ič Železnik, Brigita Jamnik, Marjetka Žitnik - Karakterizacija vodnih virov za javno oskrbo s pitno vodo v Ljubljani s pomoč jo različ nih geokemič nih analiz ... 111 Andrej Mihevc, Tilen Urbanč ič - Spremljanje premikov in oblikovanja poligonalnih tal v Skedneni jami s terestrič nim laserskim skeniranjem ............................................................ 121 Katja Oven, Bojan Stopar, in dr. - Analiza kakovosti operativnega delovanja toč ke kombinirane geodetske mreže Kog ...................................................................................... 131 Dušan Petrovič , Janez Goršič , Albin Mencin, Klemen Kozmus Trajkovski, Tilen Urbanč ič Dejan Grigillo - Evidentiranje in analiziranje sprememb plazu nad Belco z geodetskimi metodami .............................................................................................................................. 141 Miha Pavšek - Pavle Šegula in kriosfera .............................................................................. 145 Žiga Zaplotnik, Nedjeljka Žagar - Lušč enje vetra iz aerosolov in vlage v 4D-Var asimilaciji opazovanj pri numerič nem napovedovanju vremena (povzetek) ....................... 154 7 Poletna nevihta na geomagnetnem observatoriju Rudi Č op 1 Povzetek Na geomagnetnem observatoriju telekomunikacijsko, rač unalniško ali merilno opremo delno ali popolnoma unič ujejo udari strel, požari, vandalizmi ali poplave. Tako materialno izgubo se da nadomestiti le v daljšem č asovnem obdobju. V tem obdobju pa se zgubijo merilni podatki in se zato ne ustvarjajo tudi produktov iz njih. To pa zniža stopnjo uporabnosti observatorija in zanesljivosti njegovega delovanja. Atmosferske razelektritve so najpogostejši vzrok unič enja opreme geomagnetnih observatorijev. V območ ju Srednje in Južne Evrope je zaradi strele prizadet eden od observatorijev na vsake dve leti. Zato je dobra zašč ita teh objektov pred prenapetostmi tisto, kar omogoč a njihovo zanesljivo obratovanje. Ključ ne besede: geomagnetni observatorij, udari strel, posledice. Key words: geomagnetic observatory, lightning’s strokes, consequences. Geomagnetni observatorij Magnetno polje Zemlje se zaključ uje v vesolju v neposredni bližini planeta, v magnetosferi. Nanj deluje medplanetarno magnetno polje, ki ga sonč ni veter raznaša od Sonca po celotni heliosferi. Meritve sprememb zemeljskega magnetnega polja zato segajo od središč a Zemlje do središč a Sonca in zavzemajo prostor s premerom 1 astronomske enote (1 AU = 149,60E6 km). V zadnjih petindvajsetih letih so se geomagnetni observatoriji zelo spremenili zaradi razvoja rač unalniških in telekomunikacijskih tehnologij ter merilne tehnike (Korte et al., 2009; Matzka et al., 2010). Zmanjšalo se je število sodelavcev na observatoriju, moč no pa poveč ala količ ina razpoložljivih merilnih podatkov. Te je potrebno še dodatno obdelati in preoblikovati v uporabno obliko, v produkte observatorija. Pri izbiri primernega mesta za postavitev novega geomagnetnega observatorija na ozemlju Republike Slovenije so bila izhodišč a priporoč ila mednarodnih organizacij IAGA (International Association of Geomagnetism and Aeronomy) in INTERMAGNET (International Real-time Magnetic Observatory Network) (Paliska et al., 2010) ter izkušnje, pridobljene pri gradnji in obratovanju geomagnetnega observatorija pod Sinjim vrhom (Č op, 2011; Č op & Deželjin, 2012; Č op et al., 2011). Zaradi več je prisotnosti šuma od prič akovanega na Gori nad Ajdovšč ino sem dodatno naredil ustrezne meritve od obale Jadranskega morja do Sinjega vrha na petih mestih približno enako oddaljenih med seboj in na približno enaki zemljepisni dolžini. Pri tem sem odkril geomagnetno najmirnejši predel na ozemlju Slovenije ob južni obali njenega morja, ki ga predhodne meritve (Č op & Kocen, 2009) in analize GIS (geographic information system) niso pokazale (Paliska et al., 2010). Geomagnetni observatorij PIA (Piran, Slovenia) (v nadaljnjem besedilu: Observatorij) sem s sodelavci postavil na izbranem zemljišč u pri vasi Sveti Peter (v nadaljnjem besedilu: Sv. Peter) v Obč ini Piran (Č op, 2017). Ta vas je znač ilna stara istrska gruč asta vas na skrajnem robu Šavrinskega grič evja (Istra, 1988; Č op, 2003). To flišno grič evje sestavlja Slovensko 1 Zavod Terrra Viva, Sv. Peter 115, 6333 Seč ovlje 8 Istro med rekama Rižana in Dragonja in je zaradi prevladujoč ih sivih laporjev tudi del sive Istre. Sleme, na katerem je vas Sv. Peter, je med dolinama potoka Drnice na severu in reke Dragonje na jugu. Sestavlja jo nekaj že združenih in nekaj loč enih zaselkov. Med njimi je tudi zaselek, ki leži na gornji tretjini poboč ja nad reko Dragonjo. Na poboč ju nad zaselkom sta znač ilna istrska kala, ki dajeta vodo v izvire v dolini reke Dragonje pod vasjo Krkavč e. Vas Krkavč e je na nasprotno ležeč em slemenu. Njen osrednji del s cerkvijo in vaškim zvonikom je postavljen na tršo kamnito plast apnenca, ki je vrinjena med ostale plasti pešč enjakov. Poleg hidroloških, meteoroloških in seizmoloških lastnost tega območ ja, je prav njegova geologija tista, ki je najbolj pomembno vplivala na izbiro lokacije za Observatorij in na njegovo zgradbo. Pomemben je namreč prenos potresnih valov po posameznih plasteh kamenin in potek podzemnih vod (NIB, 2003). Slika 1 – Glavni jašek na geomagnetnem observatoriju PIA (Piran, Slovenia) po konč ani 1. fazi njegove gradnje v januarju 2015. Observatorij PIA (Piran, Slovenia) Poleg tega, da je področ je Slovenske Istre tudi potresno področ je, je bilo pri postavitvi Observatorija potrebno upoštevati poplave površinskih vod in tokove podtalnice. Nač in njegove gradnje pa je bil v prvi vrsti pogojen z zašč ito pred atmosferskimi razelektritvami in razelektritvami v ionosfero (Č op, 2015). Zato je vkopan v zemljo (Slika 1). Zaradi take nestandardne izvedbe je bilo zanj enostavneje pridobiti vsa potrebna soglasja in ustrezno mnenje upravne enote za njegovo gradnjo. Tudi njegova gradnja je bila enostavnejša in cenejša od klasič ne oblike geomagnetnega observatorija. Meteorološke in klimatološke razmere na Observatoriju dovoljujejo absolutne meritve geomagnetnega polja (Č op, 2016) na merilnih stebrih brez dodatnih paviljonov in ogrevanja. Dostopen je preko celega leta, ima zanesljive telekomunikacijske povezave (Č op & Deželjin, 2013 in zanesljiv vir električ ne energije. Je na robu kmetijskih zemljišč in v območ ju Nature 2000 (MOP, 2007). Projektiranje in priprave na gradnjo Observatorija so se zač ele v februarju 2014. Pri tem je bilo potrebno uravnotežiti želje, znanje in izkušnje, finanč ne in pravne možnosti ter 9 politič ne in socialne pogoje. Odloč ujoč i pa so bili pogoji, ki se jih v naprej toč no ne da določ iti. So rezultat trenutnega ekonomskega, sociološkega, psihološkega in politič nega trenda v okolici. Odvisni so od ljudi, ki neposredno in posredno sodelujejo pri gradnji observatorija ali lahko vplivajo na to gradnjo. Observatorij je zač el poizkusno obratovati v jeseni 2014 in 1. januarja 2015 je kot testni observatorij (TEST Obervatory) zač el redno pošiljati merilne podatke v mednarodno mrežo INTERMAGNET. Lastnosti Observatorija so: a) leži na Jadranski tektonski mikroplošč i (Weber et al., 2010; Cuffaro et al., 2010); b) je neposredno in redno vključ en preko vozlišč a GIN EDI (Edinburgh, Scotland) v mednarodno informacijsko mrežo INTERMAGNET za izmenjavo merilnih podatkov v skoraj realnem č asu (Technical, 2012); c) še naprej sodeluje pri razvoju magnetometrov in razvija svoj merilni instrument za elektromagnetne valove ULF (ultra low frequency) (Č op & Henigman, 2018). Meritve sprememb lokalnega magnetnega polja na Observatoriju ter osnovni rezultati njihove obdelave (bazne vrednosti, geomagnetni indeksi) so uporabni na različ nih področ jih znanosti, tehnike in vsakdanjega življenja. 1) Observatorij ustreza priporoč ilom mednarodnih organizacij in so zato njegove meritve uporabne v geofiziki pri prouč evanju geomagnetnega dinama in vpliva sonč nega vetra nanj (Č op et al. 2008). Predvsem pa je primeren za spremljanje sprememb geomagnetnega polja na svoji lokaciji zaradi posebnosti okolja, v katerem je Observatorij postavljen in v katerem živimo. 2) Nobena dosedanja civilizacija ni bila tako odvisna od stanja geomagnetnega polja kot prav sedanja. Med najbolj obč utljive spadajo telekomunikacije (Č op, 2015a; Č op, 2016a) in pa radijski satelitski navigacijski sistemi. 3) Z razvojem satelitske navigacije je magnetna navigacija postala sekundarna oblika (Č op et al., 2008a). Današnje opravič ilo za obstoj in nadaljnji razvoj geomagnetnih observatorijev je prav v nepopolnosti satelitskih navigacijskih sistemov (Petersen & Hurst, 2018). Za sekularne spremembe geomagnetnega polja, ki se obič ajno upoštevajo pri magnetni navigacije, je prvi uporabni model postavil že Friedrich Gauss v prvi polovici 19. stoletja (Glassmeier & Tsurutani, 2014; Mandea et al, 2010). Uporaba sodobnih modelov globalnega geomagnetnega polja zahteva ustrezno znanje in preverjanje dobljenih rezultatov (Chulliat et al., 2015; Thébault et al., 2015). Je pa magnetna navigacija še vedno primarna oblika za varnostne sisteme in pri geoloških vrtanjih (Buchanan et al. 2013). 4) Biološke raziskave so na nivoju raziskave bioloških magnetnih senzorjev pri bakterijah (Blakemore, 1982; Matsunaga et al. 2007). Medicinske raziskave na tem področ ju so šele v zač etni fazi (Campbell , 1995; Dezeljin & Cop, 2013). 5) V okviru Observatorija je bila narejena študija o vplivu cikla sonč nih peg in geomagnetnih neviht na našo ekonomijo in družbo (Jere Jakulin & Č op, 2017). 6) Lega Observatorij na Jadranski tektonski mikroplošč i omogoč a bazič ne raziskave na področ ju spremembe energije v geomagnetnem polju ob spremembi napetosti te plošč e (Č op, 2017a). 7) Vliv ciklič nih sprememb geomagnetnega polja je del raziskav za potrebe razumevanja sprememb v klimatologiji in hidrologiji (Friis-Christensen, 2018; Č op, 2015b). Zašč ita pred atmosferskimi razelektritvami Sistem zašč ite pred delovanjem strele po obstoječ ih tehnič nih smernicah mora omejiti okvare električ nih, telekomunikacijskih in drugih oskrbovalnih sistemov ter zagotoviti nizke napetosti dotika in koraka (TSG-N-003, 2013). Enostavne objekte (Uredba, 2013) po teh tehnič nih smernicah ni potrebno zašč ititi pred strelo. Vendar ima geomagnetni 10 observatorij, č e sodi v to skupino zgradb, svoj lastni energijski vir, od observatorija pa se zahteva visoka stopnja zanesljivosti delovanja. Glede na sprejemljiv riziko je za geomagnetni observatorij priporoč ljiv sistem zašč ite pred delovanjem strele najzahtevnejšega razreda. Da so stroški zašč ite takega objekta pred strelo v razumnih mejah, je napajalni sistem za električ no energijo kot tudi komunikacijski sistem galvansko izoliran. Sami električ ni instalaciji, tako izmenič ne nizke napetosti kot tudi enosmerne male napetosti, sta zahtevni (TSG-N-002, 2013). Osnovno napajanje je iz javnega nizkonapetostnega omrežja s sistemom zašč ite pred strelo z neposrednimi galvanskimi povezavami in preskoki ter prenapetostnimi zašč itnimi napravami. Slika 2 – Magnetogram izmerjen 25. avgusta 2018 na geomagnetnem observatoriju PIA (Piran, Slovenia). Triosni magnetometer fluxgate (v nadaljnjem besedilu: variometer) (Flux-gate, 2014) je že proizvajalec prilagodil razmeram, ki vladajo v jugozahodnem delu Slovenije, kjer se Observatorij nahaja. Na tem področ ju so unič ujoč e atmosferske razelektritve predvsem ob izteku poletja, na koncu sušnega obdobja, ko se ozemljitvena upornost ozemljil izredno poveč a. V variometru je zato vgrajena galvanska loč itev sekundarne napajalne napetosti in prenapetostna zašč ita vseh povezav med njegovo elektroniko in senzorjem. Napajalni sistem tega merilnega instrumenta pa mora biti pred atmosferskimi razelektritvami vseeno še dodatno zašč iten. Z vso to zašč ito variometer ni zavarovan pred unič enjem v primeru neposrednega udara strele v povezovalne kable za njegovo osnovno napajanje. Za prenapetostno zašč ito napajanja Observatorija z električ no energijo je bil izbran kombiniran sistem s prenapetostnimi odvodniki, galvansko izolacijo z loč ilnimi transformatorji in elektrostatič no zaslombo vseh žič nih vodov z neposredno ozemljitvijo te zašč ite (Č op et al. 2013a; Č op et al. 2014). Ta zaslomba se je dosegla z vkopavanjem vseh povezovalnih kablov in celotnega merilnega mesta v zemljo. Komunikacijska povezava med variometrom in zapisovalcem merilnih podatkov (angl. data-logger) je galvansko izolirana z optič nim kablom. Povezava Observatorija z internetom je prav tako galvansko loč ena z lokalnim informacijskim omrežjem LAN (local area network) oziroma z neposredno povezavo v omrežje mobilne telefonije. 11 Poletna nevihta na Observatoriju 25. avgusta 2018 1. julija 2014 je strela udarila neposredno v telefonski kabel pred zaselkom v vasi Sv. Peter, ki leži na poboč ju nad reko Dragonje. Kabel je v dolžino preko 30 m popolnoma izparel. Od poletja 2014 so prebivalci zaselka pred zač etkom neviht zač eli izključ evati vse elektronske naprave, ki so bile neposredno priključ ene na električ no in na telefonsko napeljavo. Tudi pred nevihto 25. avgusta 2018 so prebivalci tega zaselka izključ ili komunikacijske modeme, vendar po njihovi ponovni vključ itvi niso vsi delovali. Do takrat uporabljen nač in zašč ite pred udarom strele je tokrat odpovedal. Ob udaru strele 25. avgusta 2018 je bil na Observatoriju unič en senzor za temperaturo v senzorju variometra. Variometer je do tega dne deloval nepretrgoma in brez okvare že polna štiri leta in v tem č asu ni bila registrirana dnevna sprememba temperature celotnega senzorja več ja od 0,5 °C na dan. Dokler bo njegov senzor v dosedanjem jašku, do takrat bo magnetometer še nadaljnje normalno deloval. Je pa ta merilni instrument registriral 25. avgusta 2018 ob 07:00:49 UTC udar strele z doslej največ jo izmerjeno amplitudo (Slika 2). Poroč ilo o udarih strele izmerjenih s sistemom SCALAR Sistem SCALAR so zač eli razvijati leta 1997 na Elektroinštitutu Milan Vidmar v Ljubljani. Danes ga sestavlja deset senzorjev po Sloveniji in Zahodnem Balkanu in je vključ en v evropsko združenje za detekcijo strel EUCLID (European Cooperation for Lightnih Detection) (SCALAR, 2018). Poroč ilo o strelah 25. avgusta 2018 na območ ju vasi Sv. Peter, ki jih je izmeril sistem SCALAR, je izdal EiMV (Poroč ilo, 2018). Iz tega poroč ila sledi, da je na območ ju Observatorija trajala poletna nevihta od 06:23:55 do 07:09:15 UTC, oziroma 45 minut in 20 sekund. V tem č asu se je na tem območ ju sprostilo 146 strel. Od teh strel so bile tri take (2,03 %), pri katerih so električ ni tok prevajali pozitivni ioni (14,2 kA; 30,3 kA; 13,4 kA). V vseh ostalih primerih so električ ni tok strel sestavljali negativni elektroni. Taka negativna strela z najmoč nejšim električ nim tokom -85,1 kA je bila od Observatorija oddaljena 4410 m. Tabela 1 – Zaporedje strel, ki so udarile v bližini Observatorija Razdalja Številka Datum Č as Amplituda SCALAR Variometer [dd.mm.yyyy] [HH:mm:ss.### UTC] [kA] [m] [m] 1 25.08.2018 07:00:48.864 -20,30 98,46 100,6 2 25.08.2018 07:00:48.888 -8,50 26,80 152,9 3 25.08.2018 07:00:49.198 -37,10 54,67 87,8 4 25.08.2018 07:00:49.241 -12,60 25,17 120,8 Ob č asu 07:00 UTC je v neposredni bližino Observatorija udaril snop strel (angl. flash) in ne le posamič na strela (angl. stroke) (Tabele 1). Strela z amplitudo -37,10 kA je udarila le nekaj metrov od nezahtevnega objekta, kjer je priključ ek observatorija na nizkonapetostno napajanje ter vsa njegova rač unalniška in telekomunikacijska oprema. Razdalje udarov strel sem prerač unal na mesto variometra in jih dodal na koncu tabele (Tabela 1 - Variometer). V povpreč ju je mesto udara snopa strel 25. avgusta 2018 ob 07:00:49 UTC oddaljeno od variometra 115,5 m. 12 Zaključ ki 3. septembra 2018 je strela udarila v geomagnetni observatorij GCK (Grocka, Srbia) in unič ila vse takrat delujoč e magnetometre ter sistem za zajemanje merilnih podatkov in za neprekinjeno napajanje (Mihajlović , 2018). Mesec pred tem je strela že unič ila električ ne kable za dovod energije hišicam za meritve na tem observatoriju, kar pa so uspešno sanirali. Atmosferske razelektritve torej unič ujejo tudi observatorije na področ jih Srednje in Južne Evrope, kjer je sicer letna gostota strel na kvadratni kilometer zemeljske površine nizka. 25. avgusta 2018 je snop strel udaril v neposredno bližino geomagnetnega observatorija PIA (Piran, Slovenia). Po tem udaru observatorij še vedno normalno obratuje. Nač in njegove prenapetostne zašč ite je primer ustreznega ukrepanja za poveč anje zanesljivosti delovanja takega merilnega mesta. Z optič no loč itvijo je uspešno rešljiv tudi problem zašč ite v primeru neposrednega udara strele v napajalni vod, ki dovaja električ no energijo merilnim instrumentom (Rosolem, 2017). Taka zašč ita omogoč a nemotene meritve sprememb lokalnega magnetnega polja tudi na mestih z zelo visoko letna gostota strel na kvadratni kilometer zemeljske površine. Na takih območ jih obič ajne alternativne oblike napajanja z električ no energijo ne pridejo v poštev. Alternativni viri zahtevajo obsežno, relativno drago in pogosto malo uč inkovito zašč ito pred delovanjem strel. Literatura Blakemore, P. R. (1982). Magnetotactic bacteria. Annual Reviews of Microbiology, 36, 217–238. Buchanan, A. Finn, A. C. Love, J. J. Worthington, E. W. Lawison, F. Maus, S. Okewunmi, S. Poedjono. B. (2013). Geomagnetic Referencing – The Real-Time Compass for Directional Drilling. Oielfield Review, 25 (3), 32–47. Campbell , H. W. (1995). Geomagnetism Applications. U.S. Geological Survey Circular 1109. Washington (DC, US): U.S. Geological Survey. Chulliat, A. MacMillan, S. Alken, P. Beggan, C. Nair, M. Hamilton, B. Woods, A. Ridley, V. Maus, S. Thomson, A. (2015). The US/UK World Magnetic Model for 2015-2020. Technical Report. Boulder (US): NOAA National Geophysical Data; Edinburgh (UK): British Geological Survey. Cuffaro, M. Riguzzi, F. Scrocca, D. Antonioli, F. Carminati, E. Livani, M. Doglioni, C. (2010). On the geodynamics of the northern Adriatic plate. Rendiconti Lincei. Scienze Fisiche e Naturali, (Suppl 1), S253–S279. Č op, R. (2003). Additional exploitation of solar energy in ancient house of Istria. Proceedings : ISES Solar World Congress 2003, Solar Energy for a Sustainable Future, June 14-19, Göteborg, Sweden. Göteborg: International Solar Energy Society. Č op, R. (2011). Gradnja geomagnetnega observatorija pod Sinjim vrhom nad Ajdovšč ino. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2010. Zbornik predavanj. Urednik Miran Kuhar. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 59–64. Č op, R. (2015). Razelektritve v ionosferi. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2014. Zbornih del. Uredniški odbor. Ljubljana: Univerza v Ljubljani; Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 7–14. Č op, R. (2015a). Zemeljsko magnetno polje in njegov vpliv na telekomunikacije. Kritič na infrastruktura in IKT. VITEL Zbornik referatov. 31. delavnica o telekomunikacijah. Brdo pri Kranju, 11. In 12. maj 2015. Ljubljana; Slovensko društvo za elektronske komunikacije; Elektrotehniška zveza Slovenije, 29–33. Č op, R. (2015b). Snowstorm at the geomagnetic observatory. Geoscientific Instrumentation Methodes and Data Systems, 4, 155–159. 13 Č op, R. (2016). Absolutne meritve zemeljskega magnetnega polja. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2015. Zbornih del. Uredniški odbor. Ljubljana: Univerza v Ljubljani; Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 73–84. Č op, R. (2016a). Vpliv Sonca na prenos merilnih podatkov v realnem č asu po omrežju mobilne telefonije. Impact of the Sun on the transmission of measuring data in real time by a mobile telephone network. In Slovenian language. Geodetski vestnik, 2016, 60 (2), 197–211. Č op, R. (2017). Geomagnetne nevihte ob koncu cikla sonč nih peg. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2016. Zbornik predavanj. Uredniški odbor. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 69–80. Č op, R. (2017a). Sprememba gostote energije v zemeljskem magnetnem polju. Elektrotehniški vestnik, 84 (4), 148–154. Č op, R. Bilc, A. Beguš, S. Fefer, D. Radovan, D. (2008). Magnetne nevihte in njihov vpliv na navigacijo. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2007. Zbornik predavanj. Urednik Miran Kuhar. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 71‒ 80. Č op, R. Mihajlović , S. Cander, R. L. (2008a). Magnetic Storms and their Influence on Navigation. Pomorstvo, 22 (1), 89–99. Č op, R. Kocen, J. (2009). Geomagnetne meritve na geomagnetni referenč ni toč ki na Predmeji. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2008. Zbornik predavanj. Urednik Miran Kuhar. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 69–76. Č op, R. Deželjin, D. Mihajlović , J. S. Kosovac, P. (2011). Zač etne meritve variacij geomagnetnega polja v Sloveniji. Elektrotehniški vestnik, 78 (3), 96–101. Č op, R. Deželjin, D. (2012). Preizkusno obratovanje geomagnetnega observatorija Sinji vrh. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2011. Zbornik predavanj. Urednik Miran Kuhar. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 57–62. Č op, R. Deželjin, D. (2013). Transmission of the measurement data from the Sinji vrh geomagnetic observatory. HEJDA, Pavel (editor). Proceedings of the XVth IAGA workshop on geomagnetic observatory instruments, data acquisition, and processing, June 4th - 14th, 2012, Real instituto y observatorio de la armada San Fernando, Cádiz, Spain : extended abstract volume. San Fernando: Ministerio de defensa, 160–164. Č op, R. Milev, G. Deželjin, D. (2013a). Vpliv neviht na geomagnetne meritve na Gori nad Ajdovšč ino. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2012. Zbornik predavanj. Urednik Miran Kuhar. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 105‒ 110. Č op, R. Milev, G. Deželjin, D. Kosmač , J. (2014). Protection against lightning at a geomagnetic observatory. Geoscientific Instrumentation Methodes and Data Systems, 3, 135–141. Č op, R. Henigman, F. (2018). Sprejemnik za elektromagnetne valove frekvenc pod 50 Hz. Elektrotehniški vestnik, 86, 155–161. Dezeljin, D., Cop, R. (2013). IT systems for Alarming of Possible Health Risks Caused by Geomagnetic Storms. Global Telemedicine and eHealth Updates: Knowledge Resources, Editors Malina Jordanova and Frank Lievens. Luxemburg; International Society for Telemedicine & eHealth (ISfTeH), 6, 512–515. Flux-gate Magnetometer LEMI-022. (2014). User Manual Rev.1. Quality control: A. Prystai. Lviv (Ukraine): KMS Technologies; LEMI Laboratory for Electromagnetic Innovations, 15 April 2014. Friis-Christensen, E. (2018). Global Change, Space Weather, and Climate. Global Change and Future Earth: The Geoscience Perspective. Edited by Tom Beer, Jiaping Li and Keith Alverson. Special Publications of the International Union of Geodesy and Geophysics. Cambridge (UK): Cambridge University, 28–39. Glassmeier, K.-H. Tsurutani, B. T. (2014). Carl Friedrich Gauss – General Theory of Terrestrial Magnetism – a revised translation of the German text. History of Geo- and Space Sciences, 5, 11–62. Istra. (1988). Ljubljana; Mladinska knjiga, 1988. Jere Jakulin, T. Č op, R. (2017). Sunspot Cycles Impacts on Tourism and Quality of Life. International Journal for Quality Research, 11 (3), 717–728. Korte, M. Mandea, M. Linthe, H.-J. Hemshorn, A. Kotzé, P. Ricaldi, E. (2009). New geomagnetic field observations in the South Atlantic Anomaly region, Annals of Geophysics, 52 (1), 65–81. 14 Mandea, M. Korte, M. Soloviev, A. Gvishiani, A. (2010). Alexander von Humboldt’s charts of the Earth’s magnetic field: an assessment based on modern models. History of Geo- and Space Sciences, 2010, 1, 63–76. Matsunaga, T. Suzuki, T. Tanaka, M. Arakaki, A. (2007). Molecular analysis of magnetotactic bacteria and development of functional bacterial magnetic particles for nano-biotechnology. Trends Biotechnology, 25 (4), 182–188. Matzka, J. Chulliat, A. Mandea, M. Finlay, C. C. Qamili, E. (2010). Geomagnetic Observations for Main Field Studies: From Ground to Space. Space Science Reviews, 155 (1), 29–64. Mihajlović , S. (2018). Subject: Obavestenje-Geomagnetska opservatorija Grocka (GCK). From: Spomenko Mihajlović ; To: rudi ; Date: Sep 18, 2018 at 8:07 AM (22.09.2018) MOP. (2007). Natura 2000 in Slovenia. The Treasures of Slovenian Nature. Ministrstvo za okolje in prostor. http://www.natura2000.si/en/publications/ (24.7. 2016). NIB. (2003). Poroč ilo o sledilnih poskusih ze ugotovitev virov fekalnega onesnaženja izvira Lokva v Sv. Petru nad Dragonjo. 2. faza. Nosilec naloge dr. Mihael Brecelj. Ljubljana; Nacionalni inštitut za biologijo; Laboratorij za toksilogijo, 2003. Paliska, D. Č op, R. Fabjan, D. Drobne, S. (2010). Izbira lokacije za postavitev geomagnetnega observatorija v Sloveniji. Geodetski vestnik, 54 (3), 469–480. Petersen, T. Hurst, T. (2018). The Scott Base Geomagnetic Observatory. Poster. XVIIIth IAGA WorkShop on Geomagnetic Observatory Instruments, Data Acquisition and Processing, 2018. Conrad Observatory (Austria): Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik ‒ ZAMG, 24‒ 29 June 2018. Poroč ilo o atmosferskih razelektritvah št SLO-2018-09-11-9. (2018). Report of atmospheric discharges No. SLO-2018-09-11-9. SCALAR. Ljubljana; Elektroinštitut Milan Vidmar EiMV, 11. september 2018. Rosolem, B. J. (2017). Power-Over-Fiber Applications for Telecommunications and for Electric Utilities. Optical Fiber and Wireless Communications. Chapter 13. Edited by Rastislav Róka. London (UK): IntechOpen. SCALAR. (2018). EIMV – Elektroinštitut Milan Vidmar. https://www.scalar.si/sl/; https://www.scalar.si/en/. (27.09. 2018) Technical Reference Manual. (2012). Version 4.6. Edited by: Benoît St-Louis. Edinburgh (UK): INTERMAGNET c/o British Geological Survey. Thébault et al. ( 2015). International Geomagnetic Reference Field: the 12th generation. Earth, Planets and Space, 67, 79. TSG-N-002. (2013). Nizkonapetostne električ ne inštalacije. Tehnič na smernica za graditev. Izdaja 2. Ljubljana: Ministrstvo za infrastrukturo in prostor, 2013. TSG-N-003. (2013). Zašč ita pred delovanjem strele. Tehnič na smernica za graditev. Izdaja 2. Ljubljana: Ministrstvo za infrastrukturo in prostor. Uredba o razvršč anju objektov glede na zahtevnost gradnje. (2013). Uradni list Republike Slovenije, 18, 2483–2493. Weber, J. Vrabec, M. Pavlovč ič -Prešeren, P. Dixon, T. Jiang, Y. Stopar, B. (2010). GPS-derived motion of the Adriatic microplate from Istria Peninsula and Po Plain sites, and geodynamic implications. Tectonophysics, 483, 214–222. 15 Analiza vpliva mikrostrukture dežnih kapljic na prepušč ene padavine pod brezo in borom Katarina Zabret * , Jože Rakovec ** , Mojca Šraj * Povzetek Delež prepušč enih padavin, ki dosežejo tla pod vegetacijo, je odvisen od različ nih vplivnih spremenljivk, med katerimi je mikrostruktura padavin pogosto prezrta. Mikrostruktura padavin podaja število, velikost in hitrost dežnih kapljic ter se spreminja s č asom in prostorom. Meritve padavin na prostem in prepušč enih padavin smo izvedli na raziskovalni ploskvi v Ljubljani, ki je bila vzpostavljena leta 2014. Tekom razvoja treh izbranih padavinskih dogodkov s podobnim trajanjem in različ nimi količ inami ter intenzitetami padavin smo analizirali vpliv mikrostrukture dežnih kapljic na delež prepušč enih padavin pod navadno brezo (Betula pendula Roth) in č rnim borom (Pinus nigra Arnold). Ugotovili smo, da poveč anje velikostnega spektra dežnih kapljic opazno vpliva na poveč anje prepušč anja padavin pod borom, ki v primeru zasič enosti drevesne krošnje lahko tudi preseže količ ino padavin na prostem. Podobnega odziva za primer breze nismo opazili. V primeru obeh drevesnih vrst pa je pojav več jih dežnih kapljic pri majhnih količ inah padavin na prostem spodbudil zač etek prepušč anja padavin. Ključ ne besede: prestrežene padavine; prepušč ene padavine; mikrostruktura padavin; breza; bor Key words: rainfall interception; throughfall; rainfall microstructure; birch tree; pine tree Uvod Padavine, ki padajo nad vegetacijo, zaradi procesa prestrezanja padavin v celoti ne dosežejo tal. Ob stiku z drevesi se namreč padavine razdelijo na prestrežene padavine, prepušč ene padavine in odtok po deblu. Prestrežene padavine ostanejo v drevesni krošnji, postopoma izhlapijo v ozrač je in ne dosežejo tal, kar bistveno vpliva na vodno bilanco z gozdom porašč enih območ ij (Šraj in sod., 2008). Odtok po deblu tvorijo padavine, ki se po vejah ter deblu stekajo do tal. Prepušč ene padavine pa so tiste, ki tla dosežejo tako, da padejo neposredno skozi odprtine v drevesni krošnji, postopoma prikapljajo na tla z zasič enih listov in vej ali pa tla dosežejo zaradi škropljenja prestreženih padavin, ki ga povzroč a tresenje krošnje (Nanko in sod., 2006; Bassette in Bussiere, 2008). Posamezne komponente prepušč enih padavin lahko med seboj loč imo glede na njihovo mikrostrukturo. Neposredne prepušč ene padavine ohranijo porazdelitev velikosti dežnih kapljic padavin na prostem (Brandt, 1989), premeri kapljic zaradi škropljenja so po navadi manjši od 1,5 mm, medtem ko imajo tiste, ki tla dosežejo s kapljanjem, več je premere (Nanko in sod., 2006). Mikrostruktura padavin opisuje število dežnih kapljic, njihov premer in hitrost (Uijlenhoet in Sempere Torres, 2006). Kot ena izmed lastnosti padavin je mikrostruktura pomembna spremenljivka, ki poleg količ ine, intenzitete in trajanja padavin vpliva na deleže prestreženih in prepušč enih padavin ter odtoka po deblu (Zabret in sod., 2018). * Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana ** Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, Jadranska ulica 19, 1000 Ljubljana 16 Kljub temu pa so število, velikost in hitrost dežnih kapljic le redko upoštevani pri analizah procesa prestrezanja padavin (Zabret in sod., 2017). Raziskovalci na tem področ ju so do sedaj upoštevali predvsem mikrostrukturo prepušč enih padavin, med tem ko je bila mikrostruktura padavin na prostem pri analizah prestrezanja padavin zanemarjena. Tako so na primer nekateri raziskovalci primerjali velikostno porazdelitev dežnih kapljic na prostem in pod vegetacijo ter določ ili znač ilnosti mikrostrukture prepušč enih padavin (Nanko in sod., 2006; Frasson in Krajewski, 2011), iz katere so poskušali definirati posamezne komponente prepušč enih padavin, to sta kapljanje in škropljenje (Nanko in sod., 2006; Bassette in Bussiere, 2008). Primerjali so tudi mikrostrukturo prepušč enih padavin v posameznih fenofazah in pod različ nimi drevesnimi vrstami, da bi analizirali vpliv prisotnosti listja oziroma različ nih lastnosti listja in iglic (Nanko in sod., 2013; Nanko in sod., 2016). Zaradi spremenjenih lastnosti dežnih kapljic pod drevesom, ki so predvsem zaradi kapljanja po navadi več je, je bilo kar nekaj raziskav usmerjenih tudi v analizo vpliva velikostne porazdelitve prepušč enih padavin na erozijo pod drevesi (Calder in sod., 1993; Geißler in sod., 2012; Goebes in sod., 2015). Velikost, hitrost in število dežnih kapljic so pomembne lastnosti padavin, ki vplivajo na številne procese hidrološkega kroga, vendar so v raziskavah pogosto prezrte (Uijlenhoet in Sempere Torres, 2006). Najpogosteje njihovo upoštevanje zasledimo na področ ju raziskav erozivnosti zemljine. Zaradi spremenjene mikrostrukture prepušč enih padavin glede na padavine na prostem je bilo nekaj študij usmerjenih tudi na to področ je, vendar pri tem ni bil upoštevan vpliv mikrostrukture padavin na prostem na delež prestreženih padavin. Namen te raziskave je upoštevati vpliv mikrostrukture padavin na prostem na potek prepušč anja padavin. Ker pa na prepušč anje padavin vplivajo še številne druge spremenljivke, bomo v analizi upoštevali meritve pod listavcem in iglavcem ter različ no intenzivne padavinske dogodke. Metode in podatki Osnova za predstavljeno analizo so bili rezultati meritev, ki jih od leta 2014 izvajamo na raziskovalni ploskvi ob stavbi Oddelka za okoljsko gradbeništvo UL FGG v Ljubljani. Travnata površina z dvema skupinama dreves se nahaja v manjšem mestnem parku in obsega 600 m 2 . Na severo-zahodnem delu raste skupina borovih dreves (č rni bor, Pinus nigra Arnold), na jugo-zahodnem delu skupina brezovih dreves (navadna breza, Betula pendula Roth), na vzhodnem delu pa najdemo č istino, poraslo s travo (slika 1). Slika1: Raziskovalna ploskev 17 Raziskovalna ploskev je opremljena z merilniki za merjenje količ ine padavin na prostem, prepušč enih padavin in odtoka po deblu pod drevesi ter mikrostrukture padavin na prostem. Padavine na prostem smo merili z dvema avtomatič nima dežemeroma (Onset RG2-M), ki sta postavljena na č istini ob vzhodnem robu ploskve. Dežemera imata prekucnik, umerjen na 0,2 mm na tip, ter avtomatič ni zapisovalec podatkov (Onset HOBO Event). Prepušč ene padavine smo merili s kombinacijo nepremič nih korit in premič nih lijakastih merilnikov. Pod vsako skupino dreves stojita dve ostrorobi koriti s površino 0,75 m 2 . Eno korito je opremljeno s prekucnikom (Unidata 6506G; 50 ml/tip) in z avtomatskim zapisovalnikom podatkov (Onset HOBO Event), drugo pa z zbiralno posodo (60 l), ki smo jo praznili roč no. Poleg tega je pod drevesi razporejenih še 11 lijakastih merilnikov z zbirno površino 78,5 cm 2 in roč nim praznjenjem, katerih lokacijo smo spreminjali na 10 dogodkov. Odtok po deblu smo prestrezali z gumijasto polcevko, ovito okrog debla ene breze in enega bora, pritrjeno z žeblji in silikonom, ki se steka v zbiralni posodi. V primeru bora smo jo praznili roč no, pri brezi pa smo zaradi več je količ ine odtoka po deblu namestili prekucnik (Onset RG2-M, 0,2 mm/tip) z avtomatskim zapisovalnikom podatkov (Onset HOBO Event). Mikrostrukturo padavin pa smo spremljali z disdrometrom (Ott Parsivel), postavljenim na strehi bližnje stavbe. Merilna površina disdrometra znaša 54 cm 2 in je pokrita z laserskim žarkom, vsako minuto pa so zaznani padavinski delci razvršč eni v 32 razredov hitrosti (od 0 m/s do 22,4 m/s) in velikosti (od 0,25 mm do 26 mm). Ker sta hitrost in velikost dežnih kapljic med seboj odvisni (v = v(D)) (Gunn in Kinzer, 1949), smo pri analizi rezultatov za več jo preglednost obravnavali le velikost dežnih kapljic. Spreminjanje števila različ no velikih dežnih kapljic tekom razvoja padavinskega dogodka smo prikazali na kartah jakosti. Za njihov izris smo uporabili paket lattice (Sarkar, 2017) in pripadajoč o funkcije levelplot v programu R (R core team, 2015). Vhodni podatki so bili pripravljeni v matrikah velikih približno 32 X 77 celic (odvisno od trajanja dogodka), v katerih je bilo podano število dežnih kapljic v določ enem velikostnem razredu (vodoravno) za vsako minuto trajanja dogodka (navpič no). Rezultati in analiza Prepušč ene padavine, odtok po deblu in prestrežene padavine Med 1. januarjem 2014 in 30. junijem 2017 smo na raziskovalni ploskvi zabeležili 468 padavinskih dogodkov. V nadaljnji analizi nismo upoštevali snežnih dogodkov ter dogodkov, pri katerih smo opazili več je napake v delovanju katerega izmed merilnikov. Tako smo analizirali 413 padavinskih dogodkov, katerih vsota je bila 4.110,8 mm padavin. Na dogodek smo zabeležili med 0,2 mm in 167,4 mm padavin. V povpreč ju je bila intenziteta padavinskih dogodkov enaka 2,3 mm/h (± 3,6 mm/h). Povpreč no trajanje dogodkov je bilo enako 8,5 ure; najkrajši zabeležen dogodek je bil dolg le 6 minut, najdaljši pa skoraj 5 dni (119 ur). Količ ina izmerjenih prepušč enih padavin v obdobju meritev je pod brezo znašala 3.039,0 mm oziroma 74 % vseh na prostem izmerjenih padavin. Pod borom pa smo v celotnem obdobju meritev namerili 2.192,7 mm prepušč enih padavin oziroma 53 % vseh na prostem izmerjenih padavin. Odtoka po deblu pri brezi nismo zabeležili pri 196 dogodkih s količ ino padavin med 0,2 mm in 29,0 mm, v celoti izmerjen odtok po deblu pa je znašal 130,9 mm, kar predstavlja 3,2 % vseh padavin, izmerjenih na prostem. V primeru bora pa je bil odtok po deblu zanemarljiv, saj smo v celotnem obdobju meritev namerili le 2,7 mm oziroma 0,07 % padavin na prostem. Tako je breza v celoti prestregla 23 %, bor pa 47 % padavin na prostem. Izmerjene vrednosti smo analizirali tudi glede na posamezne 18 fenofaze, ki smo jih določ ili glede na olistanost drevesne krošnje breze kot obdobje vegetacije (povsem olistana drevesna krošnja) in obdobje mirovanja (gola drevesna krošnja). Povpreč no na dogodek je breza prestregla 45 % (± 44 %) padavin, največ v obdobju vegetacije (51 % ± 47 %) in najmanj v obdobju neolistane krošnje (32 % ± 32 %). V povpreč ju je bor na dogodek prestregel 72 % (± 35 %) padavin z majhnimi razlikami glede na fenofaze (slika 2). Slika 2: Prestrežene padavine breze in bora v obdobjih vegetacije in mirovanja Vpliv mikrostrukture padavin na prostem na prepušč anje padavin Izmed vseh zabeleženih dogodkov smo izbrali tri dogodke s podobnim trajanjem vendar različ no količ ino, intenziteto in č asovno spremenljivostjo mikrostrukture padavin (preglednica 1). Vsi dogodki so bili izmerjeni v obdobju vegetacije, spremembe lastnosti drevesne krošnje, ki jih lahko opišemo z indeksom listne površine (LAI), pa so bile med dogodki zanemarljive (Zabret, 2018). Zaradi različ nih lastnosti padavinskih dogodkov smo tako lahko na podobni č asovni skali s 5-minutnim č asovnim korakom primerjali razvoj prepušč anja padavin pod drevesoma v odvisnosti od velikosti dežnih kapljic. Preglednica 1: Lastnosti izbranih padavinskih dogodkov Dogodek Trajanje padavin [min] Količ ina padavin [mm] Povpreč na intenziteta padavin [mm/h] Prepušč ene padavine breza Prepušč ene padavine bor Premer kapljic* [mm] Dogodek 1 26. 6. 2016 69 15,2 13,2 62 % 77 % 0,99 (± 0,32) Dogodek 2 21. 8. 2016 71 33,4 28,2 64 % 70 % 0,92 (± 0,23) Dogodek 3 22. 5. 2017 54 8,0 8,89 69 % 31 % 1,11 (± 0,30) * Podan je povpreč en premer dežnih kapljic ± standardna deviacija 19 Več ina vseh padavin (95 %) pri prvem dogodku 26. 6. 2016 je padla v 30 minutah od zač etka dogodka, ko so bile kapljice tudi več je kot v nadaljevanju. Premer dežnih kapljic je v povpreč ju v prvem delu dogodka znašal 1,09 mm in v drugem delu dogodka 0,78 mm. Največ je kapljice padavin na prostem smo zabeležili med 13. in 18. minuto dogodka, ko so njihovi premeri dosegli 9,5 mm. Več je dežne kapljice so vplivale tudi na poveč ano prepušč anje padavin pod borom, ki je najprej naraslo s 34 % na 81 %, v nadaljevanju (12:35) pa celo preseglo količ ino padavin na prostem (slika 3). Spremembe v velikosti dežnih kapljic tekom dogodka na prepušč anje padavin pod brezo niso imele vidnega vpliva. Slika 3: Vsota padavin na prostem ter prepušč enih padavin (TF) pod brezo in borom na 5 minut (zgoraj) in minutni prikaz velikosti ter števila dežnih kapljic na prostem (spodaj) za prvi dogodek Drugi dogodek (21. 8. 2016) je bil najbolj intenziven in z največ jo količ ino padavin (preglednica 1). Več ina padavin (78 %) je padla v prvih 20 minutah od zač etka dogodka, ko so bili izmerjeni tudi največ ji premeri dežnih kapljic do 7,5 mm. V nadaljevanju dogodka pa so bili izmerjeni premeri dežnih kapljic manjši; dosegli so 3,75 mm, v povpreč ju pa so znašali 0,75 mm. Pod borom se je prepušč anje padavin zač elo po 5 minutah od zač etka dogodka, sledilo pa je trendu padavin. Tako je v obdobju velikih dežnih kapljic prepušč anje padavin takoj doseglo 51 % in narašč alo, v drugem delu dogodka pa je prič elo upadati (slika 4). Intenzivne in obilne padavine ter velike dežne kapljice na zač etku dogodka pa so imele na prepušč anje padavin pod brezo manjši vpliv. Odziv breze je bil poč asnejši, saj so v prvem delu dogodka (do 5:10) celotne izmerjene 20 prepušč ene padavine znašale le 28 % vseh prepušč enih padavin, izmerjenih tekom dogodka (slika 4). Slika 4: Vsota padavin na prostem ter prepušč enih padavin (TF) pod brezo in borom na 5 minut (zgoraj) in minutni prikaz velikosti ter števila dežnih kapljic na prostem (spodaj) za drugi dogodek Najkrajši dogodek z najmanjšo količ ino padavin pa je bil tretji dogodek (22. 5. 2017), pri katerem so padavine s stalno porazdelitvijo kapljic prevladovale v sredini dogodka. Podobna je bila tudi sama porazdelitev količ ine padavin, ki je v č asu od 20:00 do 20:10 narašč ala, do 20:30 ostajala približno enaka in se proti koncu dogodka zmanjševala. Več je dežne kapljice s premeri do 7,5 mm smo zabeležili med 13. in 17. minuto ter med 20. in 25. minuto od zač etka dogodka. S pojavom več jih dežnih kapljic se je prič elo prepušč anje padavin pod borom in brezo (20:15). Prepušč ene padavine pod borom so takoj dosegle 23 % padavin na prostem, več je kapljice v nadaljevanju dogodka pa so vplivale še na dodatno poveč anje prepušč enih padavin na 48 % in 80 % (slika 5). Tudi delež prepušč enih padavin pod brezo je narasel zelo hitro in takoj po pojavu več jih dežnih kapljic dosegel 67 % padavin na prostem. 21 Slika 5: Vsota padavin na prostem ter prepušč enih padavin (TF) pod brezo in borom na 5 minut (zgoraj) in minutni prikaz velikosti ter števila dežnih kapljic na prostem (spodaj) za tretji dogodek Razprava Vpliv mikrostrukture padavin na prostem na proces prestrezanja padavin so na ravni dogodkov že potrdili nekateri raziskovalci (Nanko in sod., 2006; Zabret in sod., 2018), vendar pa se število, hitrost in velikost dežnih kapljic znatno spreminjajo tudi tekom samega dogodka. Analiza razvoja prepušč enih padavin in sprememb v velikosti dežnih kapljic tekom treh izbranih padavinskih dogodkov je pokazala, da več je dežne kapljice spodbudijo prepušč anje padavin pod borom, med tem ko v primeru breze tega pojava nismo opazili (slike 3 – 5). V primeru vseh treh dogodkov je bil delež prepušč enih padavin pod brezo enakomeren od zač etka padavin do njihovega pojemanja, ko je presegel količ ino padavin na prostem. Tako je bil več ji delež prepušč enih padavin v tem primeru najverjetneje posledica zasič enosti krošnje in ne sprememb v velikosti kapljic. Razliko v odzivu teh dveh drevesnih vrst lahko pripišemo različ nim vegetacijskim lastnostim. Raziskovalci so namreč pokazali, da listje na svoji površini zadrži več vode kot iglice (Nanko in sod., 2006), poleg tega pa je skladišč na zmogljivost listja več ja pri več jih dežnih kapljicah (Keim in sod., 2006; Bassette in Bussiere, 2008). Posledič no je listje v krošnji breze pri pojavu več jih dežnih kapljic sposobno te uskladišč iti, kar je najverjetneje razlog, da nismo opazili sprememb v prepušč enih padavinah pod brezo ob spremembi mikrostrukture padavin na prostem. 22 Vpliv več jih kapljic na poveč ano prepušč anje padavin pod borom je izrazito opazen pri prvem in tretjem dogodku (sliki 3 in 5). Poveč anje dežnih kapljic smo opazili po vsaj 10 minutah od zač etka dogodka, kar je vplivalo na poveč anje deleža prepušč enih padavin za 57 % oziroma 32 % (preglednica 2). S tem je delež prepušč enih padavin pod drevesom pri prvem dogodku v tem 5-minutnem intervalu znatno presegel 100 % in s tem znašal več kot padavine na prostem. Poleg vseh padavin so tla namreč dosegle še sicer zadržane padavine, ki so zaradi dodatnih tresljajev prič ele kapljati s krošnje. Pri drugem dogodku pa so bile več je dežne kapljice prisotne prej, od 4. do 7. minute od zač etka dogodka (slika 4). Tudi v tem primeru je prišlo do poveč anja prepušč enih padavin, ki pa je bilo z 26 % malo manjše kot pri drugih dveh dogodkih (preglednica 2). Preglednica 2: Spreminjanje lastnosti padavinskega dogodka in deleža prepušč enih padavin s 5-minutnim č asovnim korakom za intervale z opaznim poveč anjem velikosti dežnih kapljic Dogodek Č as Intenziteta padavin [mm/5min] Povpreč en premer dežnih kapljic [mm] Prepušč ene padavine bor Prepušč ene padavine breza Dogodek 1 12:30 1,12 1,10 81 % 14 % 12:35 0,52 0,94 138 % 22 % 12:40 0,04 0,77 360 % 190 % Dogodek 2 5:15 0,76 0,99 79 % 90 % 5:20 0,16 0,85 105 % 404 % 5:25 0,12 0,83 60 % 538 % Dogodek 3 20:25 0,4 1,26 48 % 67 % 20:30 0,12 1,35 80 % 67 % 20:35 0,04 1,11 60 % 190 % Prvi in drugi dogodek sta si po trajanju in razporeditvi padavin zelo podobna, razlikujeta pa se po količ ini in intenziteti padavin (preglednica 1). V obeh primerih je bil odziv prepušč enih padavin pod borom na poveč an premer dežnih kapljic podoben, le da je pri prvem dogodku presegel količ ino padavin na prostem (slika 3), pri drugem pa ne (slika 4). Pri drugem dogodku so bile več je dežne kapljice prisotne že po le 2 mm padlih padavin v 4. minuti po zač etku dogodka. Skladišč na zmogljivost krošnje iglastih dreves je bila ocenjena med 2,7 in 2,9 mm padavin (Hutchings in sod., 1988; Llorens in Gallart, 2000; Zabret, 2018), torej ta v trenutku pojava več jih dežnih kapljic pri drugem dogodku še ni bila dosežena. Pri prvem dogodku pa smo dvig vrednosti v velikostnem spektru kapljic zabeležili, ko je padlo 6 mm padavin, ki so že zasič ile krošnjo. Podobno kot veter tudi velike dežne kapljice povzroč ajo tresljaje drevesne krošnje (Nanko in sod., 2006), kar pospeši kapljanje z zasič ene krošnje in vpliva na poveč anje prepušč enih padavin (Xiao in sod., 2000; Andre in sod., 2008; Zabret in sod., 2017). Ne glede na različ na odziva prepušč enih padavin pod brezo in borom na pojav več jih dežnih kapljic, pa to v primeru obeh drevesnih vrst vpliva na zač etek prepušč anja padavin. Pri prvem dogodku se je prepušč anje padavin pod brezo in borom zač elo pri le 2 mm padavin, ki so padle v prvih 5 minutah dogodka (slika 3). Prepušč anje padavin se je kmalu po zač etku dogodka pojavilo tudi pri drugem dogodku; pod borom se je zač elo v 4. minuti ob zapadlih 3 mm, pod brezo pa po 7 minutah in 7,8 mm padavin (slika 4). Zač etek prepušč anja padavin pri tretjem dogodku je sovpadal s pojavom več jih in hitrejših dežnih kapljic, kljub majhni količ ini do tedaj padlih padavin. Pod brezo smo prepušč anje padavin 23 namreč zaznali pri le 1,2 mm padavin po 12 minutah in pod borom pri 1,8 mm po 14 minutah (slika 5). V obeh primerih skladišč na zmogljivost krošnje še ni bila dosežena. O podobnem pojavu zač etka prepušč anja padavin ob zaznanem poveč anju velikostnega spektra kapljic so poroč ali tudi Nanko s sodelavci (2006) in Zabret s sodelavci (2017). Zaključ ki Mikrostruktura padavin je pomembna vendar pogosto prezrta lastnost padavin, ki vpliva na različ ne procese hidrološkega kroga. Zaradi nač ina interakcije med dežnimi kapljicami in vegetacijo, ki znatno vpliva na proces prestrezanja padavin, je pri tem smiselno upoštevati tudi lastnosti kapljic. Podrobna analiza posameznih razvojnih faz padavinskega dogodka je omogoč ila vpogled v vpliv sprememb v velikostnem spektru dežnih kapljic na delež prepušč enih padavin. Z upoštevanjem dveh različ nih drevesnih vrst smo poudarili tudi pomen upoštevanja raznolikih vegetacijskih lastnosti. Več je in hitrejše dežne kapljice hipoma vplivajo na poveč anje prepušč anja padavin pod borom, njihov vpliv na prepušč anje padavin pri brezi pa je zanemarljiv. Spremembe v mikrostrukturi padavin na prostem med drugim vplivajo tudi na zač etek prepušč anja padavin ter v določ enih fazah dogodka tudi na njihovo preseganje količ ine padavin na prostem. Z dodatnimi analizami raznolikih padavinskih dogodkov in z upoštevanjem novih drevesnih vrst pa bomo vpliv mikrostrukture padavin na prostem na proces prestrezanja padavin lahko razumeli še bolje, saj le-ta bistveno vpliva na vodno bilanco naravnih in urbanih gozdov (Šraj in sod., 2008; Zabret in Šraj, 2015; Zabret, 2018). Literatura Andre, F., Jonard, M., Ponette, Q. 2008. Precipitation water storage capacity in a temperate mixed oak–beech canopy. Hydrological Processes 22: 4130–4141. Bassette, C., Bussiere, F. 2008. Partitioning of splash and storage during raindrop impacts on banana leaves. Agricultural and Forest Meteorology 148: 991–1004. Brandt, C.J. 1989. The size distribution of throughfall drops under vegetation canopies. Catena 16: 507–524. Calder, I.R., Hall, R.L., Prasanna, K.T. 1993. Hydrological impact of Eucalyptus plantation in India. Journal of Hydrology 150: 635-648. Frasson, R., Krajewski, W. 2011. Characterization of the drop-size distribution and velocity – diameter relation of the throughfall under the maize canopy. Agricultural and Forest Meteorology 151: 1244-1251. Geißler, C., Lang, A.C., von Oheimb, G., Härdtle, W., Baruffol, M., Scholten, T. 2012. Impact of tree saplings on the kinetic energy of rainfall - The importance of stand density, species identity and tree architecture in subtropical forests in China. Agricultural and Forest Meteorology 156: 31 - 40. Goebes, P., Seitz, S., Kühn, P., Li, Y., Niklaus, P.A., von Oheimb, G., Scholten, T. 2015. Throughfall kinetic energy in young subtropical forests: Investigation on tree species richness effects and spatial variability. Agricultural and Forest Meteorology 213: 148 - 159. Gunn, R., Kinzer, G. D. 1949. The terminal fall velocity for water droplets in stagnant air. Journal of the Atmospheric Sciences 6, 243-248. Hutchings, N.J., Milne, R., Crowther, J.M. 1988. Canopy storage capacity and its vertical distribution in a Sitka spruce canopy. Journal of Hydrology 104: 161–171. Keim, R.F., Skaugset, A.E., Weiler, M. 2006. Storage of water on vegetation under simulated rainfall of varying intensity. Advances in Water Resources 29: 974–986. 24 Llorens, P., Gallart, F. 2000. A simplified method for forest water storage capacity measurement. Journal of Hydrology 240: 131–144. Nanko, K., Hotta, N., Suzuki, M. 2006. Evaluating the influence of canopy species and meteorological factors on throughfall drop size distribution. Journal of Hydrology 329: 422– 431. Nanko, K., Watanabe, A., Hotta, N., Suzuki, M. 2013. Physical interpretation of the difference in drop size distributions of leaf drips among tree species. Agricultural and Forest Meteorology 169: 74–84. Nanko, K., Hudson, S.A., Levia, D.F. 2016. Differences in throughfall drop size distributions in the presence and absence of foliage. Hydrological Sciences Journal 61: 620–627. R Core Team. 2015. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Dunaj, Avstrija. http://www.R-project.org/ (Pridobljeno 4. 10. 2017). Sarkar, D. 2017. Package ‘lattice’. http://lattice.r-forge.r-project.org/ (Pridobljeno 25. 10. 2017) Šraj, M., Brilly, M., Mikoš, M. 2008. Rainfall interception by two deciduous Mediterranean forests of contrasting stature in Slovenia. Agricultural and Forest Meteorology, 148: 121–134. Uijlenhoet, R., Sempere Torres, D. 2006. Measurement and parameterization of rainfall microstructure. Journal of Hydrology 328: 1–7. Xiao, Q., McPherson, E.G., Ustin, S.L., Grismer, M.E., Simpson, J.R. 2000. Winter rainfall interception by two mature open-grown trees in Davis, California. Hydrological Processes 14: 763-784. Zabret, K. 2018. Vpliv meteoroloških in vegetacijskih parametrov na prestrezanje padavin. Doktorska disertacija. Ljubljana, UL FGG. Zabret, K., Rakovec, J., Mikoš, M., Šraj, M. 2017. Influence of raindrop size distribution on throughfall dynamics under pine and birch trees at the rainfall event level. Atmosphere 8: 240. Zabret, K., Rakovec, J., Šraj, M. 2018. Influence of meteorological variables on rainfall partitioning for deciduous and coniferous tree species in urban area. Journal of Hydrology 558: 29–41. Zabret, K., Šraj, M. 2015. Can Urban Trees Reduce the Impact of Climate Change on Storm Runoff? Urbani izziv, 26: S165–S178. 25 Meritve delcev v zraku turistič nih jam Miloš Miler * , Stanka Šebela ** , Nina Zupanč ič *** , Simona Jarc *** Povzetek V Postojnski jami (Č rna jama in Pisani rov) ter v Škocjanskih jamah (Tiha jama) smo v poletnem in zimskem obdobju zvezno izvajali sedemdnevne meritve količ ine PM 10 v zraku z merilnim intervalom 5 minut. Hkrati smo merili tudi temperaturo zraka in koncentracijo CO 2 . V zimskem obdobju leta 2017 smo v južnem delu Pisanega rova, predvsem v noč nem č asu, opazili moč no poveč ane koncentracije delcev PM 10 do 60 µ g/m 3 , ki so antropogenega izvora. Poletno obdobje 2017 je v Pisanem rovu pokazalo precej manjše koncentracije delcev (največ 10,9 µ g/m 3 ). V Tihi jami v Škocjanskih jamah je bila v zimskem obdobju leta 2018 količ ina delcev PM 10 majhna. Najvišje koncentracije, ki so < 4 µg/m³ povezujemo s turistič nim obiskom. V poletnem obdobju 2018 so bili v Tihi jami doseženi viški koncentracije PM 10 do 25 µg/m³. Tudi te so posledica dnevnih turistič nih obiskov. Na to kažejo tudi viški poletnih koncentracij CO 2 (3.300 ppm), ki so lahko kar 5x višji od zimskih vrednosti. Ključ ne besede: delci v zraku, Postojnska jama, Škocjanske jame, Slovenija. Keywords: particulate matter, Postojna Cave, Škocjan Caves, Slovenia. Uvod Trdni delec (PM-particulate matter) je izraz za prah, ki je prisoten v zraku. Najpogosteje se izvajajo meritve delcev premera 10 (PM 10 ) in 2,5 (PM 2,5 ) µ m, ki so zdravju najbolj škodljivi (http://www.okolje.info/index.php/kakovost-zraka/trdni-delci). Dnevna mejna vrednost za delce PM 10 znaša 50 µ g/m 3 in ne sme biti presežena več kot 35-krat v letu. Za delce PM 2,5 je predpisana letna mejna vrednost 25 µ g/m 3 . V Sloveniji je glavni vir onesnaženja z delci PM 10 cestni promet in izpusti iz kurilnih naprav (Celjska in Zasavska kotlina). Najpomembnejši vir PM 2,5 so mala kurišč a (74%), sledi cestni promet (9%). Približno 70% mase PM 10 in PM 2,5 predstavljajo sekundarni delci (aerosoli), elementarni C, dviganje usedlin s tal in morski aerosoli. Preostalih 30% lahko pripišemo vodi. Meritve delcev v zraku so v obeh turistič nih jamah že opravljali. Tako so v Postojnski jami na najnižji toč ki turistič ne poti v jutranjih urah izmerili koncentracije ne-radioaktivnih aerosolov med 600 in 2.750 cm -3 , od tega je bilo 90% delcev manjših od 50 nm (Iskra in drugi, 2010). Nadaljne raziskave v Postojnski jami ob turistič ni poti (Bezek in drugi, 2013) so pokazale, da je bila koncentracija aerosolov poleti nižja (700 cm -3 ) kot pozimi (2.800 cm -3 ). Poleti so prevladovali delci velikosti <50 nm, pozimi >50 nm, kar so razložili z zimskim vdorom hladnega zunanjega zraka in prinosom zunanjih delcev v jamsko okolje. Vplivi turizma na Škocjanske jame so bili prikazani tudi s spremljanjem aerosolov v zraku (Grgić in drugi, 2014). Najvišje koncentracije delcev PM 10 so določ ili v obdobju od 8. do 20. avgusta 2012, in sicer 15,3 µ g/m 3 . Delce v zraku v kraških jamah so raziskovali tudi drugod po svetu. Tako so v turistič ni jami Ingleborough v Veliki Britaniji za avtigeni izvor aerosolov ob aktivnem vodnem toku * Geološki zavod Slovenije, Dimič eva 14, 1000 Ljubljana, Slovenija ** ZRC SAZU Inštitut za raziskovanje krasa, Titov trg 2, 6230 Postojna, Slovenija *** Univerza v Ljubljani, NTF, Oddelek za geologijo, Aškerč eva 12, 1000 Ljubljana, Slovenija 26 izmerili povišanje PM 10 za 12 µ g/m 3 . Prisotnost turistov je koncentracije aerosolov tudi povišala, in sicer za 21 µ g/m 3 (Smith in drugi, 2013). Meritve delcev so izvajali tudi v povezavi z jamami, ki jih uporabljajo za speloterapijo. V jami Szemlő hegy pod Budimpešto so ugotovili, da se koncentracija aerosolov zmanjšuje z oddaljenostjo od vhoda v jamo in da onesnažena voda in atmosferski zrak predstavljata nevarnost za jame, ki so v UNESCOvi dedišč ini (Kertész in drugi, 1999). Namen naše raziskave je bil primerjava meritev delcev v zraku s klimatskimi parametri (temperatura zraka, CO 2 in smer gibanja zraka) v dveh obdobjih (zima in poletje) ob turistič no obremenjeni in manj turistič no obremenjeni poti v dveh kraških jamah. Izbrali smo najbolj obiskani jami v Sloveniji: Postojnsko jamo in Škocjanske jame. Zanimala nas je koncentracija in velikost delcev v zraku ter izvor delcev (prinos delcev iz zunanjosti v jamo ali prenašanje delcev po jami). Metode Na podlagi dovoljenja Agencije RS za okolje št. 35602-6/2018-2 z dne 14. marec 2018, smo v Postojnski jami in Škocjanskih jamah izvajali 2x7 dni zimskih in 2x7 dni poletnih meritev. Uporabljali smo inštrument za merjenje in vzorč enje delcev v zraku velikosti med 0,25 in 32 µm in določ anje masnih koncentracij PM 10 , PM 2,5 in PM 1 Portable Laser Aerosolspectrometer Grimm 1.109 s konstantnim pretokom zraka 1,2 l/min. Raziskava se opravlja v sodelovanju med ZRC SAZU, Geološkim zavodom Slovenije in Univerzo v Ljubljani (Oddelek za geologijo). Slika 1 – Mesta meritev delcev v zraku v Postojnski jami (Č rna jama in Pisani rov) in v Škocjanskih jamah (Baldahin in Goba v Tihi jami). Meritve delcev v zraku Postojnske jame (Slika 1) so se v Č rni jami opravljale od 16.1.2017 do 23.1.2017 in od 28.8.2017 do 4.9.2017, v Pisanem rovu pa od 23.1.2017 do 31.1.2017 in od 4.9.2017 do 11.9.2017. V Škocjanskih jamah smo meritve izvajali na lokaciji Baldahin od 29.1.2018 do 5.2.2018 in od 30.8.2018 do 6.9.2018, na lokaciji Goba 27 pa od 5.2.2018 do 12.2.2018 in od 6.9.2018 do 13.9.2018. Soč asno z meritvami delcev (merilni interval 5 minut) smo opravljali meritve temperature zraka (merilni interval 5 minut) in koncentracije CO 2 (merilni interval 30 minut). Rezultati Č eprav smo meritve zvezno izvajali na štirih mestih (Slika 1) v tem prispevku podajamo prve rezultate le za dve merilni mesti, in sicer za Pisani rov v Postojnski jami in Baldahin v Škocjanskih jamah ter le za meritve delcev PM 10 . Postojnska jama Na južnem vhodu v Pisani rov smo v zimskem obdobju zaznali povišanje koncentracij delcev v zraku v noč nem č asu (Slika 2). Glede na meteorološke razmere v jami je to obdobje, ko lahko zrak prihaja iz Pisanega rova v glavni rov (Stara jama) ali obratno. Ko piha iz Pisanega rova v Staro jamo zaznamo povišane koncentracije CO 2 (24.1.2017 je bila koncentracija 1.320 ppm, 26.1.2017 pa 890 ppm). V tem obdobju nismo zaznali največ jega povišanja količ ine delcev v zraku. Ko je smer vetra obrnjena, hladen zimski zrak prihaja skozi glavni vhod v Postojnsko jamo, teč e po Stari jami in vdira tudi v Pisani rov. V tem obdobju smo v Pisanem rovu predvsem v noč nem č asu opazili izredno povišane koncentracije delcev PM 10 do 60 µ g/m 3 . Ker so v tem obdobju potekala obnovitvena dela na vhodnem železniškem peronu, so višje koncentracije delcev verjetno povezane prav s tem. Slika 2 – Masne koncentracije [µg/m³] delcev v zraku in primerjava s temperaturo zraka [°C], Pisani rov pozimi, Postojnska jama. Poletno obdobje (Slika 3) je pokazalo precej nižje koncentracije delcev (največ 10,9 µ g/m 3 za PM 10 dne 6.9.2017 ob 13:50) ter bistveno bolj stalno temperaturo z majhnim 28 nihanjem. Ker je bila med meritvami koncentracija CO 2 v zraku precej visoka (povpreč no 2.500 ppm), gre za verjetni doprinos delcev iz Pisanega rova v Staro jamo. Viški PM 10 bi bili lahko povezani tudi z vplivom turizma, zaradi posipanja tirnic s peskom za boljši oprijem pogonskih koles turistič nega vlaka. Slika 3 – Masne koncentracije [µg/m³] delcev v zraku in primerjava s temperaturo zraka [°C], Pisani rov poleti, Postojnska jama. Škocjanske jame V Tihi jami v Škocjanskih jamah smo v zimskem obdobju (Slika 4) izmerili majhne vsebnosti delcev v zraku, vendar je ozadje pozimi nekoliko višje kot poleti (pozimi: 0,5 – 1 µg/m³, poleti: 0,3 µg/m³). Viški PM 10 < 4 µg/m³ se ujemajo z urnikom turistič nih obiskov. Zimske koncentracije CO 2 v zraku so bile 560 – 660 ppm z nekaterimi odstopanji do 860 ppm. Količ ine CO 2 v zimskem obdobju so nizke, kar kaže na dobro zrač enje v jami. Pozimi se zrak premika iz Tihe jame proti površju skozi umetni tunel, ko je zunanja temperatura nižja od jamske. V poletnem obdobju (Slika 5) so najvišje koncentracije PM 10 do 25 µg/m³. Tudi poleti so poveč ane količ ine delcev v zraku povezane z dnevnimi turistič nimi obiski, kar potrjue tudi ujemanje nihanja temperature in količ ine delcev. Poletne koncentracije CO 2 v zraku so glede na zimske precej višje. Pri Baldahinu so poletne koncentracije do 3,300 ppm in sovpadajo s turistič nimi obiski, ko se vsebnost CO 2 poveč a zaradi prisotnosti ljudi. Brez prisotnosti ljudi bi bile poletne vrednosti CO 2 pri Baldahinu 2.000 – 2.600 ppm, kar je 3x višje kot pozimi. Č e upoštevamo viške poleti (3.300 ppm) so poletne vrednosti kar 5x višje od zimskih. Poleti (Tzunaj>Tjama) topel zunanji zrak vdira skozi odprta vrata umetnega tunela do Baldahina. 29 Slika 4 – Masne koncentracije [µg/m³] delcev v zraku in primerjava s temperaturo zraka [°C], Baldahin pozimi, Škocjanske jame. Slika 5 – Masne koncentracije [µg/m³] delcev v zraku in primerjava s temperaturo zraka [°C], Baldahin poleti, Škocjanske jame. Zaključ ek Meritve delcev v zraku Postojnske jame in Škocjanskih jam so pokazale, da se glede na jamsko ventilacijo prašni delci lahko prenašajo daleč v notranjost jame (tudi 1,5 km ali več , npr. Pisani rov pozimi, Slika 2). Opazen je bil tudi velik vpliv obnovitvenih del na visoke koncentracije delcev, zaradi č esar bi morali obnovitvena dela v turistič nih jamah prilagoditi tudi razmeram jamske ventilacije. 30 Analize ob turistič no obremenjeni poti v Škocjanskih jamah so pokazale odvisnost tako koncentracije delcev v zraku kot temperature od turistič nega obiska (Slika 5). Koncentracija delcev PM 10 je v zunanjem zraku višja kot v jami. V jamah je le dvajsetina tiste, ki jo zaznamo zunaj. To je najverjetneje zato, ker je v jami vlaga visoka in ne dovoljuje delcem PM 10 , da bi prosto potovali po jamskem prostoru. V splošnem pa povišane koncentracije delcev v zunanjem zraku vplivajo na povišano raven koncentracij v jamskem zraku. Poleg zveznih meritev jamske meteorologije v turistič nih jamah bi bilo priporoč ljivo tudi redno spremljanje količ ine delcev v zraku in obč asno podrobno preverjanje, za kakšne vrste snovi gre. Raziskava je del programa Raziskovanje krasa (P6-0119) in projekta Krasoslovne raziskave za trajnostno rabo Škocjanskih jam kot svetovne dedišč ine (L7-8268) ter programa Mineralne surovine (P1-0025). Literatura Bezek, M., Gregorič , A. in Vaupotič , J. 2013. Radon decay products and 10-1100 nm aerosol particles in Postojna Cave. Nat. Hazards. Earth Syst. Sci., 13, 823-831, doi: 10.5194/nhess-13- 823-2013. Grgić , I., Iskra, I., Podkrajšek, B. in Debevec Gerjevič , V. 2014. Measurements of aerosol particles in the Škocjan Caves, Slovenia. Environmental science and pollution research international, 21/3, 1915-1923, doi: 10.1007/s11356-013-2080-4. http://www.okolje.info/index.php/kakovost-zraka/trdni-delci (15.9.2018). Iskra, I., Kávási, N. in Vaupotič , J. 2010. Nano aerosols in the Postojna Cave. Acta Carsologica, 39/3, 523-528. Kertész, Z., Borbély-Kiss, I. in Hunyadi, I. 1999. Study of aerosols collected in a speleotherapeutic cave situated below Budapest, Hungary. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 150, 384-391. Smith, A.C., Wynn, P.M. in Baker, P.A. 2013. Natural and anthropogenic factors which influence aerosol distribution in Ingleborough Show Cave, UK. International Journal of Speleology, 42/1, 49-56, doi: 10.5038/1827-806X.42.1.6. 31 Meritve tektonskih mikro-premikov v prelomni coni Idrijskega preloma v dolini Uč je Andrej Gosar * Povzetek Dolina Uč je poteka preč no na Idrijski prelom, zaradi č esar je bila izbrana kot najbolj primerna za namestitev ekstenziometra TM 71 na tem prelomu, ki je dolg preko 120 km. Meritve tektonskih mikro-premikov na razpoki v notranji prelomni coni potekajo od leta 2004. V 14 letih opazovanj je bilo ugotovljeno sistematič no vodoravno zmikanje s povpreč no hitrostjo 0,21 mm/leto in podrejeno vertikalni premiki s hitrostjo 0,06 mm/leto, kar dokazuje aktivnost preloma. Podan je pregled različ nih metod raziskovanja recentnih premikov ob aktivnih prelomih ter novejših raziskav Idrijskega preloma. Ocene hitrosti premikov so poleg geodinamike pomembne predvsem za izboljšanje seizmotektonskih modelov in s tem boljše ocenjevanje potresne nevarnosti. Ključ ne besede: tektonika, geodinamika, prelom, ekstenziometer, Idrijski prelom, Uč ja Keywords: tectonics, geodynamics, fault, ekstensometer, Idija fault, Uč ja Idrijski prelom Idrijski prelom je geomorfološko najbolj izražen prelom v zahodni Sloveniji, ki je jasno viden na satelitskih in letalskih posnetkih ter na digitalnih modelih višin različ ne loč ljivosti. Prelom se lahko sledi v dolžini več kot 120 km od Furlanije v bližini Kaninskega pogorja na SZ do Gorskega Kotarja na Hrvaškem na JV (Buser, 1986). Povpreč na smer preloma je 310 o , naklon vpada pa 85 o (Atanackov et al., 2014). V južnem delu se ob njem nahaja več kraških polj poreč ja Ljubljanice, v severnem delu pa prelom poteka vzdolž dolin Idrijce, Kanomljice in Soč e. Zgodovina njegovega raziskovanja je zelo dolga (Č ar in Gosar, 2011), tudi zaradi pomena idrijskega rudišč a, saj je v geološki zgodovini bil del orudenja (Ljubevč ) ob Idrijskem prelomu odrezan in premaknjen na današnje mesto za okoli 2500 m. Na podlagi tega je Placer (1971), ob upoštevanju, da naj bi bil prelom star od 10 do 12 milijonov let, izrač unal, da je bila skozi celotno obdobje povpreč na hitrost premikov od 0,25 do 0,16 mm/leto, premik pa je poševen z navpič nim skokom 480 m (Placer, 1982). Novejše raziskave povezane s podrobnim kartiranjem za izdelavo geološke karte idrijsko-cerkljanskega ozemlja so pokazale, da izkazuje Idrijski prelom res poševni premik, ki pa je posledica dveh loč enih tektonskih dogajanj (Č ar, 2010). V srednjem miocenu pred 12 milijoni let, je bilo ozemlje pod vplivom moč nih nateznih sil in nastali so normalni prelomi v smeri SZ-JV in vpadom proti SV. Ob Idrijskem prelomu se je SV blok spustil za do 480 m. V novejšem č asu so se napetostni pogoji spremenili v kompresijske v približni smeri S-J in prelom se je reaktiviral v desnozmič nega. Pri tem so delno nastale nove prelomne trase, zaradi č esar je prelomna cona Idrijskega preloma zelo zapletena. Ponekod so vidni nespremenjeni odseki iz č asa normalnih premikov, drugod reaktivirane cone normalnih prelomov s horizontalnimi premiki in v veliki več ini najmlajše, skoraj navpič ne prelomne ploskve z znač ilnimi strukturami, ki nastajajo ob zmič nih prelomih (Č ar, 2010; Č ar in Gosar, 2011). V novejši razpravi Placer et al. (2010) ocenjujejo, da je navidezni premik ob Idrijskem prelomu na * Agencija RS za okolje, Urad za seizmologijo, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana, Slovenija in Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotheniška fakulteta, Aškerč eva 12, 1000 Ljubljana, Slovenija 32 Tolminskem okrog 10 km. Ker poteka Idrijski prelom več inoma vzdolž reč nih dolin ali kraških polj, je ob njem razmeroma malo izdankov primernih za podrobnejše tektonske analize. Najlepše je celotna prelomna cona razgaljena v dolini Uč je na skrajnem SZ, saj poteka preč no na smer preloma in prav na območ ju prelomne cone tvori manjši kanjon z navpič nimi stenami (Č ar in Pišljar, 1993). V njem so dobro vidne strukture zunanje in notranje prelomne cone. Z metodami tektonske geomorfologije na podlagi natanč nega digitalnega modela višin iz LiDARskega snemanja površja, so recentno kinematiko Idrijskega preloma v zadnjih letih raziskovali Moulin et al. (2014). Kasneje so uporabili še metode datiranja na podlagi izpostavljenosti izdankov kozmič nim žarkom (izotop 36 Cl) in ocenili povpreč no hitrost premikanja ob Idrijskem prelomu na 1,15 mm/leto za obdobje od poznega pleistocena (Moulin et al., 2016). V okviru seizmotektonske parametrizacije aktivnih prelomov Slovenije za izdelavo nove karte potresne nevarnosti so Atanackov et al. (2014) recentno hitrost premikanja ocenili na 1 mm/leto. Predpostavlja se, da je Idrijski prelom potresno dejaven, č eprav je število potresov zaznanih vzdolž njega razmeroma majhno (Živč ić et al., 2011). K nezanesljivosti seizmoloških opazovanj največ prispeva dejstvo, da so bile v preteklosti potresne opazovalnice, razen tiste na Vojskem, precej oddaljene, kar zmanjšuje natanč nost lociranja žarišč potresov. Na širšem območ ju okrog Idrijskega preloma je domnevno nastal t.i. idrijski potres leta 1511, ki je z ocenjeno magnitudo 6,8 najmoč nejši znan potres na območ ju Slovenije. Vendar pa je dejanska lokacija tega potresa še predmet raziskav (Fitzko et al., 2005), ki dopušč ajo da se je potres zgodil na zelo širokem območ ju v zahodni Sloveniji ali celo v Furlaniji. V novejšem č asu so med raziskavami najpomembnejše paleoseizmološke. V 20. stoletju sta se na širšem območ ju Idrijskega preloma zgodila dva moč na potresa, cerkniški leta 1926 in potres v Krnskem pogorju leta 1998 (Živč ić et al., 2011). Za slednjega je dokazano, da je nastal na Ravenskem desnozmič nem prelomu, ki poteka vzporedno z Idrijskim. Slika 1 – Geološka karta prelomne cone Idrijskega preloma v dolini Uč je. Pušč ica kaže lokacijo ekstenziometra TM 71. (avtor Igor Rižnar). Na območ ju doline Uč je je Idrijska prelomna cona široka okoli 750 m. V okviru projekta COST 625 3D monitoring of active tectonic structures jo je podrobno skartiral 33 Igor Rižnar (neobjavljeno) in izdelal strukturno-geološko karto (slika 1). Na tem območ ju je ozemlje pretežno zgrajeno iz zgornjetriasnega dachsteinskega apnenca. Nekoliko severno poteka glavni nariv Kaninskega pogorja proti jugu, v katerem je dachsteinski apnenec narinjen na kredni fliš (Buser, 1986). JZ od glavne prelomne ploskve v dolini Uč je je manjše območ je jurskega apnenca liasne starosti, v dnu samega kanjona pa na nekaj mestih izdanja kredni fliš. Notranja prelomna cona je široka okoli 260 m in obsega dva robna preloma, ter glavno in stransko prelomno ploskev. Na območ ju glavne prelomne ploskve nismo našli nobene primerne razpoke za meritve mikropremikov, saj poteka nekoliko zahodneje od zač etka samega kanjona. Zato pa stranska prelomna ploskev, ki poteka 70 m vzhodneje prek okoli 50 m visoke stene kanjona, predstavlja zelo izrazito razpoko (slika 2a), ki se je izkazala za najprimernejšo za namestitev ekstenziometra. Nizvodno je 50 m proti vzhodu še ena lepo razgaljena prelomna ploskev, na kateri drse jasno kažejo na subvertikalne premike (slika 2b). Ker pa se nahaja v najožjem deli kanjona, dostop do nje s težko vrtalno opremo, potrebno za namestitev ekstenziometra ni bil mogoč . Od zunanjih prelomnih con je širša tista na zahodni strani (okoli 350 m), ki sega do Srednje Uč je in je vzdolž samega toka reke v celoti v liasnem apnencu. Na vzhodni strani je zunanja preloma cona široka okoli 140 m in sega skoraj do naselja Žaga. Ta del je v celoti zgrajen iz dachsteinskega apnenca. Slika 2 – a) Razpoka v notranji prelomni coni Idrijskega preloma v dolini Uč je. Pušč ica kaže lokacijo ekstenziometra TM 71. b) Izdanek prelomne ploskve 50 m vzhodno od razpoke na sliki (a) z izrazitimi drsami, ki kažejo na subhorizontalne premike. 34 Meritve tektonskih premikov ob prelomih Ocene hitrosti recentnih premikov tektonskih blokov ob prelomih so zelo pomembne za razumevanje geodinamike in aktivne tektonike ter s tem za ocenjevanje potresne nevarnosti. Žal pa je na ozemljih za katere so znač ilne zmerne hitrosti tektonskih deformacij, med katerimi je tudi Slovenija, ustrezne meritve več inoma težko izvesti, še posebej, č e so za moč nejše prelome znač ilne razmeroma široke prelomne cone. Pri tem se uporabljajo metode terestič ne ali satelitske (GNNS) geodezije. Dokaj pogoste so ponavljajoč e se meritve vzdolž nivelmanskih vlakov (npr. vzdolž železniških prog), ki so navadno omejene na vertikalne deformacije, lahko pa merijo tudi horizontalne. Za zahodno Slovenijo so takšno analizo naredili Rižnar et al. (2007). Za natanč nejše analize aktivnosti posameznih prelomov, pa geodetskih meritev ne moremo opraviti kjerkoli ob prelomu, pač pa tam, kjer dobro poznamo strukturne razmere in kjer celotna prelomna cona ni preširoka. Na Idrijskem prelomu se ocenjuje, da je za terestič ne geodetske meritve primeren odsek med Dolenjo Trebušo in Kanomeljskim Razpotjem (Č ar in Gosar, 2011). V dolini Kanomljice je bila sicer leta 1977 že postavljena geodetska mreža s štirimi toč kami, vendar je žal bila opravljena le nič elna izmera, kasneje pa se meritve niso nikoli več ponovile (Kogoj, 1997), zato nimajo pomena za razumevanje geodinamike. Placer in Koler (2007) sta za geodetske spremljave aktivnih prelomnih con v Sloveniji predlagala vzpostavitev geodetskih mrež toč k postavljenih v prelomnih krilih izven prelomne cone in njihovo dolgoletno opazovanje. Premik prelomnih kril se bo odrazil z deformacijo geodetske mreže. Danes imajo metode satelitske geodezije več inoma prednost pred terestič nimi. Na območ ju zahodne Slovenije so se že izvedle nekatere raziskave s ponovljenimi GNNS meritvami, ki so podale vektorje premikov širšega območ ja (npr. Weber et al., 2010), žal pa je gostota toč k, ki so bile uporabljene v teh študijah več inoma premajhna, da bi omogoč ala tudi oceno premikov ob posameznih prelomih. Poleg GNSS meritev se za meritve vertikalnih premikov površja uporablja tudi InSAR (Synthetic Apperture Radar) metoda permanentnih sipalcev, ki je bila uporabljena tudi na širšem območ ju Julijskih Alp (Žibret et al., 2012). Ker pa v zahodni Sloveniji prevladuje zmič na tektonika s horizontalnimi premiki ob prelomih, so za geodinamske namene meritve le vertikalnih premikov premalo. Metoda InSAR omogoč a tudi ugotavljanje premikov, ki se zgodijo naenkrat ob zelo moč nih potresih, saj lahko z njo zelo natanč no primerjamo relief pred in po potresu. Velika prednost InSAR meritev je, da je vedno na voljo dolgoleten niz meritev za naknadno primerjavo in analizo, tudi ko se zgodi moč an potres, saj nam pri terestič nih in GNNS meritvah pogosto manjkajo predhodne referenč ne meritve. Na povsem drugi strani kot satelitska geodezija pa so meritve mikropremikov ob posameznih prelomnih ploskvah ali razpokah znotraj prelomnih con (Stemberk et al., 2003), ki so opisane v tem prispevku. Z njimi lahko ugotovimo aktivnost posamezne prelomne ploskve, kar je lahko pomembno dokazovanje aktivnosti prelomov, ne moremo pa oceniti deformacije prek celotne prelomne cone. Ekstenziometer TM 71 TM 71 je mehanski ekstenziometer (slika 3) namenjen namestitvam na razpoke za merjenje relativnih mikro-premikov med dvema blokoma, ki ju razpoka loč uje. Deluje na principu mehanske interference - Moire optič ni uč inek. Premiki se izmerijo s pomoč jo interferenč nega vzorca (Košt'ak, 1991), ki ga oblikujeta optič ni mreži vgravirani na dveh steklenih plošč icah, ki se medseboj premakneta. Inštrument podaja premike v treh smereh in sicer vektor premika v dveh medseboj pravokotnih ravninah (vodoravna in navpič na) in 35 kotne spremembe oziroma rotacijo. Obč utljivost merilnega sistema je 0,05-0,0125 mm v vseh treh prostorskih koordinatah in 3,2 10 -4 rad pri kotnih spremembah (Stemberk et al., 2003; Stemberk et al., 2010). Glavna prednost tega popolnoma mehanskega inštrumenta je, da nima električ nih komponent in je zato zelo robusten za delovanja v zahtevnih pogojih na prostem in tako primeren za dolgoletno opazovanje premikov. Pomankljivost pa je, da zahteva roč no odč itavanje, kar pa se na nekaterih lokacijah (predvsem v kraških jamah) v novejšem č asu rešuje z avtomatiziranim fotografiranjem interferenč nega vzorca v izbranem č asovnem intervalu (Briestensky et al., 2010; Šebela et al., 2009). Ekstenziometer TM 71 so razvili na Inštitutu za strukturo kamnin in mehaniko Č eške akademije znanosti v Pragi (Košt'ak, 1977) in ga tudi patentirali. Danes je po celem svetu namešč enih že skoraj 300 teh inštrumentov. Poleg meritev aktivnih tektonskih premikov, se uporabljajo tudi v inženirski geologiji za spremljanje stabilnosti kamninskih blokov in morebitnega plazenja. Slika 3 – Ekstenziometer TM 71 za meritve mikro-premikov v treh smereh. Meritve tektonskih mikro-premikov v dolini Uč je Po podrobnem pregledu celotnega dostopnega dela prelomne cone Idrijskega preloma v dolini Uč je, smo za namestitev ekstenziometra kot najbolj primerno izbrali izrazito razpoko v zač etnem delu kanjona v okoli 50 m visoki steni, ki je obrnjena proti jugu. Razpoka poteka vzdolž celotne stene, namestitev pa smo izvedli v njenem vznožju na vrhu podornega stožca grušč natega materiala (sliki 2 in 4). Na tem območ ju je prišlo do skalnih podorov tako ob potresu 1976 v Furlaniji, kot v manjšem obsegu tudi ob potresu 1998 v Krnskem pogorju. Namestitev ekstenziometra TM 71 je novembra 2004 izvedla usposobljena ekipa Inštituta za strukturo kamnin in mehaniko Č eške akademije znanosti iz Prage (Šebela et al., 2005; Gosar et al., 2007). Že sam transport vrtalne opreme do delovišč a je predstavljal velik izziv, saj je bilo za spust v sam kanjon in preč kanje reke potrebno uporabiti vrvno tehniko. Zaradi konfiguracije razpoke je v zahodnem bloku jeklen drog sidran v dveh toč kah, ne vzhodnem bloku pa v eni sami (slika 4). Za zagotovitev trajnosti namestitve je zelo pomembno, da se inštrument nahaja pod manjšim previsom, ki ga šč iti pred padajoč im kamenjem. Tega je zaradi zmrzali in drugih dejavnikov precej, kar dokazuje nenehno višanje nasipnega stožca grušč a. Ob namestitvi se je inštrument nahajal okoli 1 m nad tlemi (slika 4), danes pa je zaradi nasipanja praktič no že na samih tleh in ja obč asno potrebno del grušč a celo odstraniti. 36 Slika 4 – Levo: fotografija namešč enega ekstenziometra na razpoki v Idrijski prelomni coni. Desno: skica namestitve z ugotovljenim premikom. Ekstenziometer TM 71 nepretrgoma beleži premike že 14 let od novembra 2004 do konca leta 2018, ker je dovolj dolgo obdobje, da je mogoč e sklepati na reprezentativnost v daljšem obdobju. V prvih letih smo izvajali odč itke na 3-4 mesece, kasneje pa na 6-12 mesecev (Gosar et al., 2009; Gosar et al., 2011). Seveda bi bilo zaželjeno nadaljevati s pogostejšim odč itavanjem, vandar je zaradi velike oddaljenosti od Ljubljane to težko zagotoviti. Po drugi strani pa se kaže dovolj jasen in konsistenten trend premikov tudi iz redkejših odč itkov. V primeru izrazitejše potresne dejavnosti na tem območ ju, pa bomo frekvenco odč itovanja poveč ali, saj bi nam to omogoč ilo analizo morebitne korelacije premikov in potresov. Rezultati meritev (slika 5) kažejo predvsem sistematič ni trend horizontalnih premikov (y-os) in zelo majhne premike v navpič ni smeri (z-os). To se ujema s tem, da je Idrijski prelom danes predvsem zmič en prelom z le majhno vertikalno komponento. To vemo iz geoloških podatkov, saj se v novejšem obdobju na prelomu ni zgodil tako moč an potres, da bi lahko zanj izrač unali žarišč ni mehanizem ali celo podrobno analizo koseizmič nih zdrsov ob prelomni ploskvi, kar je mogoč e le za moč ne potrese. Takšne analize so bile narejene za potresa 1998 in 2004 v Krnskem pogorju, kjer žarišč ni mehanizmi kažejo na skoraj č isti desni zmik ob Ravenskem prelomu, z le manjšo vertikalno komponento (Živč ić et al., 2011). Ker sta Ravenski in Idrijski prelom vzporedna in se nahajata v enakem napetostnem ražimu (kompresija v smeri približno sever-jug), lahko sklepamo, da so tudi na Idrijskem prelomu recentni premiki predvsem desnozmič ni. To pa ne velja nujno za vse razpoke znotraj široke prelomne cone. Tako kažejo meritve z ekstenziometrom v dolini Uč je na razpoki, ki je vzporedna glavni prelomni ploskvi, na skoraj č isti levi zmik. Č eprav je to morda presenetljiv rezultat, razprava o njem zaenkrat ni mogoč a, dokler ne bomo imeli na razpolago drugih terestič nih ali satelitskih geodetskih meritev v takšni gostoti toč k in dovolj dolgim nizom, da bodo nedvoumno ugotovljeni recentni premiki med blokoma, ki ju loč uje celotna prelomna cona Idrijskega preloma, kakor tudi morebitne premike med manjšimi bloki znotraj prelomne cone. Lokalne permutacije smeri napetosti znotraj kompleksno zgrajene prelomne cone, zaradi katere prihaja do neenakih premikov posameznih blokov, so vedno možne in lahko pojasnijo leve zmike ob posamezni razpoki znotraj nje. Povpreč na hitrost levega zmikanja v prvih desetih letih (2004-2014) je 0,21 mm/leto (slika 5). V prvih desetih mesecih po postavitvi je bila hitrost zmikanja še bistveno več ja (y=+0,54 mm/leto). Sledila je anomalna vrednost odč itka na zač etku leta 2006. Č eprav ni dokazov, je ta izstopajoč a vrednost verjetno posledica kakšnega mehanskega vpliva na 37 inštrument, ki bi ga lahko povzroč ilo padajoč e kamenje, led ali podobno. Tako sklepamo tudi zato, ker se je z naslednjimi odč itki, ta anomalija popolnoma odpravila. V prvih 2,5 letih je bila povpreč na hitrost premikov 0,31 mm/leto, v prvih šestih letih pa 0,24 mm/leto. To sicer kaže na postopno zmanjševanje hitrosti premikov s č asom. Kaj bi lahko bil temu razlog seveda ni znano. Dejstvo pa je, da se je 12.7.2004 v Krnskem pogorju na oddaljenosti 10-12 km od Uč je zgodil moč an potres z navorno magnitudo 5,2, ki je imel zaradi prenosa napetosti dolgotrajnejši vpliv na napetostno polje tudi na sosednjih prelomih (Ganas et al., 2008). Ta potres pa se je zgodil le pet mesecev pred namestitvijo ekstenziometra. Kasneje pa ves č as opazovanja, na tem območ ju ni bilo več nobenih moč nih potresov, ki bi presegli magnitudo 3,5. V č asu med sredino 2014 in sredino 2016 smo izmerili zmanjšano hitrost premikov na 0,08 mm/leto. Č e vzamemo celotno 12-letno obdobje opazovanj med 2004 in 2016, je povpreč na hitrost premikov 0,18 mm/leto. Slika 5 – Premiki (zgoraj) in kotne deformacije (spodaj) izmerjeni s TM 71 na Idrijskem prelomu. +x zapiranje razpoke, +y levo horizontalno zmikanje, +z spušč anje JZ bloka. 38 Na navpič ni osi (z-os) smo v prvih šestih letih opazovanja izmerili zelo stabilno pozitivno hitrost premikov +0,06 mm/leto, ki pomeni relativno spušč anje JZ bloka glede na SV blok (slika 5). Hitrost se po letu 2010 zmanjša in za celotno 12-letno obdobje je hitrost premikov le +0,03 mm/leto. Prevladujoč a zmič na tektonika, s podrejeno vertikalno komponento premikov je prič akovana. Vodoravna x-os, usmerjena preč no na razpoko, ki odraža odpiranje ali zapiranje razpoke, kaže le sezonske spremembe, ki več inoma zelo dobro korelirajo z izmerjenemi temperaturami v č asu meritev (sliki 5 in 6). Pozitivne vrednosti (kompresija) sovpadajo z višjimi temperaturami v poletnih mesecih in negativne vrednosti (ekstenzija) z nižjimi temperaturami v zimskih mesecih. Izmerjeni premiki ne presegajo 0,2 mm. Kotne deformacije (rotacije) v obeh ravninah so majhne in na dolgi rok ne kažejo kakšnih sistematič nih trendov (slika 5). V xz ravnini so največ +0,4 π /200 in v xy ravnini največ -0,2 π /200. Največ ji odkloni v xz ravnini so bili v letih 2007, 2009 in 2009, vendar so se vedno vrnili v prejšnje stanje. Vzroki zanje niso znani. Slika 6 – Korelacija med temperaturnimi spremembami in odpiranjem (-x ekstenzija) ali zapiranjem (+x kompresija) razpoke na Idrijskem prelomu. Zaključ ek Meritve premikov ob razpoki v notranji prelomni coni Idrijskega preloma v dolini Uč je kažejo na njegovo recentno aktivnost. Premiki v celotnem obdobju opazovanja so konsistentni, č eprav se hitrost premikanja s č asom nekoliko manjša, kar je verjetno povezano s poveč animi napetostmi v zač etnem obdobju opazovanja po moč nem potresu leta 2004 v Krnskem pogorju. Prevladujejo levozmič ni premiki s povpreč no hitrostjo 0,21 mm/leto, medtem ko je vertikalna komponenta premikov podrejena s hitrostjo 0,06 mm/leto. Za izmerjene leve premike znotraj sicer desnozmič nega preloma, lahko le domnevamo, da so posledica permutacije smeri napetosti znotraj kompleksne in zelo široke prelomne cone. Izmerjene hitrosti premikov lahko le generalno primerjamo z geološko ocenjenimi premiki, ki za 10-12 milijonov let znašajo 0,25 do 0,16 mm/leto (Placer, 1971). Na podlagi tektonske geomorfologije in datiranja na podlagi izpostavljenosti izdankov kozmič nim žarkom pa je hitrost premikov ob Idrijskem prelomu za obdobje od poznega 39 pleistocena ocenjena na 1,15 mm/leto (Moulin et al., 2016). GNNS meritve v zahodni Sloveniji sicer kažejo na premike ozemlja v smeri proti severu velikostnega reda 2-3 mm/leto (Weber et al., 2010). Z njimi povezane deformacije ozemlja pa so razporejene prek številnih prelomov dinarske smeri (Moulin et al., 2016). Kljub intenzivnim raziskavam aktivne tektonike Dinarskega prelomnega sistema v zadnjem obdobju, ki segajo od tektonske geomorfologije, paleoseizmologije in satelitske geodezije, bi jih bilo torej potrebno nagraditi predvsem s sistematič nimi in dolgoletnimi meritvami terestič ne in satelitske geodezije v dobro izbrani in dovolj gosti mreži merskih toč k lociranih zunaj cone Idrijskega preloma (Placer in Koler, 2007). Realni podatki o recentni hitrosti premikov ob Idrijskem in drugih dinarskih prelomih v zahodni Sloveniji, so poleg geodinamike zelo pomembni za izboljšanje seizmotektonskih modelov in s tem boljše ocenjevanje potresne nevarnosti na tem potresno zelo izpostavljenem območ ju. Zahvala Postavitev ekstenziometra TM 71 je bila izvedena v okviru projekta COST 625 3D monitoring of active tectonic structures, ki ga je vodil Inštitut za strukturo kamnin in mehaniko Č eške akademije znanosti iz Prage. Avtor se zahvaljuje Josefu Stemberku, Blahoslavu Košt'aku in Stanki Šebela (ZRC SAZU IZRK) za ves trud pri vzpostavitvi monitoringa mikro-premikov v Sloveniji in Milošu Briestensky za vzdrževanje inštrumentov v zadnjih letih. Zahvaljujem se tudi Igorju Rižnarju za izdelavo geološke karte prelomne cone Idrijskega preloma v dolini Uč je na sliki 1. Literatura Atanackov, J., Bavec, M., Celarc, B., Jamšek Rupnik, P., Jež, J., Novak, M., Milanič , B. (2014). Seizmotektonska parametrizacija aktivnih prelomov Slovenije. 1. del. Geološki zavod Slovenije, Ljubljana. Briestenský, M., Košť ák, B., Stemberk, J., Petro L., Vozár, J., Fojtíková, L. (2010). Active tectonic fault microdisplacement analyses: a comparison of results from surface and underground monitoring in western Slovakia. Acta Geodyn. Geomater., 7/4, 387-397. Buser, S. (1986). Osnovna geološka karta SFRJ 1 : 100.000, lista Tolmin in Videm. Zvezni geološki zavod, Beograd. Č ar, J., Pišljar, M. (1993). Presek Idrijskega preloma in potek doline Uč je glede na prelomne strukture. Rudarsko-metalurški zbornik, 40/1-2, 79-91. Č ar, J. (2010). Geološka zgradba idrijsko-cerkljanskega hribovja. Tolmač h Geološki karti idrijsko- cerkljanskega hribovja med Stopnikom in Rovtami v merilu 1 : 25 000. 1-127, Geološki zavod Slovenije, Ljubljana. Č ar, J., Gosar, A. (2011). Idrijski prelom in premiki ob njem. Idrijski razgledi, 56/1, 105-118. Fitzko, F., Suhadolc, P., Aoudia, A., Panza, G.F. 2005. Constraints on the location and mechanism of the 1511 Western-Slovenia earthquake from active tectonics and modeling of macroseismic data. Tectonophysics, 404, 77-90. Gosar, A., Šebela, S., Košť ák, B., Stemberk, J. (2007). Micro-deformation monitoring of active tectonic structures in W Slovenia. Acta Geodyn. Geomater., 4/1, 87-98. Gosar, A., Šebela, S., Košť ák, B., Stemberk, J. (2009). Surface versus underground measurements of active tectonic displacements detected with TM 71 extensometers in western Slovenia. Acta Carsologica, 38/2-3, 213-226. Gosar, A., Šebela, S., Košť ák, B., Stemberk, J. (2011). On the state of the TM71 extensometer monitoring in Slovenia: Seven years of micro-tectonic displacement measurements. Acta Geodyn. Geomater., 8/4, 389-402. 40 Ganas, A., Gosar, A., Drakatos, G., (2008). Static stress changes due to the 1998 and 2004 Krn Mountain (Slovenia) earthquakes and implications for future seismicity. Nat. Hazards Earth. Syst. Sci., 8/1, 59-66. Kogoj, D. (1997). Geodetske meritve stabilnosti tal ob tektonskih prelomih na območ ju Slovenije. Novejši dosežki na področ ju geodezije in geofizike v Sloveniji - zbornik predavanj. SZGG, 133- 144. Košť ák, B. (1977). Terč ové mĕř idlo TM-71 a jeho užití pro mĕř ení velmi pomalých pohybů na poruchách a trhlinách. Inž. Stavby, 25, 5, 213-218. Košť ák, B. (1991). Combined indicator using Moire technique. Proc. 3rd int. symp. on field measurements in geomechanics. Oslo, 53-60. Moulin, A., Benedetti, L., Gosar, A., Jamšek Rupnik, P., Rizza, M., Bourles, D., Ritz, J.F. (2014). Determining the present-day kinematics of the Idrija fault (Slovenia) from airborne LiDAR topography. Tectonophysics, 628, 188-205. Moulin, A., Benedetti, L., Rizza, M., Jamšek Rupnik, P., Gosar, A., Bourles, D., Keddadouche, K., Aumaitre, G., Arnold, M., Guillou, V., Ritz, J.-F. (2016). The Dinaric fault system: Large-scale structure, rates of slip, and Plio-Pleistocene evolution of the transpressive northeastern boundary of the Adria microplate. Tectonics, 35, 2258-2292. Placer, L. (1971). Nekaj osnovnih podatkov o idrijskem prelomu. Idrijski razgledi, 16/1, 51-56. Placer, L. (1982). Tektonski razvoj idrijskega rudišč a. Geologija, 25/1, 7-94. Placer, L., Koler, B. (2007). Predlog geodetske spremljave aktivnih prelomnih con. Geologija, 50/2, 445-454. Placer, L., Vrabec, M., Celarc, B. (2010). The bases for understanding of the NW Dinarides and Istria Peninsula tectonics. Geologija 53/1, 55-86. Rižnar, I., Koler, B., Bavec, M. (2007). Recent activity of the regional geologic structures in western Slovenia. Geologija, 50, 1, 111-120. Šebela, S., Gosar, A., Košť ák, B., Stemberk, J. (2005). Active tectonic structures in the W part of Slovenia - setting of micro-deformation monitoring net. Acta Geodyn. Geomat., 2/1, 45-57. Šebela, S., Turk, J., Mulec, J., Košť ák, B., Stemberk, J. (2009). Statistical evaluation of the 3D monitoring of displacements of Dinaric Fault Zone in Postojna Cave, Slovenia. Acta Geodyn. Geomater., 6/2, 163-176. Stemberk, J., Koštak, B., Vilimek, V. (2003). 3D monitoring of active tectonic structures. J. of Geodynamics, 36/1-2, 103-112. Stemberk, J., Košť ák, B., Cacon, S. (2010). A tectonic pressure pulse and geodynamic activity recorded from long-term monitoring of faults in Europe. Tectonophysics, 487/1-4, 1-12. Weber, J., Vrabec, M., Pavlovč ič - Prešeren, P., Dixon, T., Jiang, Y., Stopar, B. (2010). GPS- derived motion of the Adriatic microplate from Istria Peninsula and Po plain, and geodynamic implications. Tectonophysics, 483, 214-222. Žibret, G., Komac, M., Jemec Auflič , M. (2012). PSInSAR displacements related to soil creep and rainfall intensities in the Alpine foreland of western Slovenia. Geomorphology, 175-176, 107- 114. Živč ić , M., Č arman, M., Gosar, A., Jesenko, T., Zupanč ič , P. 2011. Potresi ob Idrijskem prelomu. Idrijski razgledi, 56/1, 119-126. 41 Avtomatizacija procesov za sprotno ocenjevanje vpliva nuklearne elektrarne na okolico Marija Zlata Božnar * , Primož Mlakar * , Boštjan Grašič * , Borut Breznik ** , Juš Kocijan *** Povzetek V č lanku opisujemo komponente Okoljskega ekspertnega sistema Nuklearne elektrarne Krško (NEK). NEK uporablja sistem za izrač un doz prebivalcev zaradi rednih neznatnih izpustov radionuklidov iz NEK v ozrač je in za hipotetič ne nezgodne dogodke. Popisujemo predvsem to, kako so posamezne komponente povezane v avtomatsko delujoč sistem, ki vse meritve in izrač une izvede sprotno v realnem č asu. Zbiranje meritev in izrač uni delujejo avtomatsko v desetminutnih ali polurnih intervalih in to vse dni v letu. Opisani sistem je kompleksen in za več desetletno dolgoroč no dobro delovanje zahteva najprej vsebinsko več nivojsko vzdrževanje in predvsem sprotno redno uporabo ter nadgrajevanje. Ključ ne besede: avtomatizacija, okoljski merilni sistem, ekspertni sistem, soč asno sprotno izvajanje, meritve, ocena doz prebivalstva Key words: automatization, environmental measuring system, expert system, simultaneous online running, measurements, population dose estimation Uvod Nuklearna elektrarna Krško (NEK) zgledno skrbi za oceno svojega vpliva na okolico. Ob normalnem obratovanju nuklearne elektrarne je njen radiološki vpliv na okolico zelo majhen v primerjavi z vplivom, ki ga imajo na prebivalstvo naravna ionizirajoč a sevanja in sevanja umetnih radionuklidov, ki ne izvirajo iz NEK. Za oceno vpliva NEK na okolico se redno izvajajo vzorč enja in analize vode, zemlje, zraka in hrane. Vpliv pa ocenjujemo tudi z uporabo modelov, tako ob normalnem obratovanju kot v primeru pripravljenosti na morebitni izredni dogodek z izpusti radionuklidov v ozrač je. V NEK tak izrač un lahko kadarkoli izdela usposobljen operater z uporabo programa DOZE (Mlakar et al., 2015, Breznik et al., 2018) delujoč ega v okolju Ekspertnega okoljskega sistema NEK. To pomeni, da za področ je 25 km x 25 km s središč em v NEK lahko za tekoč i, pretekli ali prihodnji č as do 7 dni vnaprej oceni doze prebivalstva glede na lokacijo bivanja in glede na merjeno, ocenjeno ali predvideno emisijo radionuklidov iz NEK v ozrač je. Z izjemo nekaj konč nih korakov in odloč itev, ki jih mora vnesti operater, je vsa priprava zahtevanih podatkov za izrač un doz v največ ji možni meri avtomatizirana. Č e izrač unavamo dozo prebivalca na osnovi meritve v izbrani vasi na eni lokaciji, potem je izrač un preprost in ga ob znanih konstantah (doznih pretvorbenih faktorjih) lahko izrač unamo celo »peš na papirju« ali pa z ustreznim programom za obdelavo razpredelnic kot je naprimer Excel. Ko pa preidemo na izrač une za ploskovno področ je ali pa celo želimo izrač un vnaprej, ki bo temeljil le na predvideni emisiji iz NEK, pa potrebujemo: najprej tridimenzionalni meteorološki popis stanja atmosfere, potem ustrezen model za disperzijo, ki omogoč a izrač un koncentracij radionuklidov v ozrač ju v okolici vira in na osnovi tega izrač un doze * MEIS storitve za okolje, d.o.o., Mali Vrh pri Šmarju 78, SI-1293 Šmarje-Sap, Slovenija ** Nuklearna elektrarna Krško, Vrbina 12, 8270 Krško,Slovenija *** Institut Jožef Stefan, Jamova 39, SI-1000 Ljubljana, Slovenija in Univerza v Novi Gorici, Vipavska cesta 13, SI-5000 Nova Gorica, Slovenija 42 sevanja iz oblaka, doze zaradi inhalacije radionuklidov, doze zaradi sevanja iz depozicije in kombinacije teh doz (efektivne doze). Vse to pa ne gre več z roč nim izrač unom, neuporaben pa postane tudi program za razpredelnice, ker nima na voljo posebnih namenskih vmesnikov za dostop do več dimenzionalnih baz podatkov, ki so kodirane v nestandardiziranih formatih in stisnjene (kompresirane). V č lanku bomo razložili kako potekajo ključ ni koraki za pripravo avtomatsko zbranih podatkov, ki operaterju prihranijo zamudno delo in omogoč ijo zanesljiv izrač un doz z uporabo kar največ vnaprej zbranih podatkov. Ključ ne komponente in podatki, ki smo jih avtomatizirali do največ je možne mere, so: • Ocena planirane ali potencialne emisije radionuklidov (rednega izpusta ali nezgodnega izpusta (na osnovi ocene nesreč e v reaktorju), • Ocena poteka širjenja onesnaženja v ozrač ju na osnovi, meteoroloških meritev ali numerič nih vremenskih napovedi, rekonstrukcije vremenskega dogajanja in ustreznega modela za disperzijo onesnaževal v ozrač ju. • Zbiranje vseh krajevno in č asovno porazdeljenih podatkov v namenski bazi (krajevno tridimenzionalno in ploskovni meteorološki in disperzijski izrač uni, linijske meritve vertikalnega profila vetra in temperatur, toč kovne meritve osnovnih meteroloških parametrov, pri č emer se vsi podatki potem še č asovno spreminjajo). • Avtomatska priprava vseh podatkov iz baze v program »DOZE« za č asovni interval in situacijo, ki ju izbere operater. • Matematič no fizikalni izrač un doz prebivalcev, za talno področ je okoli NEK. • Prikaz rezultatov z namenskim prilagojenim GIS orodjem in z dodatnimi orodji za pregled in analizo. Opis ključ nih znač ilnosti posameznih komponent sistema V tem poglavju bomo opisali ključ ne komponente Okoljskega ekspertnega sistema NEK. Sistem je prikazan na Sliki 1. Slike 2 do 4 prikazujejo obdelane rezultate zahtevnejših meritev, Slika 5 pa primer izrač unanih doz prebivalstva. 43 Slika 1 ˗ Okoljski ekspertni sistem NEK, posamezne komponente so prikazane slikovno ali shematsko, s pušč icami pa so nakazane zgolj najbolj bistvene povezave in pretoki podatkov Ocena emisije ob rednem izpustu ali ob nezgodnem izpustu Emisija radionuklidov je vsota aktivnosti posameznih vrst radionuklidov, ki so spušč eni v ozrač je. Ob rednem delovanju NEK je izpušč enih snovi zelo malo. Predpisi pa zahtevajo, da se vseeno izrač una posledič no dozo prebivalcev. Varnostni predpisi za nuklearne elektrarne pa nadalje zahtevajo, da se vnaprej preigra vse možne nesreč e (na primer moč ne potrese, izjemne poplave, itd, vse kar je bolj verjetno kot padec kometa na Zemljo) V program DOZE smo vgradili posebne postopke, ki operaterju omogoč ajo oceno emisije ob potencialni nesreč i. Sistem avtomatsko pripravi podatke, ki jih operater potrebuje za te postopke (od meteorologije do radioloških podatkov in stanja reaktorja). Opis teh postopkov zelo presega ta č lanek in je na voljo v literaturi (Mlakar et al., 1997, Breznik et al., 2003, Mlakar et al., 2014, Breznik et al., 2018). Od okoljske avtomatske meteorološke meritve do podatka v urejeni bazi Roč na ali pol avtomatska meritev na primer temperature zraka ali zrač nega pritiska za znanstveni eksperiment je nač eloma skoraj trivialna zadeva. Izberemo ustrezen merilnik, 44 ga odnesemo na izbrano lokacijo, vključ imo izvajanje meritve in po določ enem č asu iz spominskega medija merilnika prenesemo zbrane meritve na svoj rač unalnik in jih obdelamo na primer v Excelu. Popolnoma druga zgodba pa je krajevno porazdeljen avtomatsko v sprotnem nač inu prenosa podatkov delujoč merilni sistem. V tem primeru moramo poskrbeti za ustrezno fiksno namestitev rač unalniške enote merilnika in samega senzorja, primerno energetsko oskrbo, ustrezno komunikacijsko linijo in potem programsko opremo, ki samostojno v predpisanih intervalih zbira najprej posamezne vzorce (naprimer vsako sekundo), iz teh periodič no izrač unava statistič no obdelane podatke na primer vsake pol ure in jih potem prenese preko komunikacijske linije v oddaljeni center. V taki oddaljeni centralni enoti pa mora biti najprej izdelana (opredeljena in nastavljena) ustrezna baza za vsako lokacijo, za krajevno porazdeljene podatke (na primer meritev temperature z enim senzorjem je toč kovna, ploskovni rezultat pa je na primer rezultat efektivne doze za talni nivo), ki se potem še č asovno spreminjajo v predpisanih enakomernih ali pa neenakomernih intervalih. Največ ji izziv pri takih okoljskih bazah je hkratna obravnava zelo različ nih vrst meritev, komunikacij in dimenzij podatkov, ki jih moramo za resno uporabo še sproti avtomatsko statistič no obdelati in avtomatsko kontrolirati (kontrole za smiselnost izvedene meritve, kontrole merilnih pogojev...). V okoljskem sistemu NEK tako avtomatsko zbiramo meritve iz 4 več jih in dveh manjših talnih meteoroloških postaj, meritve profila vetra s SODARjem in dodatno še profila temperature (kar se potem skupaj imenuje RASS) na eni lokaciji ob NEK (od 0 m do 500 m vertikalno nad kotlino). Vsi podatki se sproti avtomatsko kontrolirajo in uvrstijo v več baz na različ nih lokacijah (redundanca), kjer je potem vsaka baza na voljo svojemu krogu pooblašč enih uporabnikov. Meteorološka napoved namesto meritev za prerač une za č ase v prihodnosti (do 7 dni) Č e želimo vnaprej predvideti razvoj radiološkega dogodka z izpustom v ozrač je, moramo nujno vedeti, kakšno bo vreme v bližnji prihodnosti. Zato je zadolžena posebna prav tako v celoti avtomatizirana komponenta Izrač un numerič ne vremenske napovedi v fini krajevni in č asovni resoluciji (Mlakar et al., 2015). Tudi vremenske modele lahko zaženemo roč no in roč no predpripravimo vhodne datoteke z zač etnimi in robnimi pogoji. V Okoljskem Ekspertnem sistemu NEK pa smo poskrbeli za popolnoma avtomatizirano periodič no izvajanje izrač una vremenske napovedi. To pomeni, da ustrezna programska oprema vsak dan enkrat na dan poskrbi za to izvedbo izrač unavanja. Naši namensko izdelani programi morajo zaporedoma vsakič izvesti naslednje vsebinsko zelo različ ne naloge: najprej se morajo povezati na strežnik, kjer so na voljo sveže globalne vremenske napovedi (uporabljamo podatke iz ZDA, »GFS«), po protokolu prenesemo zgolj podatke za našo ciljno področ je (širši okoliš Slovenije), potem zaženemo WRF vremenski model, prestrežemo njegove izrač une, izrač un več krat gnezdeno ponovimo, da pridemo do krajevne resolucije celice 2 km za področ je Krškega s širšo okolico). Iz konč nega rezultata s posebnim programom preberemo rezultate, ki nam nadomestijo meritve in jih uvrstimo v namensko izdelano bazo, podobno kot sicer naredimo z meritvami. Ker so v celotni verigi izrač una tako dimenzije kot formati podatkov zelo različ ni, smo morali izdelati svoje namenske programe za vse pretvorbe, ki nam na koncu omogoč ajo uporabo meritev ali napovedi na skoraj enak nač in. 45 Ponazoritev dogajanja v atmosferi Naslednji skupek naših namenskih programov za izbrani č asovni interval prebere iz baze podatke o meteoroloških meritvah (diagnostič en nač in) ali nadomestne podatke iz meteorološke napovedi (prognostič en nač in) in zažene masno konsistentni model za veter ter meteorološki predprocesor, ki v resoluciji, ki je skoraj 10 x krajevno bolj podrobna od tiste pri vremenski napovedi, ponazorita tridimenzionalna polja vetra, temperatur, ploskovno polje globalnega sonč nega obseva in še številne druge spremenljivke. Rezultate seveda avtomatsko zapišemo v ustrezno novo namensko bazo. Slika 2 ˗ RASS izmerjen profil temperatur po višini in č asu (zgoraj) in izrač unani profil za isto obdobje iz naše vremenske napovedi izdelane z WRF programom (spodaj) – primer krajevno linijskega podatka prikazanega še po č asovni dimenziji 46 Slika 3 ˗ Globalni sonč ni obsev za izbrani č asovni interval - primer ploskovnega vmesnega rezultata za en č asovni interval Slika 4 ˗ SODAR izmerjen profil vetra po višini in č asu (zgoraj) in izrač unani profil za isto obdobje iz naše vremenske napovedi izdelane z WRF programom (spodaj) – primer kompleksno sestavljenega podatka - krajevno linijski podatek prikazan še po č asovni dimenziji (od tega pa je vsaka komponenta dodatno tridimenzionalni vektor vetra za vsak izbrani nivo) 47 Avtomatski izrač un disperzije v ozrač ju V to izrač unano tridimenzionalno meteorološko polje, pa naslednji skupek kontrolnih programov in program za izrač un disperzije vnesejo normirano enotsko emisijo iz več ih možnih različ nih izpustnih odprtin NEK in potem to hipotetič no emisijo porazdelijo po okolici glede na to kakšna sta transport z vetrom in redč enje v atmosferi v odvisnosti od izrač unanega meteorološkega polja. V NEK za disperzijski model uporabljamo numerič ni Lagrangeev model delcev, ki z validacijami dokazano daje ene najboljših ujemanj rezultatov z dejanskim stanjem nad zelo kompleksnim terenom kakršen je v Sloveniji. Rezultati so polja relativnih koncentracij (razredč itvenih koeficientov X/Q, C/Q ali D/Q, glede na to ali obravnavamo koncentracije, sevanje iz oddaljenega oblaka ali pa depozicijo). Izrač une izdelujemo prostorsko, v bazo pa zapisujemo konč ne rezultate ploskovno pri tleh, č asovno pa v korakih po pol ure, tako za diagnostič ne kot za prognostič ne prerač une. Posebej pomembna v celotnem sistemu je inovativna kontrolna komponenta. Izdelali smo namenski program, ki za vsak izrač un avtomatsko preveri ali so na voljo vsi predpisani vhodni podatki ali pa kateri izpadejo (na primer ne deluje SODAR) in potem kar z lahko razumljivo šolsko oceno od 1 – 5 oceni kvaliteto rezultata, ki je operaterju vodilo koliko sme zaupati posameznemu izrač unu. Tudi za vse te ploskovne baze smo izdelali programe, ki rezultate preberejo in prevedejo v formate nujne za konč ni izrač un doz s programom DOZE. Baza ploskovnih polj relativnih koncentracij in konč ni izrač un doz ter prikaz v namenskem »GIS« programu Kot je opisano v prejšnjem podpoglavju posebni programi poskrbijo, da se za vsak polurni interval (na dva nač ina, diagnostič no ali prognostič no) avtomatsko pripravi vse vhodne podatke, izrač una disperzijo v ozrač ju za več potencialnih možnih virov emisij, da se potem rezultati (relativne koncentracije) prekontrolirajo in zapišejo v namensko bazo (Mlakar et al., 2019). Ta del Okoljskega Ekspertnega sistema je pravzaprav ključ ni povezovalni del, ki iz meritev na terenu ali iz prognoze vremena poskrbi za pretvorbo »ponazoritve atmosferskega dogajanja« v izrač un relativnih koncentracij za vsako od talnih 250 m x 250 m velikih celic za okolico NEK. Za vsako od teh celic imamo tako na voljo vse podatke za vsak polurni č asovni interval za preteklost ali do 7 dni vnaprej, ki jih program »DOZE« na zahtevo operaterja za izbrani č asovni interval pobere iz namenske baze in v ozadju programa DOZE zopet avtomatsko uporabi za izrač un vseh vrst doz, ki jih mora pregledati operater. Operater se tako najprej odloč i za kateri č asovni interval želi pregledati posledice morebitnih izpustov v okolici. Potem pa sledi izrač un doz za izbrane pogoje. Največ ji izziv poleg samih algoritmov programa DOZE nam je bil konceptualen razvoj komunikacijskih baznih in prikazovalnih ter analiznih programov, ki hkrati uporabljajo tako zelo različ ne podatke kot so to na primer: • podatek o toč kovni meritvi temperature (eno število za en č asovni interval, skalar) ali • linijski meritvi vertikalnega temperaturnega profila (serija števil, vektor za vsak č asovni interval posebej) ali pa • ploskovni rezultati vremenskega modela (dvodimenzionalna matrika vrednosti, po ena za vsak tip rezultata in vsak č asovni interval) ali 48 • rezultat disperzijskega modela – relativne koncentracije (spet krajevno prostorsko, in č asovno). Program DOZE je zasnovan tako, da te vhodne podatke v obliki matrik (dvodimenzionalne matrike krajevno in č asovno) uporabi drugo za drugo in izrač una konč no matriko z rezultati – dozami prebivalcev v vsaki krajevni celici posebej. Program DOZE ima dodatne analizne programe, ki potem dvodimenzionalno polje rezultatov pregledajo in poišč ejo maksimume na različ nih oddaljenostih od lokacije NEK in izpišejo osnovno statistiko ali pa operaterju omogoč ijo roč no izbiranje z lokatorjem (miško) po zemljevidu in pregledovanje vrednosti na lokacijah izbranih vasi ali mest. Uporaba programa doze in celotnega sistema Slika 5 ˗ Prikaz efektivne doze prebivalcev za izbrane pogoje, ploskovni podatek za izbrani č as prehoda radioaktivnega oblaka č ez področ je Krške kotline Program DOZE pooblašč eni operaterji NEK uporabljajo za izrač un doze, ki nastane zaradi rednih neznatnih izpustov iz NEK. Kljub temu, da je taka doza bistveno manjša od doze iz naravnih ionizacijskih sevanj pa je še vedno obvezno, da se dozo zaradi izpusta predhodno pred zač etkom izpusta prerač una in sporoč i nadzorni instituciji Upravi za jedrsko varnost. 49 Č e pa bi prišlo do nezgodnega dogodka ali č e bi bil ta realno predviden v razvoju nesreč e nekaj ur ali dni vnaprej, pa so operaterji uposobljeni, da za že izveden nezgodni izpust ali za potencialen prič akovan izpust ocenijo vrednost aktivnosti izpušč enih radionuklidov, uporabijo ustrezne redno avtomatsko vnaprej izrač unane relativne koncentracije ter s programom DOZE izrač unajo doze prebivalstva v okolici v krajevni resoluciji 250 m za 25 km x 25 km veliko področ je. Tak izrač un zadošč a za zač etno obvladovanje situacije in odloč itve o evakuaciji, jodni profilaksi ali zaklanjanju. Zaključ ki V č lanku smo opisali Okoljski ekspertni sistem NEK, ki omogoč a izrač un doz prebivalstva ob rednih izpustih radionuklidov v ozrač je ali ob nezgodnem dogodku. Osredotoč ili smo se na opise avtomatizacije vseh procesov, ki privedejo do relativno elegantnega in enostavnega konč nega izrač una. Sam odloč itveni algoritem vgrajen v rutine programa DOZE pridobi izjemno uporabnost prav zato, ker je v celoti avtomatsko povezan z vsemi različ nimi bazami za podatke, ki jih potrebuje v posameznem koraku izrač una. Operater le z nekaj kliki in vpisi (izbira č asa, opis nesreč e...) skoraj rutinsko opiše dogajanje, program DOZE pa iz baz v ozadju prebere vse ostale več dimenzionalne podatke pred-izrač unov, izvede matrič ne izrač une, shrani matrike rezultatov, jih analizira, izpiše ali izriše ploskovne ali toč kovne rezultate in operaterju omogoč i pregledovanje vseh rezultatov na različ ne nač ine, nad zemljevidom, tabelarič no, združeno ploskovno po krožnih izsekih ali pa v obliki obič ajnih č asovnih grafov za eno toč ko. Posebej pomemben koncept opisanega sistema v NEK pa je ta, da se vsi vremenski in disperzijski prerač uni ter prerač un aktivnosti v reaktorju, izvajajo avtomatsko, po predpisanem in v programe vgrajenem urniku redno za vsake pol ure, tudi za bližnjo prihodnost. Na ta nač in je ob katerem koli č asu več ina numerič no zelo zahtevnih izrač unov (vremena in disperzije tridimenzionalno in depozicije dvodimenzionalno) pripravljena vnaprej. Ob nezgodnem dogodku sistem deluje tako kot ob obič ajnem mirnodobnem č asu. Izrač uni so praktič no vedno sproti na razpolago in jih ob nezgodi program DOZE zgolj prebere iz baze, operater z nekaj kliki in vpisi oceni razsežnost nezgode, program pa potem v trenutku iz vseh vnaprej pripravljenih vhodnih podatkov in ocene, ki jo naredi operater, izrač una doze prebivalcev ter jih prikaže in da na voljo za analizo in odloč itve. Namenska baza v ozadju, ki smo jo izdelali za vse te zelo različ ne komponente, je bistveni povezovalni del med meritvami, izrač uni modelov in izrač unanimi rezultati. Tak pristop redno vnaprej pripravljenih izrač unov je najboljše zagotovilo, da bo sistem pravilno deloval tudi ob morebitni nezgodi in nervozi, ki jo bo spremljala. Numerič no zahtevni izrač uni takrat ne bodo zažirali dragocenega č asa, ki bo tako koristno uporabljen za odloč anje in ne za č akanje na izrač un. Da pa tak koncept deluje, je treba sistem na vseh nivojih od merilnikov do zahtevnih modelov, baz in nenazadnje žal spremenljivih Windows operacijskih sistemov vseskozi vzdrževati, nadgrajevati izrabljene komponente, več nivojsko smiselno kontrolno preverjati in vsebinsko nadgrajevati glede na razvoj merilnih tehnik, modelnih tehnik, verzij modelov in nenazadnje novih koeficientov in algoritmov za oceno nesreč in izrač un doz. Č e želimo, da sistem deluje, moramo tudi sproti roč no pregledovati izmerjene in izrač unane vrednosti, avtomatsko preverjati razpoložljvost vseh meritev in izrač unov ter pristojnim vzdrževalcem preko SMS in emailov avtomatsko sporoč iti izpade, da se omogoč i č im hitrejše ukrepanje. 50 S takim pristopom vsa leta novejšega modernega obratovanja sistema zagotavljamo več inoma krepko nad 90% razpoložljvost vseh meritev in izrač unov. Sistem sta kot primer dobre prakse (»good practice«, najvišja možna pohvala, unikaten zgleden primer ostalim nuklearkam po svetu) in kot primer dobrega delovanja (»good performance«) ocenili dve zaporedni IAEA OSART inšpekciji (International Atomic Energy Agency, 2003, 2017). Zahvala Projekt (Metoda za lokalno napovedovanje radiološkega onesnaženja atmosfere z uporabo modelov na podlagi Gaussovih procesov, L2-8174 (B)) je sofinancirala Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz državnega prorač una. Literatura Breznik, B., Boznar, M.Z., Mlakar, P., Tinarelli, G. (2003). "Dose projection using dispersion models" in Int. J. Environ. Pollut. 20, 278–285. doi:10.1504/IJEP.2003.004291 Breznik, B., Mlakar, P., Božnar, M.Z. (2018). "Expert system for calculation of doses due to airborne emission" in: Book of Abstracts, 27th International Conference Nuclear Energy for New Europe, NENE2018, September 10-13, 2018, Portorož. Nuclear Society of Slovenia, Ljubljana, p. 49. International Atomic Energy Agency (2003). Draft report of the OSART (Operational Safety Review Team) mission to the Krško nuclear power plant Slovenia 20 October to 6 November 2003. Vienna, Austria. International Atomic Energy Agency (2017). Report of the Operational Safety Review Team (OSART) mission to the Krsko nuclear power plant Slovenia 15 May to 1 June 2017. Vienna, Austria. Mlakar, P., Božnar, M.Z., Breznik, B., Kovač , A. (1997). "Modelling of air pollutant releases from the Krško Nuclear Power Plant" in: 4th Regional Meeting Nuclear Energy in Central Europe, Bled, Slovenia, 7-10 September 1997. Nuclear Society of Slovenia, Ljubljana, pp. 137–144. Mlakar, P., Božnar, M.Z., Breznik, B. (2014). "Operational air pollution prediction and doses calculation in case of nuclear emergency at Krško Nuclear Power Plant" in Int. J. Environ. Pollut. 15 54, 184–192. doi:10.1504/IJEP.2014.065119 Mlakar, P., Grašič , B., Božnar, M.Z., Breznik, B. (2015). "On-line relative air dispersion concentrations one week forecast for Krško NPP prepared for routine and emergency use" in B. Abstr. 24th Int. Conf. Nucl. Energy New Eur. NENE 2015, Portorož, Sept. 14-17, 2015 58–59. Mlakar, P., Božnar, M.Z., Grašič , B. (2019). "Relative doses instead of relative concentrations for the determination of the consequences of the radiological atmospheric releases" in J. Environ. Radioact. 196, 1–8. doi:10.1016/J.JENVRAD.2018.10.005 51 Geodetske meritve za umestitev Županove jame v globalno koordinatno osnovo: izmera do Velike dvorane Marjetič Aleš * , Polona Pavlovč ič Prešeren * Povzetek Določ itev podzemnih pojavov v globalnem koordinatnem sistemu je pomembna z več vidikov. Na ta nač in lahko prikažemo potek jam na izbrani kartografski podlagi in določ imo njihovo umestitev glede na površje. Rezultate lahko uporabimo za izhodišč e planiranja posegov v prostor, da v č im manjši meri vplivamo na vzpostavljeno naravno ravnovesje med površjem in podzemljem. Koordinatno osnovo lahko vzpostavimo na različ ne nač ine in z različ no kakovostjo. V prispevku opisujemo geodetska dela pri vzpostavitvi globalne koordinatne osnove za izmero dela kraške Županove jame, ki se nahaja v bližini Turjaka. Z metodami izmere GNSS smo na površju vzpostavili izhodišč no mrežo toč k. Te so služile za nadaljnjo terestrič no določ itev koordinat ostalih toč k na površju in v jami, od Ledenice do Velike dvorane. Toč ke nam bodo v prihodnje služile za nadaljevanje izmere v ostale dvorane in za položajno umestitev kraških pojavov v posameznih dvoranah v globalnem koordinatnem sistemu. Ključ ne besede: globalni koordinatni sistem, GNSS in terestrič na izmera, kraška jama Keywords: global coordinate system, GNSS and terrestrial measurements, Karst cave Uvod Kraško jamo v bližini Turjaka je leta 1926 odkril takratni župan obč ine Št. Jurij, Josip Perme. Tako so jamo poimenovali Županova jama, č eprav jo poznamo tudi pod imenom Taborska jama. Jamo je naredil tok potoka Podlomšč ice, ki se danes ne nahaja več na ožjem območ ju jame. V kataster jam so jo vpisali leta 1990 in od tod lahko razberemo, da je dolga okoli 700 m in gre v globino 70 m pod zemeljskim površjem (eKataster jam, 2018). Najprej so v jamo vstopali preko brezna, ki je takoj vodilo v današnjo Permetovo dvorano. Tam se še danes 13 m navzgor vidi vhod v jamo. Danes v jamo vstopamo 100 m stran, kjer je vhod v jamo Ledenica. To so z umetnim rovom povezali s Srebrno in naprej Veliko dvorano (slika 1). Zanimivo je, da je Ledenico v Slavi Vojvodine Kranjske omenil že Janez Vajkard Valvazor. Geodetske meritve Županove jame smo izvedli od Ledenice do Velike dvorane, č eprav se jama nadaljuje preko Blatne, Matjaževe in Zadnje dvorane do v letu 2008 odkrite Igorjeve dvorane. Cilj izmere je bil umestiti jamo v globalno koordinatno osnovo in vzpostaviti izhodišč e za nadaljnje geodetske meritve v jami. To pomeni, da smo v globalnem koordinatnem sistemu določ ili koordinate toč k v jami. Pri tem smo izven jame najprej vzpostavili mrežo toč k, kjer smo izvedli meritve GNSS (angl. Global Navigation Satellite System) za določ itev položajev toč k v slovenski realizaciji koordinatnega sistema ETRS89, v koordinatnem sistemu D96/TM. Toč ke so služile za izhodišč e terestrič nih meritev poligona, ki je s površja potekal v Ledenico vse do Velike dvorane. Tako vzpostavljena koordinatna osnova nam bo v prihodnje služila za izmero ostalih delov jame in kraških pojavov v njej. Na osnovi vzpostavljene mreže toč k bo mogoč e določ iti globino * Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova c. 2, Ljubljana 52 preostalih delov jame ter prouč evati druge geofizikalne znač ilnosti območ ja, na primer anomalije težnosti, kot to opisujejo Breitenberg et al. (2016) ter Breitenberg et al. (2017). Slika 1 – Dvorane v Županovi jami (Turistič no in okoljsko društvo Grosuplje, 2018). Podroben opis dokumentiranja jam v Sloveniji ter izvedbe meritev opisujejo Urankar et al. (2001) v slovenskem jamarskem priroč niku. Opisanih je več možnih postopkov določ itve koordinat, tudi z uporabo tehnologije GPS (angl. Global Positioning System). Podoben postopek določ itve koordinatne osnove, kot smo ga uporabili v dani nalogi, je opisan pri izmeri ledene jame Dobšinská na Slovaškem (Gašinec et al., 2014) ter Grapč eve jame na hrvaškem otoku Hvaru. Tu so avtorji (Redovniković et al., 2016) naredili tudi primerjavo kakovosti različ nih merskih tehnik. Terenska izmera Slika 2 – Instrument GNSS (levo) in klasič na terestrič na izmera s tahimetrom (desno). 53 Za vzpostavitev delovišč a v globalni koordinatni osnovi smo na štirih toč kah izvedli statič no izmero GNSS (slika 2 desno). Toč ke so bile od vhoda jame precej oddaljene, saj se ožje območ je jame nahaja na zarašč enem terenu, ki ni primerno za kakovostno izvedbo izmere GNSS. Opazovanja na posameznih toč kah so trajala 120 minut ali več . Klasič no terestrič no izmero (slika 2 levo) smo naredili v obliki poligona, ki je najprej potekal po površini in se preko vhoda v Ledenico nadaljeval v notranjost jame (slika 3). Toč ke, določ ene z GNSS, so bile vključ ene v geodetsko mrežo in so služile za to, da smo tudi ostale toč ke določ ili v koordinatnem sistemu ETRS89 (oziroma D96/TM). Toč kam, kjer smo naredili izmero GNSS, smo določ ili nadmorske višine z GNSS-višinomerstvom ob uporabi modela geoida AMG2000 in testnega izrač una modela geoida Slovenije iz leta 2010. Višinske razlike med ostalimi toč kami v mreži smo določ ili s trigonometrič nim višinomerstvom. To pomeni, da smo z meritvami mrežo toč k umestili tako v horizontalno kot v višinsko osnovo. Slika 3 –Terestrič ne meritve v Veliki dvorani. Obdelava opazovanj statič ne izmere GNSS Opazovanja GNSS smo obdelali z navezavo na državno omrežje postaj GNSS, SIGNAL, in sicer z navezavo na: • najbližji stalni postaji omrežja (Trebnje, Ljubljana) in • na virtualno referenč no toč ko VRS, vzpostavljeno v bližini geodetske mreže. Vsako izmero smo obdelali na več nač inov in sicer, ko: • so se vsi vektorji navezovali na isto referenč no toč ko omrežja SIGNAL (t.i. radialna izmera), • ko smo opazovanja celotne serije razdelili v dve oziroma tri serije enakega trajanja in v vsaki obdelali poligon z linearno neodvisnimi vektorji in • ko smo v obdelavi uporabili različ ne modele troposferske refrakcije. V obdelavo smo vključ ili precizne efemeride ter kalibracijske protokole anten službe NGS (angl. National Geodetic Survey). Z različ nimi nač ini upoštevanja vpliva troposfere 54 na opazovanja smo po ugotavljanju kakovosti zapiranja figur v mreži GNSS ter na osnovi primerjava višinskih razlik, ki smo jih določ ili s terestrič no izmero, določ ili konč ne rezultate (preglednica 1). Preglednica 1 – Koordinate toč k v ETRS89 ter D96/TM, ki smo jih določ ili z izmero GNSS. Toč ka j l h [m] e [m] n [m] B 45° 54' 48,28798'' N 14° 38' 16,05119'' E 514,154 471.901,256 86.016,927 C 45° 54' 49,80948'' N 14° 38' 19,50319'' E 487,779 471.975,855 86.063,561 H 45° 54' 34,48029'' N 14° 38' 19,67943'' E 529,440 471.977,511 85.590,304 I 45° 54° 32,97113'' N 14° 38' 17,98669'' E 530,354 471.940,820 85.543,879 Razlike v geoidnih višinah, izrač unanih iz modelov AMG2000 in testnega izrač una novejšega modela geoida, so na obravnavanem območ ju reda velikosti sedem centimetrov (preglednica 2). Preglednica 2 – Geoidne višine iz modelov AMG2000 in testnega izrač una modela geoida. Toč ka N [m] AMG2000 N [m] Testni model H [m] Testni model B 46,412 46,483 467,671 C 46,411 46,482 441,297 H 46,419 46,488 482,952 I 46,419 46,489 483,865 Obdelava terestrič nih meritev Mrežo štirih toč k GNSS na površini (B, C H in I) smo zgostili z dodatnimi toč kami, da smo lahko povezali toč ki B in C ter I in H ter mrežo pripeljali neposredno pred vhod v jamo. V tako razširjeni mreži smo izvedli klasič ne terestrič ne meritve, in sicer meritve kotov in poševnih dolžin med toč kami mreže. Celotna geodetska mreža je bila tako v osnovi sestavljena iz dveh delov, in sicer iz (slika 4): geodetske mreže na površini (toč ke A – I) in • poligona od vhoda, preko dvorane Ledenica do Velike dvorane (toč ke S1 – S18). Na sliki 4 so rumeno obarvane toč ke določ ene z GNSS (B, C, I, H), rdeč e s terestrič nimi meritvami (A, D, E, F, V) in modro toč ke v notranjosti jame (oznaka S in zaporedna številka). Toč ki S1, S2 (pred vhodom v jamo) ter toč ke v Veliki dvorani (S15 – S18) so tudi trajno stabilizirane. Geodetska mreža, skupaj z mrežo na površini in poligonom v notranjosti, je predstavljala velik geodetski strokovni izziv. S slike 4 je vidno, da mreža ni optimalne geometrijske oblike, da bi omogoč ala kakovostno določ itev položajev toč k. Prav tako ni bilo mogoč e vnaprej oceniti kakovost določ itve koordinat toč k v jami. 55 B C H I A D E F G V S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 graf. merilo mreze 0 100 m Slika 4 – Razporeditev toč k na območ ju (levo) ter oblika geodetske mreže (desno). Poševno merjene dolžine smo popravili za meteorološke vplive in jih pred izravnavo reducirali v horizontalne dolžine na nič elnem nivoju. Naprej smo jih skupaj z merjenimi koti vključ ili v izravnavo po metodi najmanjših kvadratov. Izravnavo smo naredili loč eno za horizontalno in višinsko mrežo. Geodetska mreža za umestitev Županove jame v globalno koordinatno osnovo je imela poleg zahtevne oblike še dodatno posebnost. Toč ko A na površini smo postavili nad vertikalnim jaškom nad Permetovo dvorano, skozi katero je potekal geodetski poligon z zač etkom na površju pred vhodom v jamo. Zaradi oblike in vertikalne usmerjenosti jaška smo lahko izvedli vertikalno grezenje toč ke A s pomoč jo laserskega grezila (slika 5). Na ta nač in smo naredili navezavo (vpetje) sredine slepega poligona na zunanji del geodetske mreže. Vpetje geodetskega poligona, ki je potekalo od vhoda do Velike dvorane, je posledič no izboljšalo natanč nost položajev toč k poligona v horizontalni ravnini. 56 toč ka A (na površju) toč ka A' (Permetova dvorana) Slika 5 – Vertikalno grezenje toč ke A. V izrač unu smo mrežo razdelili na zunanjo mrežo in mrežo v jami. Vsako smo najprej izravnali kot prosto mrežo, brez danih toč k. Z rezultati izravnave proste mreže smo dejansko samo ocenili kakovost meritev v mreži. Nam pa zaradi lastnosti izravnave proste mreže ti rezultati niso podali koordinat, vezanih na določ itev koordinatnega sistema, kot bi ga želeli, da ga določ ajo dane toč ke. Zato je bilo celotno mrežo potrebno vpeti na ''dane'' toč ke, ki so bile za zunanjo mrežo predhodno določ itve z izmero GNSS. Izravnava vpete mreže splošno ne dopušč a spreminjanja koordinat danih toč k. Vemo pa, da se tahimetrič ne meritve kotov in dolžin navadno ne ujemajo z geometrijo mreže toč k GNSS, predvsem zaradi slabše natanč nosti določ itve položajev toč k z metodami izmere GNSS. Zato smo iskali odgovor na vprašanje, kako rešiti problem tako, da bi dopustili možnost, da se z izrač unom na podlagi bolj kakovostnih tahimetrič nih meritev na nek nač in izravnajo tudi ''dane'' količ ine. To smo naredili s pomoč jo S-transformacije (Marjetič in Stopar, 2007), ki nam omogoč a, da izravnamo tudi ''dane'' koordinate pod pogojem minimalne vsote kvadratov popravkov le-teh. Rezultati S-transformacije zunanje mreže za toč ke A, F in V so predstavljale koordinatno osnovo za rač unanje poligona. Postopek izrač una zunanje mreže smo ponovili za izrač un koordinat toč k v jami. Rezultati izravnave se nahajajo v preglednicah 3 in 4. Toč ke B, C, H in I so določ ene z GNSS, A, F, in V so toč ke poligona na površju, ostale toč ke se nahajajo v jami. 57 Preglednica 3 – Rezultati izravnave in S-transformacije za zunanjo mrežo s parametri standardnih elips pogreškov. Prosta mreža S-transformacija Toč ka Opis e [m] n [m] a [m] b [m] [°] e [m] n [m] a [m] b [m] [°] B GNSS 471.901,2676 86.016,9289 0,0004 0,0002 1 471.901,2584 86.016,9316 0,0003 0,0002 140 C GNSS 471.975,8611 86.063,5519 0,0004 0,0003 124 471.975,8518 86.063,5562 0,0002 0,0002 147 H GNSS 471.977,5175 85.590,3091 0,0006 0,0003 8 471.977,5156 85.590,3097 0,0004 0,0002 33 I GNSS 471.940,8161 85.543,8741 0,0009 0,0004 16 471.940,8146 85.543,8737 0,0004 0,0002 39 A navezava v jamo 471.913,1102 85.995,1077 0,0004 0,0002 169 471.913,1014 85.995,1105 0,0004 0,0002 137 D 471.970,8662 85.965,4125 0,0003 0,0002 13 471.970,8584 85.965,4159 0,0004 0,0003 147 E 471.944,4010 85.901,9754 0,0003 0,0003 88 471.944,3939 85.901,9779 0,0006 0,0004 171 F navezava v jamo 472022,7280 85.975,5816 0,0004 0,0002 10 472.022,7204 85.975,5859 0,0005 0,0003 32 G 471.921,7353 85.791,5420 0,0005 0,0004 89 471.921,7298 85.791,5433 0,0007 0,0005 172 V navezava v jamo 472.019,4800 85.943,3511 0,0006 0,0003 16 472.019,4729 85.943,3551 0,0008 0,0004 26 Preglednica 4 – Rezultati izravnave in S-transformacije za poligon v jami s parametri standardnih elips pogreškov. Odebeljeno so označ ene trajno stabilizirane toč ke. Prosta mreža S-transformacija Toč ka Opis e [m] n [m] a [m] b [m] [°] e [m] n [m] a [m] b [m] [°] A zunaj 471.913,1172 85.995,1295 0,0010 0,0008 85. 471.913,1015 85.995,1113 0,0002 0,0001 30 F zunaj 472.022,7311 85.975,5807 0,0016 0,0011 104 472.022,7176 85.975,5854 0,0006 0,0003 10 V zunaj 472.019,4823 85.943,3503 0,0018 0,0009 90 472.019,4755 85.943,3549 0,0005 0,0003 25 S1 v jami 472.012,7389 85.960,7996 0,0016 0,0007 93 472.012,7287 85.960,8025 0,0009 0,0003 164 S2 v jami 471.982,6223 85.974,3740 0,0013 0,0006 98 471.982,6098 85.974,3704 0,0011 0,0008 138 S3 v jami 471.960,6351 85.975,8817 0,0012 0,0008 109 471.960,6226 85.975,8736 0,0012 0,0010 43 S4 v jami 471.956,7421 85.985,7090 0,0011 0,0008 97 471.956,7276 85.985,6999 0,0013 0,0010 39 S5 v jami 471.947,0695 85.993,2731 0,0011 0,0008 76 471.947,0536 85.993,2619 0,0013 0,0011 26 S6 v jami 471.941,6368 85.997,2265 0,0011 0,0008 62 471.941,6202 85.997,2141 0,0012 0,0011 173 S7 v jami 471.936,1473 85.993,3516 0,0010 0,0008 45 471.936,1316 85.993,3381 0,0011 0,0010 33 S8 v jami 471.935,0271 85.986,9623 0,0009 0,0008 33 471.935,0127 85.986,9487 0,0011 0,0008 16 S9 v jami 471.930,1139 85.984,5010 0,0009 0,0008 19 471.930,1001 85.984,4864 0,0010 0,0006 32 S10 v jami 471.924,0951 85.992,6203 0,0009 0,0009 112 471.924,0798 85.992,6044 0,0008 0,0003 15 S11 v jami 471.911,4938 85.988,7644 0,0009 0,0008 85 471.911,4795 85.988,7459 0,0009 0,0002 13 S12 v jami 471.898,3500 85.977,9058 0,0010 0,0007 70 471.898,3381 85.977,8848 0,0012 0,0007 30 S13 v jami 471.895,4932 85.972,0085 0,0011 0,0006 66 471.895,4826 85.971,9870 0,0016 0,0008 28 S14 v jami 471.886,7810 85.965,9243 0,0013 0,0005 69 471.886,7718 85.965,9011 0,0018 0,0011 35 S15 v jami 471.877,7702 85.964,2934 0,0014 0,0005 74 471.877,7615 85.964,2684 0,0020 0,0014 43 S16 v jami 471.850,0056 85.959,4153 0,0015 0,0008 82 471.849,9983 85.959,3846 0,0024 0,0021 22 S17 v jami 471.863,7311 85.964,6269 0,0015 0,0006 78 471.863,7225 85.964,5990 0,0022 0,0017 39 S18 v jami 471.853,1036 85.942,8722 0,0016 0,0009 87 471.853,0997 85.942,8425 0,0024 0,0024 24 58 Mrežo smo izravnali tudi višinsko in pri tem obravnavali vse toč ke, na površju in v jami, hkrati. Tukaj poligona v notranjosti nismo uspeli navezati na dano toč ko, kot smo to naredili v primeru horizontalne situacije. Natanč nost določ itve višin toč k so bile do 5 mm. Pri taki obliki mreže in dokaj strmih vizurah v jami lahko reč emo, da so rezultati dobri. V preglednici 5 predstavljamo rezultate izravnave višinske situacije, kjer je toč ka A določ ena na površju (stari vhod v Permetovo dvorano) in Ax z grezenjem določ ena toč ka v Permetovi dvorani. Preglednica 5 – Rezultati izravnave in S-transformacije za višinsko mrežo. Odebeljeno so označ ene trajno stabilizirane toč ke. Toč ka H [m] s H [m] Toč ka H [m] s H [m] A 467,0856 0,0012 S7 452,1543 0,0037 Ax 453,9746 0,0041 S8 453,4513 0,0038 D 453,7348 0,0015 S9 454,2249 0,0038 E 460,8078 0,0018 S10 455,4095 0,0039 F 440,8055 0,0018 S11 455,4513 0,0041 G 472,7770 0,0026 S12 444,2567 0,0043 V 434,7532 0,0024 S13 441,7929 0,0043 S1 425,6783 0,0026 S14 449,1999 0,0044 S2 423,8274 0,0031 S15 452,0113 0,0045 S3 432,2182 0,0033 S16 454,7929 0,0046 S4 435,1229 0,0035 S17 450,6147 0,0046 S5 441,7136 0,0036 S18 447,4938 0,0047 S6 446,7435 0,0037 Slika 6 – Izris toč k na lidarskem DMV (rdeč e GNSS-toč ke, zeleno, toč ke izven jame (ARSO, 2018). 59 Potek izmere zunaj in v notranjosti jame prikazujemo na lidarskem DMV (slika 6). Od tu naprej Županova jama poteka proti severu (slika 1). Za bolj natanč no umestitev nadaljevanja jame v globalnem koordinatnem sistemu bo izmero potrebno nadaljevati s podobnim postopkom, kot smo ga uporabili do sedaj, in uporabo koordinat trajno stabiliziranih toč k v jami. Zaključ ek Glavni namen prispevka je bil pokazati geodetski nač in vzpostavitve mreže v globalnem koordinatnem sistemu za izmero v jami. Koordinatna osnova Županove jame je trenutno kakovostno določ ena le do Velike dvorane, zato imamo v prihodnje namen z izmero nadaljevati. Toč ke, ki smo jih določ ili v jami, lahko služijo kot izhodišč e 3D-modeliranja kraških pojavov v jami in pri njihovi umestitvi v globalni koordinatni sistem. Njihov horizontalni položaj bo služil za osnovo pri drugih geodetskih meritvah na površju za prouč evanje geofizikalnih znač ilnosti danega območ ja. Zahvale Izmera je nastala tekom magistrske naloge Aljaža Peklaja, dipl. inž. (UN). Pri izmeri je sodeloval tudi Andrej Peklaj, univ. dipl. inž. geod.. Obema se zahvaljujeva za pomoč pri izvedbi meritev. Zahvala gre tudi ga. Luč ki Jere in upravljavcu jame, g. Damjanu Viršku, ter Turistič nemu in okoljskemu društvu Grosuplje, ki so nam omogoč ili izmero v jami. Prispevek je nastal v okviru raziskovalnega programa Geoinformacijska infrastruktura in trajnostni prostorski razvoj Slovenije (P2-0227) Javne agencije za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije – ARRS. Literatura Agencija RS za okolje (ARSO) (2018). LIDAR. http://gis.arso.gov.si/evode/profile.aspx?id=atlas_voda_Lidar@Arso/ (18. 12. 2018). Breitenberg, C., Pivetta, T., Rossi, G., Ventura, P., Batic, A. (2018). Karst caves and hydrology between geodesy and archeology: Field trip notes. Geodesy and geodynamics 9, 262–269. DOI: 10.1016/j.geog.2017.06.004 Breitenberg, C, Sampietro, D., Pivetta, T., Zuliani, D., Barbagallo, A., Fabris, P., Rossi, L., Fabbri, J., Mansi, A. H. (2016). Gravity for detecting caves: airborne and terrestrial simulations based on a comprehensive karstic cave benchmark. Pure Applied Geophysics 173, 1–22. DOI: 10.1007/s00024-015-1182-y Gašinec, J., Gašincová, S., Zelizň aková, V., Palková, J., Kuzevič ová, Ž. (2014). Analysis of geodetic network established inside the Dobšinská ice cave space. Geoscience Engineering 1, 45–54. http://gse.vsb.cz/2014/LX-2014-1-45-54.pdf/ (17. 12. 2018). eKataster jam. https://www.katasterjam.si/ (17. 12. 2018). Marjetič , A., Stopar, B. (2007). Geodetski datum in S-transformacija. Geodetski vestnik 51 (3), 549–564. Redovniković , L., Stanč ić , B., Cetl, V. (2016). Comparison of different methods of underground survey. International Symposium on Engineering Geodesy, "GNSS and Indooor Navigation", Varaždin, 465–473. http://www.geof.unizg.hr/pluginfile.php/7437/mod_book/chapter/173/TS5_4.pdf/ (18.12. 2018). Urankar, R., Šušteršič , F., Simić , M., Praprotnik, A. (2001). Ne hodi v jame brez glave. Društvo za raziskovanje jam Ljubljana, 131 p. http://www.dzrjl.si/wp-content/uploads/2015/07/2001_Urankar_et_al_Ne_hodi_v_jame_brez_glave.pdf/ 60 (18.12. 2018). Turistič no in okoljsko društvo Grosuplje (2018). http://www.zupanovajama.si/wp/zupanova-jama/interaktivni-sprehod/ (18. 12. 2018). 61 Odprava pristranskosti v regionalnih podnebnih modelih Anže Medved * , Gregor Vertač nik * Povzetek Za analizo ocene podnebnih sprememb v Sloveniji do konca 21. stoletja smo uporabili rezultate regionalnih podnebnih modelov. Zaradi različ nih vzrokov vsebujejo rezultati teh modelov statistič ne napake. Pred nadaljnjo uporabo je smotrno te napake odpraviti oziroma omiliti. Za odpravo teh napak smo pri padavinah uporabili metodo preslikave kvantilov (angl. quantile mapping). Ostale spremenljivke smo popravili z metodo preslikave kvantilov odklonov (angl. quantile delta mapping, QDM). Upoštevali smo logič no ali statistič no povezanost nekaterih spremenljivk. Pri popravljanju vrednosti temperature zraka smo definirali štiri padavinske razrede, znotraj katerih so se popravki razlikovali. Ključ ne besede: podnebni scenarij, odprava pristranskosti, preslikave kvantilov, preslikave kvantilov odklonov, padavine, temperatura zraka, referenč na evapotranspiracija, padavinski razred, odklon Keywords: climate change scenario, bias-correction, quantile mapping, quantile delta mapping, precipitation, air temperature, reference evapotranspiration, precipitation class, deviation Uvod Pri analizi vpliva podnebnih sprememb znotraj projekta Ocena podnebnih sprememb v Sloveniji do konca 21. stoletja, smo analizirali modelske podatke regionalnih podnebnih modelov. Podatke smo pridobili iz podatkovne baze projekta EURO-CORDEX (angl. Coordinated Downscalling Experiment – European Domain) (Benestad in sod., 2018), znotraj katerega sodelujejo vodilne ustanove na področ ju regionalnih podnebnih raziskav v Evropi. V projektu so in še bodo simulirali podnebje na množici dinamič nih in tudi empirič no-statistič nih regionalnih podnebnih modelov, katerih vhodni podatki so izrač uni globalnih podnebnih modelov (angl. Global Climate Model oz. General Circulation Model, GCM) projekta Primerjava sklopljenih modelov, 5. stopnja (angl. Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5) do leta 2100. Ti modeli so uporabni za preuč evanje podnebnih sprememb na svetovni ravni. Opisujejo različ ne sestavine podnebnega sistema, njihove medsebojne nelinearne vplive in povratne vezi med njimi. Vodoravna prostorska loč ljivost modelov je trenutno od 100 do 500 km, kar ni dovolj za oceno podnebne spremenljivosti na lokalni ravni. Za opis lokalnih posledic podnebnih sprememb je potreben prerač un rezultatov GCM na lokalno raven (angl. downscalling). Eden od nač inov je prerač un z uporabo regionalnih podnebnih modelov (RCM, angl. Regional Climate Models). Ti uporabljajo rezultate simulacij GCM kot vhodne podatke oziroma robne pogoje. Njihova vodoravna prostorska loč ljivost je navadno 10–50 km. RCM nekatere pomembne procese upoštevajo neposredno (npr. parametrizacijske sheme, prilagojene več ji loč ljivosti, kroženje zraka v gorah, medsebojno vplivanje kopnega in morja), zato bolje simulirajo znač ilnosti regionalnega in lokalnega podnebja. Podatki regionalnih modelov v projektu EURO-CORDEX so v * Agencija RS za okolje, Vojkova cesta 1b, Ljubljana 62 pravilni mreži v dveh loč ljivostih; podrobnejša ima razmik med rač unskimi toč kami 0,11° (na geografski širini Slovenije približno 12,5 km) in splošna razmik med rač unskimi toč kami 0,44°(na geografski širini Slovenije približno 50 km). Uporabili smo podatke v finejši resoluciji. Za pripravo podnebnih scenarijev v Sloveniji smo analizirali naslednje spremenljivke: povpreč na temperatura zraka (tas), dnevna najvišja in najnižja temperatura zraka (tasmax in tasmin), višina padavine (pr) in referenč na evapotranspiracija (evspsblpot), ki je izrač unana iz polj temperature, specifič ne vlažnosti, hitrosti vetra in gostote moč i kratkovalovnega sevanja. Omenjene spremenljivke vsebujejo sistematič ne napake, ki so posledica omejene modelske loč ljivosti, poenostavljenih enač b za nekatere fizikalne procese, numerič nih shem, nepopolnega razumevanje vseh podnebnih procesov itn. V splošnem je potrebno sistematič ne napake modelskih rezultatov popraviti. Pri tem si največ krat pomagamo s preteklimi meritvami in ustreznimi modelskimi simulacijami. Na ARSO smo kot pretekle meritve uporabili dnevne podatke prizemnih meritev, interpolirane na modelsko mrežo. Za to primerjavo obeh vrst podatkov in odpravo statistič nih napak modelskih rezultatov obstaja več različ nih metod. Na ARSO smo uporabili prirejeno metodo preslikav kvantilov (angl. quantile mapping) (Themeßl in sod., 2011; Wilcke in sod., 2013; Switanek in sod., 2016; Cannon, 2016; Cannon in sod., 2015). Izrač unali smo statistič ne napake za primerjalno obdobju 1981–2010 in na podlagi teh rezultatov pripravili podnebne scenarije do leta 2100. Postopek Odpravljanja pristranskosti modelskih podatkov smo se lotili za vsako spremenljivko posebej. Na zač etku smo vse spremenljivke popravili z isto metodo, po pregledu č lankov (Switanek in sod., 2016; Cannon, 2016; Cannon in sod., 2015) pa smo se odloč ili, da bomo nekatere spremenljivke popravili z drugimi metodami. Najprej smo izvedli metodo odpravljanja pristranskosti (angl. bias correction, BC) pri padavinskih podatkih z metodo preslikave kvantilov (angl. quantile mapping). To smo naredili s programom R, z uporabo knjižnice qmap (Gudmundsson, 2016). Na podlagi č lanka avtorja paketa (Gudmundsson in sod., 2012), v katerem je primerjava različ nih metod, smo se odloč ili za uporabo metode neparametrič ne preslikave kvantilov z uporabo empirič nih kvantilov (angl. non-parametric quantile mapping using empirical quantiles) z linearno ekstrapolacijo. Popravljanje se je vršilo za vsako modelsko celico neodvisno od drugih. Splošni postopek je naslednji. Primerjamo porazdelitvi modelskih podatkov in meritev v primerjalnem obdobju ter ocenjujemo razlike po kvantilih te porazdelitve ( Slika 1). Ocenjene razlike uporabimo kot popravke modelskih podatkov za prihodnost pri izbranem kvantilu. Popravke smo izrač unali za vsak dan v letu z uporabo drseč ega č asovnega okna (angl. moving window) (Wilcke in sod., 2013). Pri padavinah smo se odloč ili za 61-dnevno č asovno okno in 100 razredov kvantilov. 63 Razliko med popravljenimi in prvotnimi padavinskimi podatki za modelsko celico, v kateri je Ljubljana, prikazuje Tabela 1. Podatki so predstavljeni po decilih. Vidimo lahko, da nam pri manjših vrednostih metoda zmanjša količ ino padavin, pri višjih vrednostih pa poveč a. Slika 1 - Postopek odpravljanja pristranskosti. Pri izbrani vrednosti X (na grafu označ eno z zeleno toč ko) pogledamo, kolikšen je popravek modela v primerjalnem obdobju glede na meritve (sledi zelenim pikicam). To vrednost popravka nato pripišemo model. Tabela 1 - Razlika popravkov med prvotnimi in popravljenimi modelskimi vrednosti za modelsko celico modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v kateri je Ljubljana Konč ni rezultat prikazuje Slika 2 Decil Prvotni (mm) Popravljeni (mm) Velikost popravka (%) 1 0,21 0,18 -14,7 2 0,40 0,33 -17,2 3 0,71 0,63 -11,7 4 1,21 1,27 5,1 5 1,97 2,18 10,6 6 3,12 3,89 24,8 7 4,95 6,76 36,5 8 7,91 11,77 48,7 9 13,37 21,33 59,6 10 121,55 158,93 30,7 64 Ljubljana Kredarica Slika 2 - Primerjava med prvotnimi (č rna) in popravljenimi (rdeč a) modelskimi podatki za dnevno povpreč no temperaturo za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana in Kredarica. Primer prikazuje nabor vseh dnevnih vrednosti v primerjalnem obdobju. Popravljeni modelski podatki (rdeč e toč ke) se bolje prilegajo podatkom meritev kot prvotni modelski podatki (č rne toč ke). Vse ostale spremenljivke smo popravljali z metodo preslikave kvantilov odklonov (angl. quantile delta mapping, v nadaljevanju QDM) (Switanek in sod., 2016; Cannon, 2016; Cannon in sod., 2015). Upoštevali smo odvisnost obravnavane spremenljivke (npr. dnevne povpreč ne temperature) od višine padavin. Ohraniti smo namreč želeli modelske trende za obravnavano spremenljivko ter povezavo med višino padavin in spremenljivko, ki sledi iz meteoroloških meritev. Za obravnavano spremenljivko smo za štiri razrede padavin popravljali odmike te spremenljivke od povpreč nega letnega hoda v primerjalnem obdobju z metodo preslikave kvantilov. Pri tem smo uporabljali knjižnico MBC (funkcijo QDM) statistič nega in programskega paketa R (Cannon, 2018). Popravljanje se je vršilo za vsak padavinski razred in za vsako modelsko celico neodvisno od drugih ter po 30-letnih obdobjih (2011–2040, 2041–2070 in 2071–2100). Takšna obdobja smo izbrali zaradi tega, ker smo vse popravke rač unali glede na referenč no obdobje 1981–2010 in smo tako imeli vedno enak nabor podatkov. Po popravkih odmikov smo s prištetjem povpreč nega letnega hoda dobili absolutne vrednosti obravnavane spremenljivke. Padavinske razrede smo določ ili na podlagi meritev. Ker se padavinski procesi in s tem napake v modelskih izrač unih skozi leto spreminjajo, smo padavinske razrede določ ili na meseč nih vrednostih merjenih podatkov. Določ ili smo štiri razrede glede na dnevno višino padavin. V najnižji razred sodijo podatki, kjer je dnevna višina padavin manjša od 0,01 mm. V ta razred sodi največ podatkov. Ostale tri razrede smo loč ili po tercilih, da so bili razredi karseda enako veliki. Isto število podatkov v razredih pri meritvah in modelu smo zagotovili tako, da smo modelske podatke razvrstili po velikosti in jih nato razvrstili v štiri razrede z istim številom podatkov kot pri meritvah. Pogostost pojavljanja vseh štirih razredov pri modelskih podatkih je bila tako enaka kot pri izmerjenih podatkih. Ker se posamezne spremenljivke skozi leto po absolutni vrednosti moč no spreminjajo, smo pred odpravljanjem pristranskosti za vsak razred posebej loč ili povpreč ni sezonski potek spremenljivke in odstopanje od tega poteka. Povpreč ni sezonski potek smo izrač unali z glajenjem podatkov s funkcijo lokalno uteženega glajenja (LOESS, angl. locally weighted scatterplot smoothing). Za okno glajenja smo vzeli 61 dni in pri tem pazili na gladek prehod na robovih leta (december, januar). Zglajeni č asovni potek označ imo s , . 65 Pri popravljenih podatkih smo želeli ohraniti skladnost med vrednostmi različ nih spremenljivk, zato smo za posamezne spremenljivke (razen za padavine) opisano splošno metodo odpravljanja pristranskosti modelskih podatkov nekoliko priredili. Dnevna povpreč na temperatura Dnevna povpreč na temperatura ima velik letni hod, zato smo v tem primeru popravljali odmike dnevne povpreč ne temperature od povpreč nega letnega hoda, ki smo ga določ ili za vsak padavinski razred posebej (primera prikazuje Slika 3). Odmike izrač unamo kot razliko obeh vrednosti: ∆ , = , − , kjer smo z ∆ T pov označ ili odmik dnevne vrednosti povpreč ne temperature (T pov ) od zglajenega č asovnega poteka ( ). Odmiki so po velikosti skoraj neodvisni od letnega č asa, zato so primerjenjši za izrač un popravkov. Odmike smo izrač unali glede na padavinski razred in dan v letu. Ves postopek smo izvedli loč eno za meritve in modele, ter za posamezna tridesetletna obdobja. Da ohranimo zvezno prehajanje odmikov med zaporedni dnevi, ki jih želimo popraviti z metodo QDM, smo uporabili 31-dnevno centrirano drseč e okno (Wilcke in sod., 2013). S tem smo zaradi več jega nabora vrednosti poveč ali zanesljivost izrač una popravkov v primerjavi z metodo, ki pri popravljanju upošteva zgolj podatke toč no določ enega dne v letu. Popravke odmikov smo izrač unali s pomoč jo funkcije QDM v programskem okolju R. S funkcijo uskladimo statistič ni porazdelitvi odmikov (meritev in modela) v primerjalnem obdobju. Popravke iz primerjalnega obdobja nato uporabimo za popravek porazdelitve odmikov modela v projekcijskem obdobju. Za izrač un potrebuje funkcija podatke meritev in modela v kalibracijskem obdobju (t kal ) in modela v projekcijskem obdobju (t proj ): ∆′ , , = ∆ ! ,"# , , ∆ ! , , , ∆ $% ,, & Meritve Ljubljana Model Ljubljana 66 Meritve Kredarica Model Kredarica Slika 3 - Zglajeni letni hod za dnevno povpreč no temperaturo (’ ( )*+ ) v modelskih celicah modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana in Kredarica. Najnižji razred predstavlja skupino dni brez padavin, ostali trije razredi pa so tercili padavinskih dogodkov, pri č emer razred 3 predstavlja najvišji padavinski razred. Rezultat te funkcije so popravljene vrednosti odmikov za model v primerjalnem obdobju ∆ T'(t kal , model)[razred, dan] in v projekcijskem obdobju ∆ T'(t proj , model)[razred, dan]. Na koncu je potrebno te popravljene odmike prišteti nazaj k zglajenemu č asovnemu poteku za meritve, da dobimo popravljeno vrednost za absolutno vrednost povpreč ne temperature ,za projekcijska obdobja pa še razliko zglajenih modelskih č asovnih potekov med projekcijskim in primerjalnim obdobjem . Primerjavo med popravljenimi in originalnimi vrednostmi odmikov prikazuje primer na Slika 4. Prikazane so vrednosti za najnižji padavinski razred in 31-dnevno č asovno okno, centrirano na izbrani majski dan. Vidimo lahko, da prvotno izrač unani odmiki odstopajo od odmikov pri meritvah, medtem ko popravljeni odmiki lepo sovpadajo z meritvami. V primerjalnem obdobju popravljeno vrednost dnevne povpreč ne temperature (T' pov ) izrač unamo kot: ′ ! ,, = ∆′ ! ,,+ ! ,"#, Za projekcijsko obdobje je postopek podoben, prištejemo le še razliko v povpreč nem letnem poteku za posamezni padavinski razred v projekcijskem in primerjalnem obdobju: - . $% ,/ , = ∆ - . $% ,/ , + 0,"# , + 1 $% ,, − 0,, 2 67 Ljubljana prvotni Ljubljana popravljeni Kredarica prvotni Kredarica popravljeni Slika 4 - Primerjava med prvotnimi (levo) in popravljenimi (desno) odmiki od č asovnega poteka za najnižji padavinski razred in 31-dnevno č asovno okno pri dnevni povpreč ni temperaturi, za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana (zgoraj) in Kredarica (spodaj). S tem postopkom zagotovimo, da se v č asovni vrsti popravljenih podatkov ohranja trend, ki je prisoten v prvotnih modelskih podatkih. Poglejmo si postopek na konkretnem primeru. Izberemo modelske vrednosti dne 16. 7. 1999. Podatki sodijo v najvišji padavinski razred. Prvotna modelska vrednost temperature znaša = 17,1 °C. Vrednost zglajenega letnega hoda za ta dan v letu in padavinski razred znaša T( 456 =14,7 °C. Izrač unamo odmik ∆ =2,4 °C. Vrednost popravka, ki ga dobimo iz funkcije QDM znaša ∆ - =3,8 °C . Ta popravek nato prištejemo zglajenemu letnemu hodu meritev za najvišji padavinski razred in dan v letu T( 456 "#=15,3 °C in dobimo konč ni rezultat - =3,8 °@+15,3 °@ =19,1 °@ Vidimo lahko, da popravek za temperaturo znaša 2 °C. Konč ni rezultat postopka za povpreč no temperaturo v obdobju 1981–2010 prikazuje Slika 5. 68 Ljubljana Kredarica Slika 5 - Primerjava med prvotnimi (č rna) in popravljenimi (rdeč a) modelskimi podatki za dnevno povpreč no temperaturo za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana in Kredarica. Primer prikazuje nabor vseh dnevnih vrednosti v primerjalnem obdobju. Popravljeni modelski podatki (rdeč e toč ke) se bolje prilegajo podatkom meritev kot prvotni modelski podatki (č rne toč ke). Prvotni modelski podatki na obeh skrajnostih precej odstopajo od meritev, pri popravljenih vrednostih pa je ujemanje mnoge boljše. Dnevna najvišja in najnižja temperatura Dnevne najvišje in najnižje temperaturo nismo popravljali povsem neodvisno, ampak smo ju vezali na vrednost povpreč ne temperature. Č e tega ne bi napravili, bi bila lahko kakšen dan najnižja temperature višja od povpreč ne ali najvišje in analogno za najvišjo temperaturo. Zato smo izvedli popravke na odklonih dnevne najvišje in najnižje temperature od dnevne povpreč ne temperature. Prirejeno metodo preslikave kvantilov glede na štiri padavinske razrede smo uporabili za te odklone, na koncu pa smo odmike prerač unali v absolutne vrednosti s prištevanjem dnevne povpreč ne temperature. Postopek za izrač un popravkov pri dnevni najvišji in najnižji temperature je enak, zato je opisan samo primer za najvišjo temperaturo. Glede na povpreč no temperaturo zraka smo v tem primeru naredili še en dodaten rač unski korak. Od dnevne najvišje temperature zraka (T maks ) smo odšteli povpreč no temperaturno posameznega dne T pov . Razliko označ imo z T maks-pov . Nadaljnji postopek je enak kot pri povpreč ni temperaturi zraka, le da rač unamo z odkloni od povpreč ne temperature. Izrač unamo vrednosti povpreč nega letnega poteka po padavinskih razredih za te razlike B CD (Slika 6) in jih odštejemo od dnevne vrednosti odklona. Ponovno dobimo odmike ∆ T maks-pov (Slika 7), ki jih popravimo z metodo QDM. Postopek izrač una konč nih vrednosti se ponovno loč i na primerjalno in projekcijsko obdobje. 69 Meritve Ljubljana Model Ljubljana Meritve Kredarica Model Kredarica Slika 6 - Zglajeni letni poteki odmikov najvišje temperature od povpreč ne temperature v modelskih celicah interpoliranih meritev (levo) in modelskih simulacij modela EC- EARTH\ HIRHAM5 (desno), v katerih sta Ljubljana (zgoraj) in Kredarica (spodaj). Najnižji razred predstavlja primere brez padavin, ostali trije razredi pa so loč eni po višini padavin (tercili), pri č emer razred 3 predstavlja najvišji padavinski razred. Ker smo na zač etku naredili razliko najvišje (T maks ) in povpreč ne temperature (T pov ), je sedaj popravljenemu odmiku (∆ T' maks-pov ) potrebno prišteti vrednost povpreč ne temperature. Prištejemo popravljeno vrednost za povpreč no temperaturo T' pov , da se nam ohranja trend. Konč ni izrač un predstavlja enač ba: B C - ! , , = ∆ B CD - ! , , + B CD ! ,"# , + - ! , Tudi v tem primeru je postopek enak, kot je bil opisan za dnevno povpreč no temperaturo v projekcijskem obdobju in dnevno najvišjo temperaturo v primerjalnem obdobju. Potrebno je paziti, da prištejemo popravljeno vrednost za povpreč no temperaturo (T' pov ) in razliko med letnima hodoma v projekcijskem in primerjalnem obdobju. Konč ni izrač un predstavlja enač ba: 70 B C - . $% ,/ , = ∆ B CD - . $% ,/ , + B CD ! ,"# , + - . $% ,/ + 1 B CD $% ,, − + B CD ! ,, 2 Ljubljana prvotni Ljubljana popravljeni Kredarica prvotni Kredarica popravljeni Slika 7 - Primerjava med prvotnimi (levo) in popravljenimi (desno) odmiki od letnega hoda za najnižji padavinski razred in 31-dnevno č asovno okno pri dnevni najvišji temperaturi zraka za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana (zgoraj) in Kredarica (spodaj). Največ je odstopanje je vidno pri Kredarici, kjer prvotni modelski podatki zelo odstopajo od meritev. Lahko se zgodi, da so vrednosti popravkov odmikov tako velike, da so popravljene vrednosti najvišje temperature manjše od povpreč ne temperature in obratno pri najnižji temperaturi. V teh primerih te popravke zanemarimo in imajo konč ni popravki obliko: B C - = - ±0,5 °@ Pozitivni predznak se nanaša na najvišje dnevne temperature, negativni pa na najnižje. S tem se izognemo ne fizikalnim vrednostim. Takšnih primerov je bilo v obdobju 1981-2100 okoli deset za obe spremenljivki skupaj. 71 Konč ni popravki so za izbrani primer prikazani na Slika 8. Ljubljana Kredarica Slika 8 - Primerjava med prvotnimi (č rna) in popravljenimi (rdeč a) modelskimi podatki za dnevno najvišjo temperaturo za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana (levo) in Kredarica (desno). Primer prikazuje nabor vseh dnevnih vrednosti v primerjalnem obdobju. Popravljeni modelski podatki (rdeč e toč ke) se bolje prilagajajo na podatke meritev kot prvotni modelski podatki (č rne toč ke). Referenč na evapotranspiracija Tudi vrednosti referenč ne evapotranspiracije (ET 0 ) smo popravljali s prirejeno metodo preslikave kvantilov. Popravljanje te spremenljivke se od ostalih razlikuje v tem, da ne popravljamo odmikov ET 0 od povpreč nega letnega hoda, ampak absolutne vrednosti. Z odmiki ne rač unamo, ker je porazdelitev vrednosti evapotranspiracije izrazito nesimetrič na in so številne vrednosti blizu fizikalne spodnje meje (0 mm). Tudi tukaj popravljamo vrednosti za vsak padavinski razred posebej. Primer zglajenega letnega hoda (Ẽ T 0 ) prikazuje Slika 9 in posamezne popravke Slika 10. Popravki za referenč no evapotranspiracijo (ET' 0 ) imajo obliko: G - H , , = G H ! ,"# , , G H ! , , , G H $% ,, & Kjer ET 0 (t kal , meritve) predstavlja vrednosti referenč ne evapotranspiracije v primerjalnem obdobju za meritve, ET 0 (t kal , model) vrednosti modela v primerjalnem obdobju in ET 0 (t proj , model) vrednosti modela v projekcijskem obdobju. 72 Meritve Ljubljana Model Ljubljana Meritve Kredarica Model Kredarica Slika 9 - Zglajeni letni hod za referenč no evapotranspiracijo (Ẽ T 0 ) v modelskih celicah modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v kateri sta Ljubljana (zgoraj) in Kredarica (spodaj). Najnižji razred predstavlja primere brez padavin, ostali trije razredi pa so loč eni po višini padavin (tercili), pri č emer razred 3 predstavlja najvišji padavinski razred. Ponovno se popravki loč ijo za primerjalno (t kal ) in projekcijsko (t proj ) obdobje. Konč ni popravki so za izbrani primer prikazani na Slika 11. Ljubljana prvotni Ljubljana popravljeni 73 Kredarica prvotni Kredarica popravljeni Slika 10 - Primerjava med prvotnimi (levo) in popravljenimi (desno) vrednostmi referenč ne evapotranspiracije za najnižji padavinski razred in 31-dnevno č asovno okno za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana (zgoraj) in Kredarica (spodaj). Ljubljana Kredarica Slika 11 - Primerjava med prvotnimi (č rna) in popravljenimi (rdeč a) modelskimi podatki za referenč no evapotranspiracijo za modelski celici modela EC-EARTH\ HIRHAM5, v katerih sta Ljubljana (levo) in Kredarica (desno). Primer prikazuje nabor vseh dnevnih vrednosti v primerjalnem obdobju. Popravljeni modelski podatki (rdeč e toč ke) se bolje prilagajajo na podatke meritev kot prvotni modelski podatki (č rne toč ke). Lahko se zgodi, da z omenjenim postopkom popravljanja referenč ne evapotranspiracije dobimo negativne vrednosti, kar je fizikalno nemogoč e. V takšnih primerih vse negativne vrednosti postavimo na nič . Zaključ ek Za odpravljanje pristranskosti modelskih rezultatov regionalnih podnebnih modelov obstaja več metod z različ nimi prednostmi in slabostmi. Pri metodi preslikave kvantilov, ki smo jo uporabili na višini padavin, se malce spremeni č asovni trend v ekstremnih padavinah. Prednosti te metode pa sta hitrost in nezahtevnost. Druga uporabljena metoda, preslikava kvantilov odklonov, ohrani dolgoletni č asovni trend, vendar je rač unsko zelo zahtevna in dolgotrajna. Pri odpravljanju statistič nih napak je smotrno upoštevati povezanost spremenljivk, npr. temperaturnih ali temperature zraka in višine padavin, kar še 74 dodatno zaplete proces odpravljanja napak. Kljub vsemu pa se lahko konč ni rezultat v kakšnem statistič nem pogledu še vedno pomembno razlikuje od stvarnosti. Zaradi hitrega razvoja podnebnih modelov, rač unskih metod za odpravljanje pristranskosti in vse bolj zmogljivih rač unalnikov lahko že č ez nekaj let prič akujemo podnebne scenarije z več jo loč ljivostjo. To bo nedvomno dobrodošlo za mnoge konč ne uporabnike. Pri oceni prihodnjih podnebnih sprememb se tako utegne negotovost zaradi nepopolnih podnebnih modelov precej zmanjšati, po drugi strani pa poveč ati pomembnost izbire scenarija izpustov toplogrednih plinov. Literatura Benestad, R., Haensler, A., Hennemuth, B., Illy, T., Jacob, D., Keup-Thiel, E., . . . Zsebeház, G. (2018). Guidance for EURO-CORDEX climate projections data use (EURO-CORDEX Guidelines Version 1.0 - 2017.08). EURO-CORDEX: https://www.euro-cordex.net/imperia/md/content/csc/cordex/euro-cordex-guidelines-version1.0- 2017.08.pdf (Pridobljeno 10.09.2018) Themeßl, M. J., Gobiet, A., Heinrich, G. (2011). Empirical-statistic downscaling and error correction of regional climate models and its impact on the climate change signal. Climate Change 112, 2, 449-468. https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0224-4 (Pridobljeno 08.01.2019) Wilcke, R., Mendlik, T., Gobiet, A. (2013). Multi-variable error correction of regional climate models. Springer. https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-013-0845-x (Pridobljeno 05.01.2019) Switanek, M., Troch, P., Castro, C., Leuprecht A., Chang H., Mukherjee R.,Demaria, E. (2017). Scaled distribution mapping: a bias correction method that preserves raw climate model projected changes. Hydrology and Earth System Sciences 21, 2649-2666. https://doi.org/10.5194/hess-21-2649-2017 (Pridobljeno 22.10.2018) Cannon, A. (2016). Multivariate Bias Correction of climate Model Output: Matching Marginal Distributions and Intervariable Dependence Structure. Journal of Climate, October 2016. https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-15-0679.1 (Pridobljeno 10.01.2019) Cannon, A., Sobie, S., Murdock, T. (2015). Bias Correction of GCM Precipitation by Quantile Mappong: How Well Do Methods Preserve Changes in Quantiles and Extremes? Journal of Climate, September 2015. https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-14-00754.1 (Pridobljeno 05.01.2019) Gudmundsson, L. (2016). Package `qmap ́. https://cran.r-project.org/package=qmap (Pridobljeno 11.01.2019) Gudmundsson, L., Bremnes, J., Haugen, J., & Engen-Skaugen, T. (2012). Technical Note: Downscaling RCM precipitation to the station scale using statistical transformations - a comparison of methods. Hydrology and Earth System Sciences (8), 3383–3390. Cannon, A. J. (2018). Package 'MBC'. https://cran.r-project.org/packages=MBC (Pridobljeno 11.01.2019) 75 Projekcije sprememb temperature zraka in padavin v Sloveniji do konca 21. stoletja Renato Bertalanič * , Gregor Vertač nik * , Neža Lokošek * , Anže Medved * , Živa Vlahovič * , Mojca Dolinar * Povzetek Projekcije sprememb temperature zraka in padavin so bile pripravljene v okviru projekta Ocena podnebnih sprememb za Slovenijo do konca 21. stoletja (OPS21). Spremembe obeh spremenljivk so ocenjene za tri 30-letna obdobja v prihodnosti (2011– 2040, 2041–2070 in 2071–2100) glede na primerjalno obdobje 1981–2010. Projekcije kažejo smer in velikost sprememb ter oceno njihove zanesljivosti za tri scenarije izpustov toplogrednih plinov RCP2.6, RCP4.5 in RCP8.5. Temperatura zraka bo v prihodnosti še naprej rasla, velikost dviga pa je odvisna od scenarija izpustov toplogrednih plinov in znaša od 0,8 do 6,1 °C. Dvig temperature bo moč no poveč al toplotno obremenitev, znatno se bo poveč alo število vroč ih dni, vroč inski valovi bodo daljši in bolj pogosti. Višina padavin na letni ravni in pozimi se bo po scenarijih izpustov RCP4.5 in RCP8.5 sredi ali konec 21. stoletja znatno poveč ala. Kazalniki, s katerimi merimo izjemne padavine, kažejo, da se bosta poveč ali tako jakost kot pogostost izjemnih padavin, poveč anje pa bo najbolj izrazito v primeru scenarija izpustov RCP8.5. Ključ ne besede: podnebne spremembe, spremembe temperature zraka, spremembe padavin, negotovost podnebnih projekcij Key words: climate change, temperature change, precipitation change, uncertainty of climate projections Uvod Podnebje vpliva na procese v okolju in na mnoga področ ja č lovekove dejavnosti. Spreminjanje je splošna znač ilnost podnebja, vendar je hitrost spreminjanja v zadnjem stoletju izjemna, v zgodovini Zemlje poznamo le nekaj podobnih primerov. Na podlagi dolgoletnih meritev smo ugotovili, da se podnebje v Sloveniji spreminja nekoliko hitreje kot na svetovni ravni (Vertač nik in Bertalanič , 2017). Posamezne panoge so se tako v preteklih desetletjih že sooč ale z vplivi podnebnih sprememb. Ker teh ne moremo ustaviti č ez noč niti z zelo moč nimi omejitvami izpustov toplogrednih plinov, bodo v prihodnosti nujni ukrepi prilagajanja. Za pripravo in izvajanje ukrepov niso dovolj podatki o že zaznanih spremembah podnebja, ampak je potrebno poznati, kako se bo to spreminjalo v prihodnosti. Kakovostni podatki so temelj za uč inkovito nač rtovanje ukrepov prilagajanja spremenjenim podnebnim razmeram, da se tako hitreje in uč inkoviteje odzivamo na potrebe naše družbe ter prispevamo k več ji varnosti in blaginji ljudi, zašč iti okolja, narave in premoženja, trajnostni oskrbi z naravnimi viri ter uč inkovitejšemu gospodarstvu. Že pretekle spremembe podnebja kažejo, da lahko zaradi reliefne in podnebne pestrosti Slovenije prič akujemo različ ne podnebne spremembe med posameznimi območ ji Slovenije (Vertač nik in Bertalanič , 2017). Teh pa iz podnebnih projekcij, ki so bile pripravljene na * Agencija Republike Slovenije za okolje, Vojkova cesta 1b, 1000 Ljubljana, Slovenija 76 ravni Evrope (EEA, 2017; Kirtman et al., 2013), zaradi nizke prostorske loč ljivosti ne moremo razloč iti. Slovenija leži na prehodnem območ ju med Sredozemljem z velikim poveč anjem izredno vroč ih poletnih dni in severnim ter vzhodnim delom Evrope z izrazitim popušč anjem mraza v najhladnejših zimskih dneh (Kirtman et al., 2013). Prav tako smo pri padavinah na prehodu med Sredozemljem z verjetnim zmanjšanjem letne višine padavin in pogostejšimi sušami ter severnejšimi kraji s poveč anjem letne višine padavin (Kirtman et al., 2013). Zato je bila potreba po podnebnih projekcijah na lokalni ravni še toliko več ja. To je bila ena glavnih motivacij, da smo leta 2016 na Agenciji Republike Slovenije za okolje (ARSO) zač eli obsežen projekt priprave podnebnih projekcij za Slovenijo, ki smo ga poimenovali Ocena podnebnih sprememb za Slovenijo v 21. stoletju (OPS21). V okviru projekta smo ocenili spremembe najpomembnejših podnebnih spremenljivk ter vpliv teh sprememb na rastne in hidrološke razmere (Bertalanič et al., 2018). Projekt je podprlo Ministrstvo za okolje in prostor s sredstvi Sklada za podnebne spremembe. Spremembe temperature zraka in padavin so temelj za prouč evanja vplivov vseh ostalih spremenljivk. V prvem delu projekta smo analizirali spremembe teh dveh spremenljivk, njunih izjemnih vrednosti in izpeljanih podnebnih kazalnikov, rezultate pa povzemamo v nadaljevanju č lanka. V zač etnem delu č lanka so predstavljeni podatki, na katerih temeljijo projekcije temperature in padavin. Sledi kratek povzetek metodologije, ki smo jo uporabljali za analizo sprememb podnebnih spremenljivk. V tem delu predstavljamo tudi metodologijo, ki smo jo razvili za prikaz zanesljivosti sprememb. Č lanek zaključ ujemo z loč enim pregledom sprememb temperaturnih in padavinskih spremenljivk. Podatki Scenariji izpustov toplogrednih plinov Ocena podnebnih sprememb zahteva podatke o prihodnjih vsebnostih toplogrednih plinov v ozrač ju. Narašč anje njihove vsebnosti velja za glavni dejavnik sprememb podnebja od industrijske revolucije naprej. Vsebnost toplogrednih plinov v ozrač ju je moč no odvisna od razvoja družbe in gospodarstva v 21. stoletju. V letih 2007–2010 je svetovna znanstvena skupnost določ ila štiri scenarije znač ilnih potekov vsebnosti toplogrednih plinov (ang. Representative Concentration Pathway, RCP; Van Vuuren et al., 2011). Ti zagotavljajo dosledno rabo zač etnega stanja podnebja, zgodovinskih podatkov in projekcij vsebnosti toplogrednih plinov v različ nih raziskovalnih skupinah in zato omogoč ajo dopolnjujoč e, predvsem pa primerljive rezultate raziskav prihodnjega podnebja. V nasprotju s preteklimi scenariji izpustov, ki niso ustrezno prouč ili možnosti, kot so blaženje podnebnih sprememb, ranljivost in prilagajanje nanje, scenariji znač ilnih potekov vsebnosti toplogrednih plinov vključ ujejo posodobljene podatke o nedavnih izpustih in upoštevajo vpliv različ nih podnebnih politik na poteke vsebnosti v 21. stoletju. Loč imo jih po številč ni oznaki neto sevalnega prispevka leta 2100, ki pomeni merilo spremembe Zemljinega energetskega ravnovesja glede na predindustrijsko dobo (oziroma podnebja okrog leta 1750). To merilo je razlika energije sevanja na vrhu Zemljinega ozrač ja in energije, izsevane nazaj v vesolje. Scenariji izpustov skupaj obsegajo razpon možnih vrednosti sevalnega prispevka v letu 2100 od 2,6 do 8,5 W m –2 (slika 1). Temeljijo na celotnem razponu možnih podnebnih strategij v 21. stoletju, povzetih po uporabljeni literaturi: scenarij z vključ enim hitrim in izrazitim blaženjem podnebnih sprememb (RCP2.6), dva stabilizacijska scenarija (RCP4.5 in RCP6.0) in scenarij z zelo visokim izpustom toplogrednih plinov (RCP8.5). 77 Scenarij RCP2.6 predvideva aktivno politiko blaženja podnebnih sprememb in posledič no zelo nizke izpuste toplogrednih plinov, z viškom na zač etku 21. stoletja in kasnejšim znatnim upadom. Skladno s tem sevalni prispevek doseže vrh v prvi polovici 21. stoletja pri 3,0 W m –2 , do konca stoletja pa upade na 2,6 W m –2 . Za dosego te ravni sevalnega prispevka bi bilo potrebno takojšnje obč utno zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov. Stabilizacijski scenarij RCP4.5, ki na podlagi trenutnega stanja velja za zmerno optimistič nega, z zač etkom druge polovice 21. stoletja predvideva postopno zmanjševanje izpustov in ustalitev sevalnega prispevka kmalu po letu 2100 pri vrednosti 4,5 W m –2 . Podobno se tudi pri stabilizacijskem scenariju RCP6.0 sevalni prispevek z uporabo različ nih tehnologij in strategij za zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov ustali kmalu po letu 2100, ko doseže vrednost 6,0 W m –2 . Najskrajnejši scenarij, brez predvidenega blaženja podnebnih sprememb, je RCP8.5, ki predvideva visok izpust toplogrednih plinov in posledič no narašč anje njihove vsebnosti tudi po letu 2100, ob koncu stoletja pa sevalni prispevek znaša 8,5 W m –2 . Scenarij je energetsko intenziven, kar je posledica predvidene visoke rasti prebivalstva in nižje stopnje tehnološkega razvoja. Slika 1: Znač ilni poteki vsebnosti toplogrednih plinov (RCP). Zelena: RCP2.6, rdeč a: RCP4.5, č rna: RCP6 in modra: RCP8.5. Številka izraža neto sevalni prispevek konec 21. stoletja. Scenarija RCP4.5 in RCP2.6 se stabilizirata pri označ enem sevalnem prispevku po letu 2100. Podnebne projekcije za Slovenijo smo pripravili za tri različ ne scenarije znač ilnih potekov vsebnosti, RCP2.6, RCP4.5 in RCP8.5, s poudarkom na zmerno optimistič nem RCP4.5. Izbrani scenariji podajajo več ji del možnega razpona podnebnih sprememb v Sloveniji, dejanske spremembe pa bodo odvisne od družbenogospodarskega razvoja in podnebnih politik v 21. stoletju na svetovni ravni. Podatki modelskih simulacij Podnebne projekcije, ki smo jih pripravili v okviru OPS21, temeljijo na simulacijah regionalnih podnebnih modelov. Zaradi negotovosti podnebnih simulacij je bilo potrebno za izdelavo podnebnih projekcij upoštevati simulacije več jega števila modelov. Zaradi sistematič nega in usklajenega pristopa k modeliranju podnebja so bili za naš namen najprimernejši podatki projekta EURO-CORDEX (ang. Coordinated Downscalling Experiment – European Domain). EURO-CORDEX je evropska veja mednarodne pobude 78 CORDEX, projekta Svetovni program za raziskave podnebja (ang. World Climate Research Programme), ki naj bi organiziral mednarodno usklajeno mrežo za izrač un regionalnih projekcij podnebnih sprememb za vse dele sveta. Projekt EURO-CORDEX je prostovoljen. V projektu so in še bodo izrač unali ansambelske simulacije podnebja na množici dinamič nih in empirič no-statistič nih regionalnih podnebnih modelov, katerih vhodni podatki so izrač uni globalnih podnebnih modelov (ang. Global Climate Model oz. General Circulation Model, GCM) projekta Primerjava sklopljenih modelov, 5. stopnja (ang. Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5) do leta 2100. GCM oziroma modeli splošne cirkulacije so globalni numerič ni modeli podnebnega sistema, uporabni za prouč evanje podnebnih sprememb na svetovni ravni. Opisujejo različ ne dele podnebnega sistema, njihove medsebojne nelinearne vplive in povratne vezi med njimi. Za izrač un projekcij prihodnjega podnebja uporabljajo kot robne pogoje podatke izbranih scenarijev izpustov toplogrednih plinov, za simulacije preteklega podnebja pa v preteklosti izmerjene vrednosti meteoroloških spremenljivk. Rač unsko so ti modeli zelo zahtevni. Vodoravna prostorska loč ljivost modelov je trenutno od 100 do 500 km, č asovna loč ljivost pa 6 ur. Zaradi sorazmerno grobe prostorske in č asovne loč ljivosti GCM niso dovolj za oceno podnebne spremenljivosti na regionalni in lokalni ravni. Za opis lokalnih posledic svetovne spremembe podnebja je potreben prerač un rezultatov GCM na lokalno raven, eden od nač inov je z uporabo regionalnih podnebnih modelov (ang. Regional Climate Models, RCM). Ti uporabljajo rezultate simulacij GCM kot vhodne podatke oziroma robne pogoje. Njihova vodoravna prostorska loč ljivost je približno 10–50 km. RCM nekatere pomembne procese upoštevajo neposredno (npr. parametrizacijske sheme, prilagojene več ji loč ljivosti, kroženje zraka v gorah, medsebojno vplivanje kopnega in morja), zato simulirajo podrobnejše znač ilnosti regionalnega in lokalnega podnebja. Projekt EURO-CORDEX še poteka. Regionalne podnebne projekcije za Evropo so ne glede na izbrani regionalni podnebni model izrač unane nad enotnim območ jem, v enaki modelski mreži in v dveh vodoravnih loč ljivostih: • podrobnejša EUR-11 – pravilna mreža z razmikom med rač unskimi toč kami 0,11° (na geografski širini Slovenije približno 12,5 km) in • splošna EUR-44 – pravilna mreža z razmikom toč k 0,44° (na geografski širini Slovenije približno 50 km). Podatki so predstavljeni v zavrteni geografski projekciji (ang. rotated pole coordinate system). Modelska mreža zajema območ je približno med 27° in 72° severne geografske širine ter od 22° zahodne do 45° vzhodne geografske dolžine. Simulacije upoštevajo novejše scenarije izpustov toplogrednih plinov RCP. Izrač uni različ nih modelov v projektu EURO-CORDEX se razlikujejo predvsem zaradi razlik v parametrizacijskih shemah, ki simulirajo fizikalne procese na ravni, manjši od prostorske loč ljivosti modelov (npr. kratkovalovno sevanje ter nastanek oblakov in padavin). Pomembne so tudi razlike v modelski predstavitvi Zemljinega površja (npr. digitalni model višin, modeli znač ilnosti površja, informacije o rabi tal itd.), številu navpič nih nivojev, numerič nih shemah reševanja diferencialnih enač b itd. Na zač etku leta 2016, ko smo zač eli pripravljati podnebne projekcije za Slovenijo, je bilo na voljo po 14 simulacij za scenarija RCP4.5 in RCP8.5 ter dve za scenarij RCP2.6. Simulacije za scenarij RCP6.0 niso bile na voljo. Za oceno negotovosti podnebnih projekcij smo analizirali zbirko, ansambel izrač unov različ nih modelov. Zaradi zahtevnosti analize velikega števila podnebnih modelov in da nesorazmerna zastopanost različ nih modelov ne bi popač ila rezultatov analize, smo izbrali nekaj regionalnih modelov, ki prikazujejo podoben razpon odziva podnebnega sistema kot ansambel vseh modelov, ki so bili na voljo. Pri izboru je bilo pomembno tudi to, da so se rezultati posameznih modelov 79 dobro ujemali z meritvami v primerjalnem obdobju 1981–2010. Od 14 kombinacij globalnih in regionalnih podnebnih modelov smo jih izbrali šest (preglednica 1). V izbranih ansamblih nastopa v različ nih kombinacijah 5 globalnih in 5 regionalnih modelov. Preglednica 1: Seznam simulacij, katerih izrač une smo uporabili za pripravo projekcij. Podani so: ustanova, ki je izvedla simulacijo, ter imeni globalnega (GCM) in regionalnega (RCM) modela. Č e smo simulacijo za določ eni scenarij RCP uporabili pri analizi, je v ustreznem polju križec. Ustanova GCM RCM RCP2.6 RCP4.5 RCP8.5 CLMcom CNRM-CM5-LR CCLM4-8-17 x x CLMcom MPI-ESM-LR CCLM4-8-17 x x DMI EC-EARTH HIRHAM5 x x x IPSL-INERIS IPSL-CM5A-MR WRF331F x x KNMI HadGEM2-ES RACMO22E x x x SMHI MPI-ESM-LR RCA4 x x Metodologija Modelske simulacije podnebja Kot je opisano že v poglavju o podatkih, smo za pripravo projekcij uporabili ansambel simulacij podnebnih modelov, s pomoč jo katerih nismo ocenili le sprememb posamezne spremenljivke, ampak tudi njeno zanesljivost. Ker smo poleg analize povpreč nega podnebja želeli analizirati tudi spremembe v izjemnih vremenskih dogodkih na lokalni ravni, smo uporabili dnevne modelske podatke. V prvem koraku, še pred izborom modelov iz baze EURO-CORDEX, smo morali preveriti, kako uspešni so posamezni modeli pri simulaciji podnebja nad Slovenijo. Na podlagi teh ocen smo izbrali manjši ansambel najboljših modelov in analizirali njihove rezultate. Metodologija ocene podnebnih sprememb projekta OPS21 je bila tako sestavljena iz naslednjih korakov (slika 2): • Priprava izmerjenih podatkov v modelski mreži (Bertalanič et al., 2018). • Priprava izrač unov simulacij regionalnih podnebnih modelov za različ ne scenarije izpustov toplogrednih plinov (RCP2.6, RCP4.5 in RCP8.5). • Izbor primernih regionalnih podnebnih modelov in popravki njihovih pristranskosti (Medved in Vertač nik, 2019). • Priprava ustrezne podatkovne zbirke podnebnih scenarijev in orodij za dostop do podatkov. • Analiza podatkov izbranih regionalnih podnebnih modelov in ocena skladnosti ugotovljenih sprememb oz. združevanje rezultatov modelov ansambla v enotno oceno podnebnih sprememb za posamezni scenarij toplogrednih plinov. Metodološko najzahtevnejši del je bil popravljanje pristranskosti modelov, ki je podrobno opisan v loč enem č lanku (Medved in Vertač nik, 2019). Popravljene modelske simulacije smo nato analizirali za vsak model ansambla posebej in po toč kah modelske mreže. Za izbran scenarij izpustov smo za vsak model in vsako toč ko modelske mreže ocenili spremembo v prihodnosti. Spremembo smo analizirali s primerjavo rezultatov s preteklim primerjalnim obdobjem (1981–2010) za enega od treh projekcijskih obdobij: • bližnjo prihodnost (2011–2040), • sredino stoletja (2041–2070) in • konec stoletja (2071–2100). 80 Slika 2: Shematski prikaz priprave podnebnih projekcij projekta OPS21 Statistič no zanesljivost spremembe povpreč nih vrednosti smo ocenili s testiranjem nič elne hipoteze, da do spremembe ni prišlo. Spremembe smo ocenili na letni ravni, ker pa so pri nekaterih spremenljivkah bistvene razlike v spremembah med letnimi č asi, smo jih ocenili tudi na ravni meteoroloških letnih č asov. Letne č ase smo opredelili kot naslednja tromeseč ja: • pomlad (marec, april, maj), • poletje (junij, julij, avgust), • jesen (september, oktober, november) in • zimo (december, januar, februar). Ocena zanesljivosti sprememb Statistič ne teste oz. preverjanje hipotez smo naredili po modelskih toč kah za vsak model in vsak scenarij izpustov posebej. Rezultat je statistič na zanesljivost ugotovljene spremembe za vsak model ansambla v vsaki toč ki modelske mreže. Statistič no zanesljivost izrač unanih sprememb smo izrač unali z Mann–Whitney–Wilcoxonovim testom pri stopnji znač ilnosti 10 %. Rezultati v izbrani modelski toč ki se med modeli ansambla razlikujejo. Uporaba ansamblov podnebnih modelov lahko zato vodi do širokega razpona ocene podnebnih sprememb. Da bi zgostili informacijo bodoč ih sprememb, smo uvedli skladnost ansamblske projekcije. Skladnost je definirana kot soglasnost modelskih simulacij bodoč ih sprememb, še posebej, č e so te spremembe statistič no znač ilne. Za oceno skladnosti ansambla smo vzeli naslednje merilo: ocena ansambla je označ ena kot skladna, č e je statistič no znač ilna za vsaj polovico modelov ansambla, pri č emer morajo znač ilne spremembe imeti isti predznak. Č e kažejo modeli ansambla znač ilno spremembo z obema predznakoma, je ocena ansambla skladna le, č e je absolutna razlika 81 med številom modelov z znač ilno spremembo različ nih predznakov več ja ali enaka polovici modelov v ansamblu. Na opisani nač in smo za posamezno spremenljivko in podnebni scenarij ocenili zanesljivost sprememb na podlagi statistič ne zanesljivosti za vseh šest modelov ansambla. Loč ili smo med tremi vrstami zanesljivosti. Skladna ocena ansambla, kjer se več ina modelov ujema v predznaku statistič no znač ilne spremembe, je definirana kot visoka zanesljivost spremembe. Neskladno oceno, kjer si modeli nasprotujejo glede smeri spremembe, spremembe v obe smeri pa so statistič no znač ilne in lahko tudi zelo velike, smo označ ili kot nizko zanesljivost spremembe. Primere, ko več ina modelov ansambla kaže statistič no neznač ilne spremembe, pa smo označ ili, da so brez spremembe, saj so v teh primerih zaznane spremembe manjše od naravne spremenljivosti. Rezultati Spremembe temperature Temperature zraka v Sloveniji bo skozi 21. stoletje narašč ala, velikost dviga pa je zelo odvisna od scenarija izpustov toplogrednih plinov (slika 3). V primeru optimistič nega scenarija izpustov (RCP2.6) bo temperatura do konca stoletja v primerjavi z obdobjem 1981–2010 zrasla za približno 1,3 °C, v primeru zmerno optimistič nega scenarija izpustov (RCP4.5) za približno 2 °C, v primeru pesimistič nega scenarija izpustov (RCP8.5) pa za približno 4,1 °C. Po prvih dveh scenarijih, ki predvidevata zmanjšanje izpustov, temperatura sprva narašč a in se konec 21. stoletja ali kmalu po njem ustali, po pesimistič nem scenariju pa se narašč anje temperature proti koncu stoletja stopnjuje. Proti koncu 21. stoletja se stopnjuje tudi negotovost. V bližnji prihodnosti so temperaturna odstopanja od primerjalnega obdobja med posameznimi scenariji izpustov še primerljiva, potem pa se č asovni poteki loč ijo. Slika 3: Č asovni potek odklona povpreč ne temperature zraka od primerjalnega obdobja 1981–2010 za Slovenijo na letni ravni za tri scenarije izpustov. Debele č rte prikazujejo glajen signal, ovojnice pa glajen razpon negotovosti. 82 Slika 4: Srednja sprememba povpreč ne temperature po letnih č asih in na letni ravni glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za zmerno optimistič ni RCP4.5 (levo) in pesimistič ni RCP8.5 (desno) scenarij. Vse spremembe temperature imajo visoko stopnjo zanesljivosti (Bertalanič et al., 2018). Narašč anje temperature je prostorsko precej enakomerno, razlikuje pa po letnih č asih (slika 4). Narašč anje temperature je za Slovenijo predvideno v vseh letnih č asih, vendar je za zimo podnebni signal ob koncu stoletja tako na državni kot na regionalni ravni izrazitejši od povpreč nega letnega podnebnega signala. Predvsem v severnem in vzhodnem delu Slovenije bo temperatura pozimi narašč ala hitreje od letnega povpreč ja. Izrazitejša sprememba se kaže predvsem pri pesimistič nem scenariju. Dvig temperature bo moč no poveč al toplotno obremenitev. Izjemne razmere spremljamo s temperaturnimi kazalniki, npr. kazalniki izjemne vroč ine ali mraza. Analiza kazalnikov kaže, da bodo spremembe povpreč nih razmer spremljale spremembe v skrajnostih (vroč i dnevi, ledeni dnevi ipd.). Obeta se nam veliko več je število vroč ih dni (z najvišjo temperaturo nad 30 °C) kot doslej (slika 5), v primeru zmerno optimistič nega scenarija za približno 11 dni, v primeru pesimistič nega scenarija izpustov pa za približno 27 dni v slovenskem povpreč ju. V vseh scenarijih izpustov se bo poveč alo število in trajanje vroč inskih valov. V primeru zmerno optimistič nega scenarija izpustov bomo imeli konec stoletja povpreč no vsaj en vroč inski val letno, ki bo po jakosti primerljiv ali hujši od vroč inskega vala, ki smo ga imeli poleti 2003. Vroč i dnevi se utegnejo pojaviti precej više kot doslej, na meji visokogorja. Število hladnih (dnevna najnižja temperatura pade pod 0 °C) in ledenih (dnevna najvišja temperatura ne preseže 0 °C) se bo precej zmanjšalo (Bertalanič et al., 2018). Največ ji upad števila ledenih oziroma hladnih dni v prihodnosti prič akujemo v visokogorju in na prehodu med Primorsko in osrednjo Slovenijo. 83 Slika 5: Sprememba števila vroč ih dni (nad 30 °C) na leto glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za zmerno optimistič ni RCP4.5 (levo) in pesimistič ni RCP8.5 (desno) scenarij. Levi stolpec vsakega scenarija prikazuje srednjo vrednost spremembe števila vroč ih dni, desni pa znač ilnost spremembe. Zelena pomeni, da so spremembe znotraj naravne spremenljivosti, oranžna, da so spremembe zanesljive, siva pa, da so nezanesljive. Spremembe padavin V nasprotju s temperaturo so scenariji za spremembe padavin manj zanesljivi, saj so te č asovno in prostorsko bolj raznolike. Optimistič ni scenarij izpustov (RCP2.6) na letni in državni ravni v nobenem obdobju ne predvideva statistič no znač ilnih sprememb. V primeru zmerno optimistič nega scenarija izpustov (RCP4.5) višina padavin vseskozi raste, v zač etnem obdobju na letni ravni so spremembe zelo majhne, vendar se signal z odmikom v prihodnost stopnjuje (slika 6). Pesimistič ni scenarij izpustov (RCP8.5) sprva predvideva narašč anje padavin po vsej državi, v drugi polovici 21. stoletja pa se negotovost signala moč no poveč a. Slika 6: Č asovni potek kazalnika višine padavin glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za Slovenijo na letni ravni za tri scenarije. Debele č rte prikazujejo glajen signal, ovojnice pa glajen razpon negotovosti. 84 Tudi prostorsko so projekcije manj homogene kot pri temperaturi (slika 7). Z zač etkom sredine stoletja se bo območ je relativnega narašč anja padavin na letni ravni zač elo širiti z vzhoda na zahod, vendar je sprememba zanesljiva le na skrajnem severovzhodu. Do leta 2100 je na celotnem območ ju Slovenije z izjemo Julijskih Alp prič akovan porast povpreč nih letnih padavin za približno 10 % glede na obdobje 1981–2010, pri č emer je sprememba bolj zanesljiva v vzhodni polovici Slovenije. Slika 7: Srednja sprememba povpreč ne višine padavin po letnih č asih in za obdobje celega leta v treh projekcijskih obdobjih glede na obdobje 1981–2010 za zmerno optimistič ni (levo) in pesimistič ni scenarij (desno). Prikazan je relativni odklon višine padavin od povpreč ja v primerjalnem obdobju 1981–2010. Na sezonski ravni je signal spremembe padavin po velikosti bolj izražen. V primeru zmerno optimistič nega scenarija (RCP4.5) bo narašč anje padavin najbolj izrazito pozimi, za kar je zanesljivost deloma visoka (slika 8). Spomladi in jeseni signal prav tako kaže narašč anje padavin, vendar manj zanesljivo. Poleti različ ni modeli kažejo bodisi majhne spremembe bodisi spremembe v različ ni smeri, zato je signal spremembe majhen ali negotov (slika 9). Po pesimistič nem scenariju (RCP8.5) so signali sprememb za pomlad, jesen in zimo podobni kot v zmerno optimistič nem scenariju, pri č emer je signal za poveč anje zimskih padavin še bolj izražen in zanesljiv kot v zmerno optimistič nem scenariju (slika 8). Tudi za pesimistič ni scenarij izpustov je podobno kot za zmerno optimistič ni scenarij signal spremembe padavin poleti v zač etnih obdobjih zelo majhen, proti koncu stoletja pa zelo negotov (slika 9). Z izjemo poletja je v drugih letnih č asih ob koncu stoletja predvidena več ja višina padavin, vendar z gotovostjo lahko potrdimo le signal za zimo. Jakost in pogostost izjemnih padavin se bosta poveč ali, bolj po pesimistič nem scenariju (RCP8.5) (Bertalanič et al., 2018). Nalivi z danes izjemno jakostjo bodo postali obič ajnejši. Število padavinskih dni se bo po zmerno optimistič nem scenariju (RCP4.5) 85 zmanjšalo samo sredi stoletja in to poleti, po pesimistič nem scenariju pa na letni ravni že sredi stoletja, do konca stoletja pa se bo signal še stopnjeval. Slika 8: Sprememba višine zimskih padavin glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za zmerno optimistič ni RCP4.5 (levo) in pesimistič ni RCP8.5 (desno) scenarij. Levi stolpec vsakega scenarija prikazuje srednjo vrednost spremembe padavin, desni pa znač ilnost spremembe. Zelena pomeni, da je sprememba manjša ali enaka naravni spremenljivosti zimskih padavin, oranžna, da so spremembe zanesljive, siva pa, da so nezanesljive. Slika 9: Sprememba višine poletnih padavin glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za zmerno optimistič ni RCP4.5 (levo) in pesimistič ni RCP8.5 (desno) scenarij. Levi stolpec vsakega scenarija prikazuje srednjo vrednost spremembe padavin, desni pa znač ilnost spremembe. Zelena pomeni, da je sprememba manjša ali enaka naravni spremenljivosti poletnih padavin, oranžna, da so spremembe zanesljive, siva pa, da so nezanesljive. 86 Dnevi s srednje intenzivnimi dnevnimi padavinami (več kot 10 mm), ki so danes precej pogosti na alpsko-dinarski pregradi, bodo na vzhodu pogostejši (Bertalanič et al., 2018). Po zmerno optimistič nem scenariju (RCP4.5) se bo njihovo število obč utno poveč alo šele ob koncu stoletja, medtem ko se v primeru pesimistič nega scenarija (RCP8.5) obč utno poveč anje kaže že sredi stoletja. Dnevi z intenzivnejšimi padavinami (nad 20 mm), ki se danes v več ini Slovenije ne pojavljajo pogosto, bodo po zmerno optimistič nem scenariju (RCP4.5) pogostejši že sredi stoletja, do konca stoletja pa se bo poveč anje še stopnjevalo (slika 10, levo). Spremembe so statistič no zanesljive najprej na vzhodu Slovenije, do konca stoletja pa po vsej državi, z izjemo alpsko-dinarske pregrade. Največ ji del poveč anja takšnih dni gre na rač un poveč anja jeseni in pozimi. Še več je spremembe so predvidene za pesimistič ni scenarij (RCP8.5), ko se bo število takšnih dni poveč alo sredi in konec stoletja po celotni državi, z izjemo alpsko-dinarske pregrade (slika 10, desno). Slika 10: Sprememba števila dni na leto s padavinami nad 20 mm glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za zmerno optimistič ni RCP4.5 (levo) in pesimistič ni RCP8.5 (desno) scenarij. Levi stolpec vsakega scenarija prikazuje srednjo vrednost spremembe števila dni, desni pa znač ilnost spremembe. Zelena pomeni, da je sprememba manjša ali enaka naravni spremenljivosti števila dni s padavinami nad 20 mm, oranžna, da so spremembe zanesljive, siva pa, da so nezanesljive. Zaključ ki Za pripravo strokovnih podlag za prilagajanje na podnebne spremembe v Sloveniji je ključ no poznavanje pretekle podnebne spremenljivosti in ocenjevanje prihodnjih podnebnih razmer. Projekcije sprememb temperaturnih in padavinskih razmer kažejo, da se bodo te ne glede na scenarij izpustov toplogrednih plinov izrazile v tolikšni meri, da bo prilagajanje nanje nujno. 87 Narašč anje temperature zraka se bo v Sloveniji v 21. stoletju nadaljevalo, velikost dviga pa je odvisna od scenarija izpustov toplogrednih plinov. Dvig temperature bo moč no poveč al toplotno obremenitev. Višina padavin na letni ravni in pozimi se bo po zmerno optimistič nem in pesimistič nem scenariju izpustov sredi ali konec 21. stoletja znatno poveč ala. Kazalniki, s katerimi merimo izjemne padavine, kažejo, da se bosta poveč ali tako jakost kot pogostost izjemnih padavin, poveč anje pa bo najbolj izrazito v primeru pesimistič nega scenarija izpustov. Literatura Bertalanič , R., Dolinar, M., Draksler, A., Honzak, L., Kobold, M., Kozjek, K., Lokošek, N., Medevd, A., Vertač nik, G., Vlahović , Ž., Žust, A. (2018). Ocena podnebnih sprememb v Sloveniji do konca 21. stoletja. Sintezno poroč ilo - prvi del. Ministrstvo za okolje in prostor, Agencija Republike Slovenije za okolje, Ljubljana, 156 p. EEA. (2017). Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2016: An indicator-based report. Office for Official Publications of the European Union, Luxembourg, 420 p. Kirtman, B., Power, S. B., Adedoyin, J. A., Boer, G. J., Bojariu, R., Camilloni, I., . . . Wang, H. J. (2013). Near-term Climate Change: Projections and Predictability. In: T. F. Stocker, D. Qin, G. K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, . . . (Ed.), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge in New York, 953–1028. van Vuuren, D., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., . . . Rose, S. (2011). The representative concentration pathways: an overview. Climatic Change, 109, 5–31. Vertač nik, G., Bertalanič , R. (2017). Podnebna spremenljivost Slovenije v obdobju 1961–2011: Znač ilnosti podnebja v Sloveniji. Agencija Republike Slovenije za okolje, Ljubljana, 198 p. Medved, A., Vertač nik, G. (2019). Odprava pristranskosti v regionalnih podnebnih modelih. Zbornik raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2018, Ljubljana, 61-74. 89 Scenariji spremembe pretokov rek v Sloveniji do konca 21. stoletja Mira Kobold * , Nejc Gač nik ** , Jaka Pleč ko ** , Aleksandar Vujinović ** , Katja Klanč ar ** Povzetek Scenariji bodoč ih sprememb hidroloških razmer so pripravljeni v okviru projekta Ocena podnebnih sprememb za Slovenijo do konca 21. stoletja (OPS21), ki ga finanč no podpira Ministrstvo za okolje in prostor iz Sklada za podnebne spremembe. Spremembe hidroloških razmer za srednje, male in velike pretoke so prikazane za letni nivo za tri 30-letna obdobja v prihodnosti (2011–2040, 2041– 2070 in 2071–2100) v primerjavi z referenč nim obdobjem 1981–2010. Projekcije sprememb kažejo smer sprememb in velikostno stopnjo teh sprememb za tri scenarije izpustov toplogrednih plinov: optimistič ni scenarij, zmerno optimistič ni in pesimistič ni scenarij. Več jih sprememb srednjih letnih pretokov v Sloveniji v primerjavi z obdobjem 1981–2010 po vseh omenjenih scenarijih ni prič akovati, z izjemo severovzhoda, kjer bi se pretoki pri zmerno optimistič nem scenariju izpustov do konca stoletja lahko poveč ali do 30 %. Srednje letne konice se bodo po vseh treh scenarijih v primerjavi z obdobjem 1981–2010 poveč ale povsod po državi, v povpreč ju od 20 do 30 %. Spremembe srednjih malih pretokov so prostorsko neenotne in signali sprememb nezanesljivi, le ponekod v severni polovici Sloveniji kažejo na znač ilno poveč anje malih pretokov. Ključ ne besede: podnebne spremembe, hidrološki model, spremembe pretokov rek, negotovost Key words: climate change, hydrological model, changes in river flows, uncertainty Uvod Agencija Republike Slovenije za okolje (ARSO) od leta 2016 izvaja projekt Ocena podnebnih sprememb za Slovenijo do konca 21. stoletja (OPS21). V letu 2018 so bili v sinteznem poroč ilu (Bertalanič in sod., 2018) zbrani prvi rezultati projekta OPS21. Ti se nanašajo na oceno povpreč ne spremembe najpomembnejših podnebnih spremenljivk in vpliv teh sprememb na rastne razmere in hidrološke spremenljivke. Sredstva za izvajanje projekta in vključ evanje zunanjih sodelavcev zagotavlja Ministrstvo za okolje in prostor iz Sklada za podnebne spremembe. V okviru projekta so že bile poleg ocen sprememb najpomembnejših podnebnih spremenljivk izdelane tudi ocene sprememb za hidrološke spremenljivke, saj imajo podnebne spremembe vpliv na celoten vodni krog in s tem tudi na odtok površinskih voda. Ocene predvidenih sprememb za posamezne spremenljivke so bile narejene za tri različ ne scenarije izpustov toplogrednih plinov oziroma znač ilne poteke vsebnosti toplogrednih plinov (RCP – Representative Concentration Pathways, Van Vuuren in sod., 2011): optimistič ni scenarij RCP2.6, zmerno optimistič ni RCP4.5 in pesimistič ni scenarij RCP8.5. Scenarij RCP2.6 predvideva, da bo politika omejevanja izpustov zelo hitra in uspešna, RCP4.5 predvideva, da se bodo izpusti toplogrednih plinov sprva še poč asi poveč evali, nato pa sredi in proti koncu 21. stoletja zmanjševali. Scenarij RCP8.5 več jih uspehov pri omejevanju izpustov ne predvideva, zato se po tem scenariju izpusti skozi celotno 21. stoletje poveč ujejo. * Agencija Republike Slovenije za okolje, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana, Slovenija ** zunanji sodelavci 90 Scenariji podnebnih sprememb (Bertalanič in sod., 2018) za temperaturo zraka z visoko gotovostjo kažejo, da bo ta v Sloveniji do konca 21. stoletja v primerjavi z obdobjem 1981–2010 še naprej narašč ala, v primeru zmerno optimistič nega scenarija izpustov RCP4.5 za približno 2 °C, v primeru pesimistič nega scenarija izpustov RCP8.5 pa za približno 4,1 °C. Za padavine podnebni scenariji kažejo več jo negotovost, se pa signali z odmikom v prihodnost stopnjujejo. V primeru obeh scenarijev izpustov RCP4.5 in RCP8.5 bo povpreč no poveč anje letnih padavin konec stoletja v primerjavi z obdobjem 1981–2010 do 20 %. Še bolj se bodo padavine poveč ale pozimi, nekoliko bolj na vzhodu države. Pri izjemnih padavinah se bosta poveč ali tako jakost kot pogostost padavin. Vplive podnebnih sprememb na pretok površinskih voda smo izvedli s simulacijo pretokov s hidrološkim modelom. Vhodni podatki v model so bili modelski parametri (padavine, temperatura zraka in evapotranspiracija) šestih regionalnih podnebnih modelov projekta EURO-CORDEX, ki so bili izbrani za območ je Slovenije (preglednica 1) in zaradi sistematič nih napak pred uporabo ustrezno popravljeni (Bertalanič in sod., 2018). Za optimistič ni scenarij RCP2.6 so bile na voljo simulacije samo dveh modelov, za ostala dva scenarija, RCP4.5 in RCP8.5, pa simulacije podnebnih spremenljivk vseh šestih modelov (preglednica 1). Preglednica 1: Seznam podnebnih modelov, katerih podatke smo uporabili v hidrološkem modelu (Bertalanič in sod., 2018). Globalni podnebni model (GCM) Regionalni podnebni model (RCM) RCP2.6 RCP4.5 RCP8.5 CNRM-CM5-LR CCLM4-8-17 x x MPI-ESM-LR CCLM4-8-17 x x EC-EARTH HIRHAM5 x x x IPSL-CM5A-MR WRF331F x x HadGEM2-ES RACMO22E x x x MPI-ESM-LR RCA4 x x x - simulacija za določ eni scenarij RCP V projekcijah podnebnih sprememb so simulacije prihodnjega podnebja obremenjene z negotovostmi, ki izvirajo iz lastnosti podnebja in njegove naravne spremenljivosti. Druga negotovost je posledica orodij in modelov, ki jih uporabljamo za raziskovanje prihodnjega podnebja (Bertalanič in sod., 2018). Rezultati projekta OPS21 so podani v obliki sprememb za tri 30-letna obdobja v prihodnosti (2011–2040, 2041–2070 ter 2071–2100) glede na primerjalno obdobje 1981– 2010. To je obdobje, ki ga za referenč no obdobje priporoč a Svetovna meteorološka organizacija. Za projekcije sprememb hidroloških razmer smo iz modelskih podatkov srednjih dnevnih pretokov izbrali letne statistike srednjih, malih in velikih pretokov, ki se najpogosteje uporabljajo v hidroloških analizah. Srednji letni pretok (Qs) predstavlja povpreč no letno količ ino vode, ki teč e skozi določ en profil vodotoka. Srednji pretok v določ enem obdobju (sQs) je povpreč je srednjih letnih vrednosti pretoka v obdobju na določ enem profilu vodotoka. Izraža se v m 3 /s. Male pretoke zaznavamo v strugi vodotoka, ko dalj č asa ni padavin ali taljenja snežne odeje in so odtoki posledica izcejanja podzemnih voda. S kazalniki malih pretokov opisujemo sušno obnašanje posameznih vodotokov. Srednji mali pretok v obdobju (sQnp) je več letno povpreč je najnižje vrednosti srednjega dnevnega pretoka v letu (Qnp) na določ enem profilu vodotoka. Ob več ji količ ini padavin zač ne pretok vode v vodotokih narašč ati, precej hitro doseže maksimum in nato postopoma 91 upada. Za kazalnik največ jih letnih vrednosti, ki služi za analize poplavnih pretokov in poplav, se obič ajno vzame največ ji pretok v letu (visokovodna konica). Pretoki rek in trendi v obdobju meritev Pretoki rek se s č asom neprestano spreminjajo. Č asovna spremenljivost pretokov rek v Sloveniji je velika. Dejavniki, ki vplivajo na hidrološko dogajanje in pretoč ni režim so številni, od podnebja, reliefa, tal, geološke sestave, vegetacije in rabe vode. V Sloveniji je najpomembnejši dejavnik podnebje, saj so pretoki rek v glavnem odvisni od č asovne in prostorske razporeditve padavin, temperature zraka in trajanja snežne odeje. Zmanjševanje višine padavin, najbolj spomladi in poleti, spremembe trajanja in višine snežne odeje, rast povpreč ne temperature zraka in posledič no poveč ana evapotranspiracija so glavni dejavniki, ki vplivajo na spreminjanje pretoč nih režimov slovenskih rek (Kobold in sod., 2011). Podatki merilnih mest, ki jih hranimo v podatkovni zbirki Agencije RS za okolje, izkazujejo veliko sezonsko in medletno spremenljivost pretokov. Z analizo č asovnega zaporedja pretokov prouč ujemo dogajanje v preteklosti, ocenjujemo izrazitost in znač ilnost č asovnega spreminjanja ter ugotavljamo spremembe v hidrološkem režimu. Nihanje srednjih letnih pretokov v zadnjih 122 letih je dobro vidno na reki Savi v Litiji (slika 1), kjer imamo neprekinjen niz podatkov od leta 1895. Primerjava letnih podatkov z obdobnim povpreč jem na sliki 1 pokaže, da so bila konec 19. in v prvi polovici 20. stoletja pretežno mokra leta, z izjemo posameznih sušnih let. V drugi polovici 20. stoletja pa se je vodnatost proti koncu stoletja postopno zmanjševala, srednji letni pretoki so bili več inoma pod obdobnim povpreč jem. Iz kazalca letne reč ne bilance za obdobje 1961–2016 (ARSO, 2018) znaša po linearnem trendu upad neto odtoka Slovenije 2,5 % na desetletje. Slika 1: Srednji letni pretoki, obdobno povpreč je in pripadajoč e 10-letno drseč e povpreč je in linearni trend Save na vodomerni postaji Litija 80 130 180 230 280 1895 1898 1901 1904 1907 1910 1913 1916 1919 1922 1925 1928 1931 1934 1937 1940 1943 1946 1949 1952 1955 1958 1961 1964 1967 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012 2015 Pretok (m 3 /s) Sava, v. p. Litija srednji letni pretok srednji obdobni pretok 10-letno drseč e povpreč je linearni trend 92 Pri analizah trendov na rezultate moč no vplivata obravnavano obdobje in dolžina č asovnega niza podatkov. V zadnji analizi trendov za območ je Slovenije, ki jo je izdelal Oblak (2017), je bil obravnavan 52-letni niz podatkov obdobja 1961–2013 za male, srednje in velike pretoke. Srednji letni pretoki upadajo na vseh obravnavanih vodomernih postajah in na več ini je trend za obdobje 1961–2013 statistič no znač ilen pri stopnji znač ilnosti 0,1 (slika 2). So pa razlike med letnimi č asi. Srednji pomladni in poletni pretoki upadajo povsod po državi in pri več ini postaj je zaznan statistič no znač ilen upadajoč i trend. Srednji jesenski pretoki v glavnem nimajo statistič no znač ilnih trendov, so pa v zahodni polovici države trendi več inoma negativni, v vzhodni pa pozitivni. Srednji zimski pretoki upadajo več inoma povsod po državi, razen na poreč jih Soč e, Vipave in Kolpe, kjer je trend pozitiven. Vendar pa trendi z izjemo treh vodomernih postaj niso statistič no znač ilni. Slika 2: Trend srednjih sezonskih in letnih pretokov na vodomernih postajah po Sloveniji (povzeto po Oblak, 2017). Pri malih pretokih je trend povsod po državi negativen podobno kot pri srednjih letnih pretokih (Oblak, 2017). Trend največ jih letnih srednjih dnevnih pretokov (slika 3) izkazuje manjšo statistič no znač ilnost kot trend srednjih letnih pretokov. Na več kot polovici postaj je trend negativen, na nekaterih tudi statistič no znač ilen. Postaje v vzhodni Sloveniji imajo več inoma pozitiven trend, ki pa v glavnem ni statistič no znač ilen. Trend pogostosti velikih pretokov (v povpreč ju trikrat na leto) kaže na več anje števila visokovodnih dogodkov zlasti v osrednjem in vzhodnem delu države, kjer je trend marsikje statistič no znač ilen (slika 3). Upadajoč i trend pojavljanja visokovodnih dogodkov je zaznan na postajah z gorskim zaledjem v severnem delu države in na poreč ju Kolpe, vendar ni statistič no znač ilen. 93 Slika 3: Trend največ jih letnih pretokov (levo) in trend pogostosti velikih pretokov v povpreč ju trikrat letno (desno) na vodomernih postajah po Sloveniji (povzeto po Oblak, 2017). Hidrološki model Za oceno sprememb hidroloških razmer do konca 21. stoletja smo uporabili programsko orodje MIKE 11, ki ga ARSO uporablja v sklopu hidrološkega prognostič nega sistema (Petan in sod., 2016). MIKE 11 je orodje za enodimenzijsko modeliranje toka vode, ki ga tvorita dve osnovni komponenti: hidrološki model NAM, ki vključ uje snežni modul, in enodimenzijski hidrodinamič ni model (DHI, 2014). Hidrološki model NAM je deterministič ni, konceptualni in združeni (ang. lumped) model odtoka padavin (Nielsen in Hansen, 1973), ki simulira kroženje vode na zemeljskem površju. Model rač una površinski in podpovršinski odtok s prispevnih površin. Osnovna rač unska enota modela je podporeč je, ki predstavlja prispevno območ je posameznega vodotoka do izbrane toč ke, kar je praviloma lokacija vodomerne postaje, ali pa prispevno območ je za posamezen odsek vodotoka med dvema vodomernima postajama. Podporeč je je v modelu opredeljeno z velikostjo in topografijo, ki je v snežnem modulu opisana s površinami stometrskih višinskih pasov. Snežni modul za vsak višinski pas simulira skladišč enje vode v snežni odeji in sprošč anje snežnice v površinski odtok. Model izrač una hidrograme površinskega odtoka iz vsakega višinskega pasu in jih nato združi po podporeč jih. Struktura hidrološkega modela NAM je prikazana na sliki 4. Vhodni podatki v model so č asovni nizi padavin, temperature zraka, referenč na evapotranspiracija in pretok rek. V postopku umerjanja modela je treba za vsako podporeč je določ ili parametre fizikalnih in semi- empirič nih enač b, ki so v modelu uporabljene za rač unanje hidrograma odtoka, spremljanje uskladišč ene vode v snežni odeji, na površini tal, v koreninski coni in vodonosniku. Osnova za izgradnjo hidrološkega modela za oceno hidroloških razmer v prihodnosti so bili v sklopu hidrološkega prognostič nega sistema že izdelani hidrološki modeli za poreč ja Slovenije (Petan in sod., 2016). Na osnovi teh smo izdelali hidrološki model za območ je Slovenije z 81 podporeč ji s srednjo velikostjo okoli 226 km 2 , ki smo jih določ ili na osnovi 52 vodomernih postaj (slika 5) (Gač nik in Pleč ko, 2018). Vodomerne postaje so bile izbrane na podlagi reprezentativnosti, pokritosti poreč ij in vodotokov, č im manjšega č lovekovega vpliva na hidrološki režim in popolnosti niza podatkov za primerjalno obdobje 1981–2010. Za te postaje smo v nadaljevanju vrednotili rezultate. 94 Slika 4: Struktura hidrološkega modela NAM (povzeto po DHI, 2014). Slika 5: Prikaz podporeč ij hidrološkega modela in toč k vrednotenja modela. Model smo predhodno umerili in nastavili vrednosti parametrov modela za vsako podporeč je. Za umerjanje in vrednotenje modela smo vzeli primerjalno obdobje 1981– 2010. Vhodni meteorološki podatki so bili pripravljeni v pravilni prostorski mreži (Bertalanič in sod., 2018). V postopku umerjanja smo simulirane dnevne pretoke primerjali 95 z merjenimi na vodomernih postajah (Gač nik in Pleč ko, 2018). Ujemanje simuliranih z merjenimi pretoki smo ocenili vizualno (grafič no) in numerič no z različ nimi kriteriji: razlika v vodni bilanci, Nash-Sutcliffov koeficient uč inkovitosti modela (NSE), determinacijski koeficient (R 2 ) in delež pristranskosti (PBIAS). Osredotoč ili smo se na napako v vodni bilanci, ki je razmerje med povpreč nim simuliranim in merjenim pretokom, ter na koeficient uč inkovitosti modela (NSE) in determinacijski koeficient (R 2 ), ki kažeta na skladnost oblike hidrograma simulacije in meritev. Pristranskost v vodni bilanci smo zmanjšali s korekcijskim faktorjem za padavine, določ enim za vsako posamezno podporeč je (Gač nik in Pleč ko, 2018). Za več ino podporeč ij izkazujejo vrednosti NSE in R 2 dobro ujemanje simuliranih pretokov z merjenimi. Primer ujemanja simuliranega in merjenega pretoka za vodomerno postajo Č atež na reki Savi v obdobju 1981–2010 je prikazan na sliki 6. Slika 6: Primerjava simuliranih in merjenih meseč nih pretokov (v m 3 /s, zgoraj) ter akumuliranega pretoka (v m 3 /s, spodaj) za postajo Č atež na Savi za obdobje 1981–2010. Za simulacijo pretokov do konca 21. stoletja so bili vhod v umerjen hidrološki model popravljeni dnevni podatki šestih regionalnih podnebnih modelov (Bertalanič in sod., 2018) za tri scenarije izpustov toplogrednih plinov (RCP2.6, RCP4.5 in RCP8.5). Rezultati Rezultate podnebnih projekcij podajamo z velikostjo spremembe spremenljivke in ne z njeno absolutno vrednostjo v prihodnjem obdobju. Za vsak scenarij izpustov toplogrednih plinov smo za vsako toč ko vrednotenja (vodomerno postajo) izrač unali modelsko odstopanje od primerjalnega obdobja 1981–2010 za vsak model, kot je prikazan primer za odstopanja srednjih pretokov na sliki 7. Razlike med modeli so lahko velike in po predznaku spremembe celo nasprotujoč e. Zato smo spremembe znač ilnih pretokov podali kot odstopanje srednjih vrednosti (mediane) modelskih simulacij za prihodnja 30-letna 96 obdobja (2011–2040, 2041–2070 in 2071–2100) od primerjalnega obdobja 1981–2010. Razpon modelskih rezultatov podaja negotovost, ki izhaja iz podnebnih modelov in razlik med njimi kot tudi iz hidrološkega modela. Hidrološki modeli so obč utljivi na vhodne podatke padavin in je sprememba pri simuliranem odtoku zaradi nelinearnosti naravnih procesov več ja kot pri padavinah (Kobold in Brilly, 2006). Slika 7: Odstopanja modelskih srednjih pretokov (sQs) od vrednosti obdobja 1981–2010 za vodomerne postaje po scenariju izpustov RCP4.5 Konč ni rezultati analiz so velikost in smer prič akovane spremembe srednjih, malih in velikih pretokov za obdobja v prihodnosti 2011–2040, 2041–2070 in 2071–2100 glede na primerjalno obdobje 1981–2010 za vse tri upoštevane scenarije izpustov toplogrednih plinov. Zelo pomemben del informacije je tudi, kako zanesljiva je ta sprememba. Zanesljivost sprememb v primerjavi z negotovostjo smo ocenjevali s statistič nimi testi (Bertalanič in sod., 2018). Spremembe srednjih pretokov Več jih sprememb srednjih letnih pretokov v Sloveniji za različ ne scenarije izpustov do konca 21. stoletja glede na primerjalno obdobje 1981–2010 ni prič akovati, le za severovzhod države se kaže deloma znatno poveč anje pretokov (slika 8). Zanesljivost predvidenih sprememb pretokov je v največ ji meri odvisna od zanesljivosti spremembe padavin, ki imajo največ ji vpliv na odtok površinskih voda. Po zmerno optimistič nem scenariju izpustov RCP4.5 kažejo srednji pretoki v primerjavi s primerjalnim obdobjem 1981–2010 za bližnjo prihodnost na manjše poveč anje predvsem za severovzhodni del države in na obalnem območ ju, drugje sprememb ni prič akovati (slika 8). Za sredino 21. stoletja so poveč anja predvidena za več ji del države z izjemo rek -20 0 20 40 60 80 1140 1220 1260 1355 2250 2390 2530 2640 2719 2754 2880 2900 3080 3250 3465 3570 3650 3725 3850 4050 4120 4200 4230 4298 4400 4695 4740 4770 4820 4850 4860 5078 6060 6200 6210 6340 6550 6720 6790 7060 7160 8060 8080 8180 8450 8500 8565 8590 9030 9050 9210 9300 2011-2040 Odstopanje (%) -20 0 20 40 60 80 1140 1220 1260 1355 2250 2390 2530 2640 2719 2754 2880 2900 3080 3250 3465 3570 3650 3725 3850 4050 4120 4200 4230 4298 4400 4695 4740 4770 4820 4850 4860 5078 6060 6200 6210 6340 6550 6720 6790 7060 7160 8060 8080 8180 8450 8500 8565 8590 9030 9050 9210 9300 2041-2070 Odstopanje (%) -20 0 20 40 60 80 1140 1220 1260 1355 2250 2390 2530 2640 2719 2754 2880 2900 3080 3250 3465 3570 3650 3725 3850 4050 4120 4200 4230 4298 4400 4695 4740 4770 4820 4850 4860 5078 6060 6200 6210 6340 6550 6720 6790 7060 7160 8060 8080 8180 8450 8500 8565 8590 9030 9050 9210 9300 Poreč je Mure Poreč je Drave Sava Pritoki Save Ljubljanica Savinja Krka Poreč je Soč eJadranske reke 2071-2100 Odstopanje (%) M1 M2 M3 M4 M5 M6 MEDIANA 97 Notranjske, Vipave, spodnjega dela Soč e in Kolpe. Za konec stoletja pa ocenjujemo, da bo bilanč no stanje srednjih pretokov rek podobno kot v bližnji prihodnosti. Pri vseh obdobjih z več jo vodnatostjo izstopa predvsem Pomurje, kjer je predvideno poveč anje pretokov do 30 %. V vseh treh obdobjih so spremembe deloma zanesljive za severovzhod države in na posameznih postajah v severni Sloveniji (slika 8). Pesimistič ni scenarij izpustov RCP8.5 kaže podobno kot RCP4.5. Za sredino stoletja so poveč anja predvidena za več ji del države, kjer se izrazito in zanesljivo poveč anje kaže za več ino vzhodnega dela Slovenije, celo do okrog 40 %, medtem ko za Posoč je in v delih južne Slovenije sprememb ni prič akovati. Konec stoletja bo bilanč no stanje srednjih pretokov podobno kot pri scenariju RCP4.5, le da je zanesljivost spremembe manjša. Tudi optimistič ni scenarij RCP2.6 kaže v bližnji prihodnosti na manjše poveč anje na skrajnem severovzhodu države, za sredino in konec stoletja pa kaže na bilanč no bolj bogate srednje pretoke skoraj povsod po državi, z izrazitejšim poveč anjem srednjih pretokov v Pomurju (Bertalanič in sod., 2018). Slika 8: Relativna sprememba srednjega pretoka v treh projekcijskih obdobjih glede na obdobje 1981–2010 in pripadajoč a zanesljivost spremembe za scenarija RCP4.5 (levo) in RCP8.5 (desno). Spremembe velikih pretokov Pri spremembi velikih pretokov (srednjih obdobnih konic) kažejo vsi trije uporabljeni scenariji izpustov za vsa tri obravnavana obdobja v prihodnosti na poveč anje srednjih konic po več ini države, pri č emer so, podobno kot pri srednjih pretokih, največ ja poveč anja predvidena za severovzhod in deloma vzhod države (slika 9). V primeru scenarijev izpustov RCP4.5 in RCP8.5 se sprememba od bližnje prihodnosti proti koncu stoletja stopnjuje. Za bližnjo prihodnost je v scenariju izpustov RCP4.5 za 98 severovzhodni del predvideno več je poveč anje kot v primeru scenarija izpustov RCP8.5, do okrog 30 %. V sredini stoletja je največ ji porast prič akovan v severovzhodni Sloveniji in na Obali. Proti koncu stoletja se pri scenariju izpustov RCP4.5 kaže podobna slika kot v sredini stoletja, pri scenariju izpustov RCP8.5 pa se kaže poveč anje med 20 in 40 % glede na primerjalno obdobje na skoraj vseh postajah. Zanesljivost sprememb oziroma število postaj z visoko zanesljivostjo spremembe se z vsakim naslednjim obdobjem stopnjuje (slika 9). Za oba scenarija izpustov so spremembe najbolj zanesljive v zadnjem obdobju, v primeru scenarija izpustov RCP8.5 so takrat zanesljive na skoraj vseh postajah. Č eprav se tudi v primeru scenarija izpustov RCP2.6 kažejo poveč anja velikih pretokov v vseh treh obravnavanih obdobjih, na vzhodu tudi do 30 %, pa so te spremembe nezanesljive, oziroma manjše od naravne spremenljivosti (Bertalanič in sod., 2018). Slika 9: Relativna sprememba velikih pretokov (srednjih obdobnih konic) v treh projekcijskih obdobjih glede na obdobje 1981–2010 in pripadajoč a zanesljivost spremembe za scenarija RCP4.5 (levo) in RCP8.5 (desno) Spremembe malih pretokov Pri srednjih malih pretokih lahko prič akujemo tako poveč anje kot zmanjšanje v primeru vseh treh uporabljenih scenarijev izpustov. Scenarij izpustov RCP4.5 kaže v bližnji prihodnosti ter v sredini 21. stoletja na poveč anje za severno polovico države (slika 10). Več ja in zanesljiva poveč anja se kažejo za Pomurje. V Pokolpju in jugozahodni Sloveniji je predvideno zmanjšanje srednjih malih pretokov, vendar je to zmanjšanje nezanesljivo, ker si modeli nasprotujejo v predznaku sprememb. Za zadnje obdobje se kažejo podobne spremembe kot v sredini stoletja, z razliko, da je za Krko in spodnjo Savo predviden porast srednjih malih pretokov. Je pa za vse postaje v južnem in jugozahodnem delu zanesljivost sprememb nizka (slika 10). 99 V primeru scenarija izpustov RCP8.5 v bližnji prihodnosti prič akujemo podobno spremembo malih pretokov kot v scenariju izpustov RCP4.5, vendar je v tem primeru sprememba zanesljiva le v delu Gorenjske. Za sredino stoletja se kaže zanesljivo poveč anje malih pretokov v severni in vzhodni Sloveniji. Za južni del države je signal spremembe podoben kot za bližnjo prihodnost in nezanesljiv. Za konec 21. stoletja se kaže podobna sprememba kot v bližnji prihodnosti, le da je signal zmanjšanja malih pretokov v južni Sloveniji nezanesljiv. V primeru scenarija izpustov RCP2.6 so predvidene spremembe podobne kot v scenariju izpustov RCP4.5. Te spremembe so manjše od naravne spremenljivosti. Izjema je le obč utno poveč anje malih pretokov v Prekmurju ob koncu stoletja (Bertalanič in sod., 2018). Slika 10: Relativna sprememba srednjih malih pretokov v treh projekcijskih obdobjih glede na obdobje 1981–2010 in pripadajoč a zanesljivost spremembe za scenarija izpustov RCP4.5 (levo) in RCP8.5 (desno). Zaključ ki Za pripravo strokovnih podlag za prilagajanje na podnebne spremembe v Sloveniji je ključ no poznavanje pretekle podnebne spremenljivosti in ocenjevanje prihodnjih podnebnih razmer. Ocene sprememb pretokov do konca 21. stoletja kažejo, da več jih sprememb srednjih letnih pretokov v Sloveniji v primerjavi z obdobjem 1981–2010 po treh scenarijih izpustov toplogrednih plinov ni prič akovati, z izjemo severovzhoda, kjer bi se pretoki v zmerno optimistič nem scenariju izpustov do konca 21. stoletja lahko poveč ali do 30 %. V primeru pesimistič nega scenarija izpustov bo lahko v sredini 21. stoletja na severovzhodu poveč anje do 40 %. Srednje letne konice se bodo po vseh obravnavanih scenarijih izpustov v primerjavi z obdobjem 1981–2010 poveč ale povsod po državi, v povpreč ju od 20 do 30 %. Poveč anje se od bližnje prihodnosti proti koncu stoletja stopnjuje. Največ je poveč anje konic bo na 100 severovzhodu države, kjer bo v primeru zmerno optimistič nega scenarija izpustov poveč anje znašalo do približno 30 %. V primeru pesimistič nega scenarija izpustov bo poveč anje proti koncu 21. stoletja med 20 in 40 % na skoraj vseh vodomernih postajah v Sloveniji. Spremembe srednjih malih pretokov so po vseh scenarijih prostorsko neenotne in le ponekod v severni polovici Sloveniji kažejo na znač ilno poveč anje za približno 20 %. Negotovost modelskega ansambla je velika, zlasti pri rekah, kjer so razmerja med malimi, srednjimi in velikimi pretoki velika. Pri velikih pretokih je negotovost več ja od negotovosti srednjih in malih pretokov. Pri vseh pa se negotovosti proti koncu stoletja poveč ujejo (Bertalanič in sod., 2018). Literatura ARSO. (2018). Pregled hidroloških razmer površinskih voda v Sloveniji: Poroč ilo o monitoringu za leto 2016. Ljubljana: Ministrstvo za okolje in prostor, Agencija Republike Slovenije za okolje. http://www.arso.gov.si/vode/publikacije in poroč ila/Poroč ilo o hidrološkem monitoringu površinskih voda za leto 2016.pdf (30.01.2018) Bertalanič , R., Dolinar, M., Draksler, A., Honzak, L., Kobold, M., Kozjek, K., Lokpošek, N., Medevd, A., Vertač nik, G., Vlahović , Ž, Žust, A. (2018). Ocena podnebnih sprememb v Sloveniji do konca 21. stoletja. Sintezno poroč ilo - prvi del. Ljubljana: Ministrstvo za okolje in prostor, Agencija Republike Slovenije za okolje. http://meteo.arso.gov.si/uploads/probase/www/climate/text/sl/publications/OPS21_Porocilo.pdf (28.11.2018) DHI. (2014). MIKE 11: A Modelling System for Rivers and Channels. Reference Manual. Hørsholm, Danska: Danish Hydraulic Institute. Gač nik, N., Pleč ko, J. (2018). Nadgradnja ocene izrednih meteoroloških in hidroloških razmer v Sloveniji do konca 21. stoletja - poroč ilo projekta za sklopa 4 in 5. Ljubljana: Agencija Republike Slovenije za okolje. Kobold, M., Brilly, M. (2006). The use of HBV model for flash flood forecasting. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 6, 407–417. www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/6/407/2006/. (17.01.2007) Kobold, M., Frantar, P., Dolinar, M., (2011). Vpliv padavin na pretoč ni režim Slovenije. V: Upravljanje voda v Sloveniji, Fit media, Celje, 181-193. Nielsen, S.A., Hansen, E. (1973). Numerical simulation of the rainfall-runoff process on a daily basis. Nordic Hydrology 4: 171–190. Oblak, J. (2017). Analiza sezonske spremenljivosti pretokov rek v Sloveniji. Magistrsko delo. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 91 str. Petan, S., Golob, A., Moderc, M. (2016). Hidrološki prognostič ni sistem Agencije Republike Slovenije za okolje. Ljubljana. Acta hydrotechnica 28/49 (2015): 119–131. van Vuuren, D., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A., Hibbard, K., . . . Rose, S. (2011). The representative concentration pathways: an overview. Climatic Change, 109, 5-31. 101 Novi globinski datum za slovensko morje Božo Koler 1 , Miran Kuhar 1 , Polona Pavlovč ič -Prešeren 1 , Tilen Urbanč ič 1 , Oskar Sterle 1 , Bojan Stopar 1 , Mihaela Triglav Č ekada 2 , Klemen Ritlop 2 , Igor Karnič nik 2 , Vasja Bric 2 , Dalibor Radovan 2 Povzetek V č lanku so opisane standardne gladine morja, ki so v uporabi v pomorski geodeziji, kartografiji in hidrografiji. Iz dolgotrajnih mareografskih opazovanj na mareografski postaji v Kopru (MP Koper) je bil določ en novi globinski datum za slovensko morje, ki omogoč a natanč nejše določ anje globin morja. To je gladina srednje nižje nizke vode živih morskih men. V našem primeru se nahaja 70 cm pod novo izrač unano srednjo gladino morja in predstavlja povezavo med geodetskim višinskim referenč nim sistemom na kopnem in hidrografskim globinskim referenč nim sistemom na morju. Referenč na ploskev za določ anje nadmorskih višin na kopnem je namreč srednja gladina morja oziroma geoid. Obe referenč ni ravni sta fizič no realizirani kot oznaki na mareografski postaji v Kopru . Izrač unani sta iz istega niza mareografskih opazovanj in veljavni za datum 10. 10. 2010. Ključ ne besede: plimovanje morja, globinski datum, referenč ne ravni plimovanja, Slovenija Key words: ocean tide, chart datum, reference tidal levels, Slovenia Uvod Hidrografska dejavnost v Sloveniji obsega hidrografske meritve na morju, izdelavo pomorskih kart, pomorskih publikacij in ostalih informacij o stanju plovnih poti ter navigacijskih oznak. Po Karnič niku in dr. (2006): "Ladja, ki pripluje v pristanišč e, mora toč no vedeti, s kakšno globino vode pod kobilico razpolaga. Te inforamacije mora poveljnik ladje prejeti toč ne, pravoč asne, predvsem pa ažurne…". Da bi bili podatki o globinah na pomorskih kartah ažurni, se morajo le-ti redno pridobivati in vzdrževati, saj se topografija morskega dna in s tem globine spreminjajo s č asom. Pri tem je pomembno nedvoumno poznavanje referenč ne ravni (nivoja, gladine), na katero se nanašajo izmerjene globine. Tej ravni, nivoju oz. gladini pravimo globinski datum (tudi: hidrografski datum, hidrografska nič la, angl. Chart Datum). To je nivo morja, ki je v izbranem akvatoriju privzet za nivo, na katerega se nanašajo globine morja in je osnova za izdelavo uradnih pomorskih kart. Globinski datum se izbere tako, da so globine redko oziroma nikoli manjše od prikazanih na karti in da prikazane globine obenem niso nerazumno nizke. Ker v Sloveniji še vedno uporabljamo stari globinski datum iz č asa bivše Jugoslavije, zahteve po varni plovbi in s tem po natanč nih hidrografskih podatkih pa so vedno več je, je Ministrstvo za infrastrukturo naroč ilo projekt izrač una novega modela geoida in določ itve globinskega datuma za slovensko morje. Projekt sta izvedla Geodetski inštitut Slovenije in Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo. 1 UL, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, Ljubljana 2 Geodetski inštitut Slovenije, Jamova 2, Ljubljana 102 Standardne gladine morja za potrebe hidrografije Obstaja več različ nih referenč nih gladin za določ anje globine morja, ki so odvisne od plimovanja morja. Plimovanje se obnaša različ no v različ nih morjih in tudi pristanišč ih. Tako v Sloveniji, kot tudi v drugih č lanicah Mednarodne hidrografske organizacije (angl. International Hydrographic Organization - IHO) skušamo slediti priporoč ilom IHO. Pri obravnavi različ nih ravni plimovanja morja so v Sloveniji pomembne predvsem naslednje: • srednja visoka voda (SVV, angl. Mean High Water - MHW), ki določ a obalno č rto, • srednji nivo morja (SNM, angl. Mean Sea Level - MSL), ki se uporablja kot višinski datum oz. kot nič elni nivo višin na topografskih kartah; v hidrografiji je SNM referenč ni nivo, od katerega določ imo globinski datum, • srednja nižja nizka voda živih morskih men (SNNVŽMM, angl. Mean Lower Low Water Springs - MLLWS), ki določ a globinski datum oz. hidrografsko nič lo predstavlja izhodišč ni nivo za določ anje globin morja. Obalna č rta razmejuje kopno in morje in se vriše v topografske karte. Zaradi plimovanja morja in drugih vzrokov ta meja ni stalna, zato jo je potrebno ustrezno predpisati. Več ina držav prevzame za obalno č rto presek ravni srednje visoke vode in kopna (Shalowitz, 1962, Jovanović , 1978). Pri tem ne smemo zamenjati obalne č rte s terminom morska obala, saj je to geografski pojem, definiran kot kopenski pas, ki je obč asno poplavljen (Domijan in dr., 2005). Skladno s smernicami IHO obalno č rto določ a raven srednjih visokih vod, tj. povpreč je vseh visokih vod (plim) v daljšem č asovnem obdobju. Srednji nivo morja (SNM) se v geodeziji uporablja kot višinski datum. Predstavlja izhodišč e za določ itev fizikalno definiranih višin, ki se uporabljajo v posamezni državi (ortometrič ne ali normalne višine). V pogovornem jeziku pravimo tem višinam nadmorske višine. SNM se določ a na osnovi mareografskih opazovanj v daljšem č asovnem obdobju, največ krat v trajanju 18,6 let. To je obdobje precesijske periode Luninih vozlov. Gre za fizikalni (astronomski) pojav precesijskega gibanja vrtilne osi vrteč ega se telesa okrog središč nega telesa, ki privlač i vrteč e se telo (npr. Zemlja Luno, Zemlja umetni Zemljin satelit, Sonce Zemljo). Je posledica nepravilne oblike vrteč ega se telesa (predvsem splošč enosti v smeri vrtilne osi), ki ima za posledico sferno nesimetrič nost njenega gravitacijskega polja. Lunin vpliv na plimovanje morja je dvakrat več ji od Sonč evega, zato je zaradi njenega dominantnega vpliva potrebno srednje vrednosti vseh ravni plimovanja izrač unati po preteku tega precesijskega obdobja. Ameriški urad NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) imenuje to periodo "National Tidal Epoch Datum", saj so vse srednje vrednosti ravni plimovanja izrač unane kot povpreč je opazovanj gladine morja v tem obdobju (NOAA, 2000) Globinski datum je referenč ni nivo za merjenje, rač unanje in prikaz globin morja na pomorskih kartah. Države, ki ležijo ob oceanih, globokih morjih in reliefno razgibanem morskem dnu, obič ajno za globinski datum privzamejo najnižji nivo zaradi astronomskih vplivov (NAV, angl. Lowest Astronomical Tide – LAT), pod katero nivo morja pri oseki ne upade. V plitvem morju in morju z dokaj ravnim dnom, kot je slovensko morje, je smiselno, da je globinski datum določ en kot srednja nižja nizka voda živih morskih men (SNNVŽMM). Srednja nižja nizka voda živih morskih men predstavlja povpreč je (v obdobju 18,6 let) izmerjenih nižjih, nizkih vod (osek) v obdobju največ je amplitude plimovanja (v obdobju t.i. živih morskih men, ko so Zemlja, Sonce in Luna poravnani na premici; nastopi približno ob mlaju in šč ipu). 103 Globinski datum hkrati predstavlja del državnega referenč nega globinskega sistema na morju. Ta je nujen za zagotovitev varne plovbe in posodobitev uradnih podatkov o globinah morja. V Sloveniji so do sedaj vsi podatki temeljili na stari hidrografski nič li iz obdobja SFRJ. Ker je realizacija novega horizontalnega in vertikalnega državnega koordinatnega sistema za kopni del države v postopku konč ne izvedbe, je nujna tudi vzpostavitev povezave z morskim delom. Z uvedbo novega referenč nega globinskega sistema bo, med drugim, omogoč ena tudi č ezmejna uskladitev globin na morju s sosednjimi državami, ter izpolnitev obveznosti Slovenije do IHO. Že v SFRJ je Hidrografski inštitut vojne mornarice iz Splita določ il globinski datum. Pregled takratne dokumentacije v zvezi z določ itvijo globinskega datuma je pokazal, da so bile izrač unane vrednosti višin nivoja morja (globinskih datumov) različ ne, saj je bilo v uporabi več višinskih datumov (Bakar, Maglaj, Trst). Novo vrednost smo določ ili iz podatkov meritev nivoja morja na stari in novi MP Koper. Mareografska postaja Koper Mareograf (angl. tide gauge) je naprava za registracijo trenutnega nivoja morske gladine. Ti se postavljajo ob obalah svetovnih morij in oceanov in nenehno beležijo trenutne vrednosti gladine morja. Zač etki registracije morske gladine segajo v XVIII. stoletje. V uporabi je več izvedb mareografa, in sicer mehanska, tlač na, akustič na ali radarska. Do sedaj so bili največ krat v uporabi mehanski mareografi (slika 1, desno); konstrukcija teh se v zadnjih sto letih ni bistveno spremenila. Prvi mareograf v Kopru so postavili leta 1957 (slika 1, levo). Merjenje nivoja morja z mehanskimi mareografi je obremenjeno s številnimi vplivi in pogreški. Tako nabiranje sedimentov in alg v cevi mareografa ovira prosti pretok vode v cev mareografa. Neenakomerni tek urnega mehanizma, ki poganja valj s papirjem, na katerega se zariše trenutni nivo morja, zatikanje peresa in razlivanje č rnila zaradi vlage v zraku, so le nekatere od težav, ki so prisotne pri tovrstnih meritvah in registraciji nivoja morja. Z dobro vzdrževanimi mehanskimi mareografi lahko na osnovi tovrstnih meritev letne srednje nivoje morja iz več letnih nizov opazovanj določ imo z natanč nostjo 2 do 2,5 cm (Hannah, 2010, Dawidowicz, 2014). Nova MP Koper je opremljena z radarskim senzorjem nivoja morja in mehanskim mareografom s plovcem, ki nivo plovca registrira v digitalni obliki (slika 3). S sodobnimi mareografi lahko bolj podrobno spremljamo proces plimovanja, ter ekstremne nivoje morja v krajših č asovnih intervalih (Dawidowicz, 2014). Seveda so podatki bolj natanč ni in zanesljivi, č e je mareograf ustrezno kalibriran, zato se priporoč a kalibracija mareografa vsakih 6 mesecev. 104 Slika 1 - Stari mareograf v Kopru in skica principa delovanja mehanskega mareografa Slika 2 - Nova MP Koper 105 Slika 3 - Radarski senzor in senzor s plovcem na MP Koper V okviru projekta »Posodobitev prostorske podatkovne infrastrukture za zmanjšanje tveganj in posledic poplav«, ki ga je ob finanč ni podpori Finanč nega mehanizma EGP 2009–2014 vodila GURS s partnerjema Norveško in Islandsko geodetsko upravo, je bil v okviru podprojekta »Geodetski referenč ni sistem«, ki sta ga izvajala Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo in Geodetski inštitut Slovenije, določ en tudi novi višinski datum Koper. Ta je bil določ en v več korakih. Kratek pregled analize mareografskih opazovanj na MP Koper Najprej smo analizirali 18,6-letni niz opazovanj nivoja morja in nato razlike med različ nimi nač ini izrač una srednjega nivoja morja na MP Koper. Srednji nivo novega globinskega datuma smo nato določ ili hkrati z določ itvijo srednjega nivoja morske gladine. Izrač unani nivoji SVV, SNV in SNNVŽMM se razlikujejo, ker so izrač unani iz različ nih nizov podatkov. Niz podatkov, iz katerih so izrač unani omenjeni nivoji, je isti, kot je bil uporabljen za izrač un srednjega nivoja morja za določ itev novega višinskega datuma Slovenije - SVS2010 (o določ itvi novega višinskega datuma Slovenije SVS2010 bo v letu 2019 objavljen poseben prispevek v reviji Geodetski vestnik). Za obdobje od 21. 5. 1997 00:00:00 do 31. 12. 2005 23:00:00, so bili podatki pridobljeni na starem mareografu (slika 1, levo), od 1. 1. 2006 00:00:00 do 31. 12. 2015 23:00:00 pa na novi MP Koper (slika 2). Pri izrač unu srednjega nivoja morja je bilo ugotovljeno, da se ta spreminja s č asom. 106 Posledič no se s č asom spreminjajo tudi zgoraj našteti srednji nivoji morja. Vsi navedeni nivoji morja so bili zato izrač unani kot linearne funkcije odgovarjajoč ih nivojev morja. Konč na vrednost za srednji nivo morja pa je bila izrač unana za datum 10. 10. 2010. Vrednost srednjega nivoja morja, izrač unana za ta datum predstavlja višinski datum (višinski datum Koper) novega Slovenskega višinskega sistema (SVS2010). Ker smo vse srednje nivoje morja izrač unali iz istega, 18,6 let trajajoč ega niza meritev nivoja morja smo dosegli podatkovno in č asovno usklajenost izrač unanih nivojev morja, ki veljajo za isti datum (10. 10. 2010). Primer izrač una srednje nizke vode (SNV) in srednje visoke vode (SVV) Pri izrač unu SNV in SVV smo upoštevali vse nizke vode (SNV) in vse visoke vode (SVV). V podatkih mareografa to pomeni vse ekstremne vrednosti, torej obe visoki vodi in obe nizki vodi v enem plimnem dnevu. Slika 4 prikazuje podatke, ki so bili uporabljeni za izrač un SNV in SVV, ter izrač unani srednji vrednosti. Slika 4 - Prikaz podatkov in rezultatov za izrač un SNV in SVV Primer izrač una srednje nižje nizke vode (SNNV) in srednje višje visoke vode (SVVV) V primeru izrač una srednje nižje nizke vode (SNNV) in srednje višje visoke vode (SVVV) v izrač un vzamemo eno samo vrednost za vsak plimni dan, in sicer najnižjo vrednost za izrač un SNNV in najvišjo vrednost za izrač un SVVV. Slika 5 prikazuje podatke in rezultate za izrač unani srednji vrednosti. V primerjavi s sliko 4 je razvidno, da je na sliki 5 je le polovica podatkov, ki so prikazani na sliki 4. 107 Slika 5 - Prikaz podatkov in rezultatov za izrač un SNNV in SVVV Določ itev srednje nižje nizke vode živih morskih men (SNNVŽMM) in srednje višje visoke vode živih morskih men (SVVVŽMM) Za ta izrač un uporabimo samo dve vrednosti v celem luninem mesecu, in sicer za č as, ko je Luna polna (šč ip) oziroma prazna (mlaj). S slike 6 je razvidno, da je nabor podatkov veliko manjši, ko upoštevamo višje visoke in nižje nizke vode le za č as polne in prazne Lune. Se pa tudi vidi, da so v izrač un vzete le ekstremne vrednosti, spodnje za SNNVŽMM in zgornje za SVVVŽMM. Pri tem je pomembna spodnja vrednost (SNNVŽMM), saj predstavlja nov globinski datum za določ itev globin morja in kartiranje morskega dna. 108 Slika 6 - Prikaz podatkov in rezultatov za izrač un SNNVŽMM in SVVVŽMM Fizič na realizacija državnega višinskega in globinskega datuma Poznavanje povezave med višinskim in globinskim datumom je zelo pomembno za varno odvijanje pomorskega prometa in povezovanje višin toč k na kopnem z globinami na morju (Tamisiea in dr., 2014). Na osnovi mareografskih opazovanj je določ en tudi nivo morja, ki predstavlja osnovo za določ itev obalne č rte. Dolgoletni niz meritev nivoja morja nam omogoč a tudi izrač un hitrosti dolgoroč nega spreminjanja nivoja morja. Poznavanje hitrosti dvigovanja nivoja morja je zelo pomembno za izvajanje protipoplavnih ukrepov in prostorsko nač rtovanje na območ ju obale. Pri tem pa morata biti višinski datum, ki predstavlja izhodišč e za določ itev višin na kopnem, in globinski datum, ki predstavlja osnovo za določ itev globin na morju, med seboj povezana in usklajena. V našem primeru smo povezanost in usklajenost obeh datumov dosegli s tem, da sta višinski in globinski datum prvič izrač unana iz istega niza opazovanj in oba veljata za isti č asovni datum 10. 10. 2010. Fizič no predstavlja državni globinski datum oznaka 154 cm, državni višinski datum pa oznaka 224 cm na vodomerni lati MP Koper (slika 7). Nov državni globinski datum, skupaj z modelom geoida na morju, predstavlja Slovenski globinski sistem 2010 (SGS2010). 109 Slika 7 - Fizič na realizacija državnega višinskega in globinskega datuma Zaključ ek Projekt določ itve državnega globinskega referenč nega sistema na morju je dal dva ključ na rezultata: • ploskev novega modela geoida na slovenskem morju in • novi globinski datum za slovensko morje. V č lanku je opisan nov slovenski globinski datum (SNNVŽMM). Določ en je na osnovi meritev nivoja morja na MP v Kopru za isti č asovni datum kot višinski. V naravi je novi globinski datum realiziran z oznako 154 cm na vodomerni lati mareografa. Dosedanji globinski datum je predstavljen z oznako 152 cm na vodomerni lati mareografa v Kopru in se nanaša na stari jugoslovanski višinski datum Maglaj. Stari globinski hidrografski datum ("hidrografska nič la") je le 2 cm nižje od novega, zato ostanejo vrednosti globin na slovenskih pomorskih kartah iste. Višinski datum (SNM) je osnova za določ anje nadmorskih višin na kopnem. Dosedanji višinski datum Trst je za 15,5 cm nižje kot višinski datum Koper, vendar v hidrografiji ni bil uporabljan. Dosedanji višinski datum za področ je hidrografije je bil višinski datum Maglaj, ki predstavlja oznako 215 cm na vodomerni lati MP Koper, kar pomeni, da je za 9 cm nižji od novega. Razlika med novim višinskim in novim globinskim datumom (razlika SNM – SNNVŽMM) je 70 cm. Razlika med starim višinskim in starim globinskim datumom za potrebe hidrografije pa je 63 cm, kar je zapisano na vseh dosedanjih pomorskih kartah. S tem projektom je dokonč an prvi izrač un geoida na slovenskem morju in prva povezana določ itev globinskega in višinskega datuma v zgodovini države. Preostane še pravna opredelitev Slovenskega globinskega referenč nega sistema (predlagana kratica SGS2010), ki bi morala biti usklajena z opredelitvijo Slovenskega višinskega sistema (SVS2010), ki je v pristojnosti GURS. Višinski sistem je bil uradno sprejet z »Uredbo o 110 določ itvi parametrov višinskega dela vertikalne sestavine državnega prostorskega koordinatnega sistema« (Ur.l. 80/18, 7. 12. 2018), medtem ko se uradni sprejem slovenskega globinskega sistema in globinskega datuma predvideva v kratkem. Literatura Shalowitz, A. L. (1962). Shore and sea boundaries, Washington D.C.: U.S. Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration. Dawidowicz, K. (2014). Sea level changes monitoring using GNSS technology – a review of recent efforts. Acta Adriatica, 55/2, 145-162. http://hrcak.srce.hr/file/199292, pridobljeno: 17.4.2018. Domijan N., Leder N., Č upić S. (2005). Visinski datumi Republike Hrvatske. Treć i hrvatski kongres o katastru s međ unarodnim sudjelovanjem, 7.-9. 03. 2005, Zagreb /Medak D., Nikolić P., Pribič ević B. (ur.). Hrvatsko geodetsko društvo, 2005. str. 345-350. Hannah, J. (2010). The Difficulties in Using Tide Gauges to Monitor Long-Term Sea Level hange. https://www.fig.net/resources/monthly_articles/2010/july_2010/july_2010_hannah.pdf, pridobljeno 10.12.2018. Jovanović , B. (1978): Izuč avanje metoda mjerenja dubina mora, unapređ enje obrade dubina i definiranje obalne linije sa hidrografskog, geodetskog i pomorskog gledišta, Doktorska disertacija, Geodeski fakultet Sveuč ilišta u Zagrebu, Zagreb, 292 str. Karnič nik I., Klanjšč ek M., Radovan D. (2006). Sodobno hidrografsko kartiranje in dokumentiranje slovenskega morja. Geodetski vestnik št. 50/1, 37-43. Koler B., Stopar B., Pavlovč ič P.,P., Kuhar M,. Sterle O., Urbanč ič T., Triglav Č .M., Ritlop K., Karnič nik I., Bric V., Radovan D. (2018). Določ itev državnega globinskega referenč nega sistema na morju. konč no poroč ilo. Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za geodezijo: Geodetski inštitut Slovenije, 148 str., ilustr. Stopar B., Koler B., Kogoj D., Ambrožič T., Pavlovč ič Prešeren P., Kuhar M., Sterle O., Kregar K., Štebe G., Urbanč ič T., Goršič J., Mencin A., Berk S., Fabiani N., Mesner N., Caserman M., Bric V., Triglav M., Karnič nik I., Janežič M., Oven K. (2016). Implementacija kombinirane geodetske mreže in višinske komponente ESRS v državni geodetski referenč ni sistem : konč no poroč ilo. Sklop 3. Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za geodezijo: Geodetski inštitut Slovenije, 216 str., ilustr. National Oceanic and Atmospheric Administration, (2000). Tide and Current Glossary, National Ocean Service, Center for Operational Oceanographic Products and Services, Silver Spring, MD. Tamisiea, M.E., Hughes, C.W., Williams, S.D.P., Bingley, R.M. (2014). Sea level: measuring the bounding surfaces of the ocean. Philosophical Transactuions of the Royal Society, 372, 1–26. doi: http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0336 111 Karakterizacija vodnih virov za javno oskrbo s pitno vodo v Ljubljani s pomoč jo različ nih geokemič nih analiz Polona Vreč a 1 , Tjaša Kanduč 1 , Zdenka Šlejkovec 1 , Stojan Žigon 1 , Klara Nagode 2 , Nika Moč nik 3 , Branka Brač ič Železnik 4 , Brigita Jamnik 4 , Marjetka Žitnik 4 Povzetek V urbani hidrologiji predstavljajo različ ni geokemič ni parametri, tudi naravni izotopi, pomembno orodje, in nudijo upravljavcem vodnih virov dodatne informacije, s pomoč jo katerih lahko prouč ujemo sestavo in dinamiko virov, njihove poti ter interakcije med vodnimi telesi. Da bi poglobili znanje o kroženju vode na območ ju Ljubljanskega polja in Ljubljanskega barja, pomembnih vodonosnikih za oskrbo mesta Ljubljane s pitno vode, smo v letu 2018 izvedli prve obsežnejše geokemič no-izotopske raziskave na različ nih odvzemnih mestih znotraj ljubljanskega vodovodnega sistema, od vodnjakov v č rpališč ih do pip pri konč nih uporabnikih. Ključ ne besede: javna oskrba s pitno vodo, geokemija, izotopi, kisik, vodik, ogljik Key words: domestic water supply, geochemistry, isotopes, oxygen, hydrogen, carbon Uvod V Sloveniji se 97 % prebivalcev oskrbuje s pitno vodo iz podzemne vode (Janža, 2015), zato je znanje o ranljivosti le-te ključ nega pomena za zašč ito in upravljanje z vodnimi viri. V Sloveniji je glede na število uporabnikov javnega vodovodnega sistema največ je javno podjetja JP Vodovod- Kanalizacija d.o.o. (JP VO-KA), ki oskrbuje s pitno vodo več kot 300.000 prebivalcev Ljubljane. Oskrba s pitno vodo je zagotovljena v Ljubljani že od leta 1890. Glede na zakonodajo in zadnje tehnološke standarde priteč e danes voda do uporabnika po modernem vodovodnem cevovodu preko osrednjega vodovodnega sistema, ki se napaja iz pešč eno-prodnih vodonosnikov Ljubljanskega polja in Ljubljanskega barja. Osrednji vodovodni sistem se napaja s podzemno vodo preko vodnjakov v petih vodarnah (Kleč e, Hrastje, Brest, Jarški prod in Šentvid), od koder voda preko zbirnih vodov, vodohranov in ostalih objektov vodovodnega sistema potuje do priključ kov konč nih uporabnikov. Nekateri predeli Ljubljane se oskrbujejo iz posamezne vodarne, drugi pa iz dveh ali več vodarn, kar je odvisno od porabe vode in tlač nih razmer v sistemu. V Ljubljani priteč e pitna voda po vodovodnem omrežju do uporabnikov brez tehnič nih postopkov priprave vode in je klorirana le obč asno. Pretežni del vode v vodovodnem sistemu (90 %) se nač rpa iz vodarn Kleč e, Hrastje, Jarški prod in Šentvid na Ljubljanskem polju (Janža, 2015), manjši delež pa predstavlja podzemna voda iz vodarne Brest na Ljubljanskem barju. Kakovost podzemne vode se že desetletja šč iti z vodovarstvenimi območ ji, določ enimi z uredbami, na katerih je prepovedana oziroma omejena vsaka dejavnost ali poseg v prostor, ki bi ogrožal kakovost ali količ ino vodnih virov. Ukrepi so namenjeni zmanjševanju nevarnosti in tveganja, ki jih povzroč ajo sedanje dejavnosti ali tiste, ki se v prostor šele uvajajo. Napajalno zaledje vodarn je kljub temu izpostavljeno pritiskom 1 Odsek za znanosti o okolju, Institut »Jožef Stefan«, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana; polona.vreca@ijs.si 2 Naravoslovnotehniška fakulteta, Univerza v Ljubljani, Aškerč eva cesta 12, 1000 Ljubljana 3 Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerza v Ljubljani, Več na pot 113, 1000 Ljubljana 4 JP Vodovod-Kanalizacija d.o.o., Vodovodna cesta 90, 1000 Ljubljana 112 urbanizacije, industrije, prometa, kmetijstva in starih okoljskih bremen (Janža, 2015). Neznani viri onesnaženja predstavljajo pomemben del teh pritiskov. Dobro kemijsko stanje podzemne vode je ogroženo kljub izvajanju osnovnih ukrepov in obstoju stroge okoljske zakonodaje (Jamnik et al., 2012). Ključ za razumevanje poslabšanja kakovosti urbanih vodnih virov je poznavanje vpliva urbanizacije na celotno vodno pot. Najpogostejši problemi v urbanih območ jih so: 1) nihanja gladine podzemne vode zaradi sprememb v rabi tal in hidrometeoroloških razmer; 2) toč kovni ali razpršeni viri onesnaževanja; 3) karakterizacija in kvantifikacija komponent podzemnega dotoka in odtoka; 4) posebne znač ilnosti toka podzemne vode in transport onesnažil; in 5) povezovanje podatkov za trajnostno upravljanje z urbanimi vodnimi viri (IAEA F3024, 2018, projektna dokumentacija). Posledič no obsega urbana hidrogeologija interdisciplinarno razumevanje vodnih virov, transporta, porazdelitve ter mešanja vode in onesnaževal v odvisnosti od urbane rasti, družbenih sprememb in podnebne spremenljivosti (Grimmeisen et al., 2017). Stabilni in radioaktivni izotopi ponujajo široko paleto možnosti za prouč evanje vodnih virov, poti in interakcij v vodnem krogu in predstavljajo pomembno orodje v izotopski hidrologiji (Aggarwal et al., 2005). Poleg tega predstavljajo izotopi pomembno orodje tudi v urbani hidrologeologiji in lahko zagotovijo pomembne dodatne informacije upravljavcem voda (IAEA, 2002; Ehleringer et al., 2016; Jameel et al., 2016; Grimmeisen et al. , 2017; IAEA F3024, 2018). Kljub uporabnosti naravnih izotopov lahkih elementov (H, O, C in N) v raziskavah pomembnih za upravljanje z vodnimi viri slovenska zakonodaja ne predpisuje monitoringa razmerij stabilnih izotopov v pitni vodi. Zato se v Sloveniji ne izvaja sistematič na karakterizacija in redno spremljanje izotopske sestave pitne vode od vodnega vira do konč nega uporabnika. V preteklosti so na območ ju ljubljanskih vodonosnikov potekale številne kratkotrajne izotopske raziskave, s pomoč jo katerih so bile določ ene znač ilnosti vodonosnikov, kot tudi viri, poti in interakcije vode za javno oskrbo ter pridobljeni podatki za izboljšavo konceptualnega modela ljubljanskega vodonosnika (npr. Andjelov et al., 2005, Cerar in Urbanc, 2013, Mezga et al., 2014, Ogrinc et al., 2008, Pirc et al., 1998, Trč ek, 2017; Urbanc in Jamnik, 1998; 2007; Vrzel et al., 2016; 2018; Zupanc et al., 2011). Sistematič no poteka redno v Ljubljani od leta 1981 le monitoring izotopske sestave kisika in vodika v meseč nih kompozitnih vzorcih padavin (Vreč a in Malenšek, 2016). V letu 2018 smo v okviru IAEA koordiniranega projekta F33024 »Use of Isotope Techniques for the Evaluation of Water Sources for Domestic Supply in Urban Areas« prič eli v sodelovanju z JP VO-KA z izvajanjem projekta »Multi-isotope characterization of water resources for domestic supply in Ljubljana, Slovenia«, katerega glavni namen je oceniti uporabnost različ nih geokemič nih parametrov, predvsem razmerij stabilnih izotopov, pri določ anju izvora, kroženja in medsebojnih vplivov vode v urbanem okolju in izdelati smernice za nadaljnjo redno uporabo izbranih parametrov pri upravljanju z vodnimi viri za javno oskrbo s pitno vodo na območ ju Ljubljane. Prva faza raziskav obsega pregled razpoložljive literature in zbiranje podatkov o izotopski sestavi vod na območ ju ljubljanskih vodonosnikov (Ljubljanskega polja in Ljubljanskega barja). Pregled je pokazal, da so bile opravljene do sedaj izotopske raziskave v posameznih vodnjakih na območ ju vodarn Kleč e, Hrastje, Jarški prod, Šentvid in Brest, v preostalih objektih javnega vodovodnega sistema pa tovrstne raziskave niso bile opravljene. Zato smo v letu 2018 izvedli prvo vzorč enje na različ nih odvzemnih mestih znotraj ljubljanskega vodovodnega sistema, od vodnjakov v vodarnah do pip pri konč nih uporabnikih, in v zbranih vzorcih določ ili izotopsko sestavo ter ostale geokemič ne parametre. V prispevku predstavljamo rezultate dosedanjih raziskav. 113 Metodologija Na osnovi zbranih podatkov in izkušenj JP VO-KA smo določ ili 97 odvzemnih mest znotraj ljubljanskega vodovodnega sistema, ki ga z rednimi monitoringi za nadzor kakovosti pitne vode spremlja JP VO-KA. Odvzemna mesta zajemajo vodnjake (VD) v petih vodarnah, zbirne vode (ZV), vodohrane (VH), objekte za pripravo vode (PV), pitnike (PIT) ter pipe v javnih objektih (PJ). V nač rt vzorč enja smo vključ ili 9 oskrbovalnih območ ij in sicer pet glavnih vodarn: Kleč e (A), Hrastje (B), Brest (C), Jarški prod (D), Šentvid (E), in štiri območ ja, ki se oskrbujejo z vodo iz dveh ali treh različ nih vodarn: Hrastje/Jarški prod (F), Kleč e/Brest (G), Kleč e/Hrastje/Jarški prod (H) in Kleč e/Hrastje/Brest (I2). Dodatno smo za vzorč enje izbrali 10 odvzemnih mest: pip v javnih in privatnih (PP) objektih, ki niso vključ ena v redni monitoring JP VO-KA, 3 mesta na reki Savi (R: Brod, Č rnuč e in Šentjakob) in iztok iz Centralne č istilne naprave (CČ N). V nač rt vzorč enja je bilo zajetih skupaj 111 odvzemnih mest. Vzorč enje je potekalo v obdobju od 6. 9. 2018 do 29. 11. 2018. Na štirih izbranih odvzemnih mestih vzorč enja ni bilo možno izvesti, na enem mestu pa je bilo vzorč enje izvedeno dvakrat. Septembra je bilo izvedenih 8 vzorč enj (zbranih 35 vzorcev), oktobra 10 vzorč enj (zbranih 42 vzorcev), novembra pa 12 vzorč enj (zbranih 31 vzorcev). Konč no število zbranih vzorcev glede na vrsto odvzemnega mesta in oskrbovalno območ je je prikazano v Preglednici 1. Meteorološki podatki o količ ini padavin in temperaturi zraka ter hidrološki podatki (pretok in temperatura vode reke Save v Šentjakobu pri Ljubljani) so bili pridobljeni iz arhiva Agencije RS za okolje (v nadaljevanju ARSO). Preglednica 1 - Število zbranih vzorcev glede na vrsto odvzemnega mesta in oskrbovalno območ je. OSKRBOVALNO OBMOČ JE VRSTA ODVZEMNEGA MESTA VD ZV VH PV PIT PJ PP CČ N R Vsota A Kleč e 15 5 5 6 2* 2 35 B Hrastje 9 9 C Brest 11 2 2 2 2 1 1 21 D Jarški prod 3 5 2 10 E Šentvid 3 6 1 1 11 F Hrastje/Jarški prod 2 1 1 4 G Kleč e/Brest 1 1 2 1 5 H Kleč e/Hrastje/Jarški prod 1 1 1 3 I2 Kleč e/Hrastje/Brest 3 1 1 1 6 Ostale lokacije 1 3 4 Vsota 41 7 22 2 13 11 8 1 3 108 * – vzorč enje opravljeno dvakrat Vzorč enje na mestih, ki so vključ ena v redni monitoring za nadzor kakovosti pitne vode (skupno 93 odvzemnih mest) in na iztoku CČ N so izvedli sodelavci JP VO-KA, na ostalih mestih (13) pa sodelavci IJS. Ob odvzemu vzorcev je bila in-situ izmerjena temperatura vode (T v °C) in elektroprevodnost (EC v µS/cm). V laboratorijih Odseka za znanosti o okolju, IJS smo v zbranih vzorcih vode določ ili pH, totalno alkalnost (TA v mM), izotopsko sestavo raztopljenega anorganskega ogljika (δ 13 C DIC v ‰), izotopsko sestava kisika (δ 18 O v ‰) in vodika (δ 2 H v ‰) ter koncentracijo celotnega arzena (As v µg/L). 114 Rezultati Prvotni nač rt raziskav je predvideval, da bomo več ji del vzorč enja opravili v enem mesecu, dejanska izvedba pa je bila zaradi obsežnosti možna v treh mesecih, ko so se znatno spreminjale tudi meteorološke in hidrološke razmere v zaledju obeh vodonosnikov. Poteka dnevne količ ine padavin in temperature zraka na meteorološki postaji Ljubljana– Bežigrad v č asu izvedbe raziskav sta prikazana na Sliki 1, pretoka in temperature vode v reki Savi v Šentjakobu pri Ljubljani pa na Sliki 2. Ker v obdobju raziskav na nobenem odvzemnem mestu nismo izvajali bolj pogostega vzorč enja (npr. tedenskega), č asovnih sprememb na posamezni lokaciji ne moramo opredeliti. Slika 1 - Spreminjanje dnevne količ ine padavin in temperature zraka na meteorološki postaji Ljubljana–Bežigrad (vir: meteo.si, 12.12.2018) ter dnevi izvedenega vzorč enja. Rezultati dosedanjih raziskav so prikazani v Preglednicah 2 in 3, kjer so zbrane povpreč ne vrednosti analiziranih parametrov glede na oskrbovalno območ je ter glede na vrsto odvzemnega mesta. Rezultati meritev na objektih vodovodnega sistema od vodnjakov do pip glede na oskrbovalno območ je so prikazani na grafih odvisnosti med totalno alkalnostjo in elektroprevodnostjo (Slika 3), totalno alkalnostjo in pH (Slika 4), izotopsko sestavo raztopljenega anorganskega ogljika in totalno alkalnostjo (Slika 5) ter izotopsko sestavo vodika in kisika (Slika 6). Glede na totalno alkalnost in elektroprevodnost se od ostalih mest razlikuje območ je vodnjakov v Hrastju (Slika 3), glede na izotopsko sestavo vodika in kisika pa oskrbovalno območ je Šentvid (Slika 6). V vseh vodnjakih na Ljubljanskem polju so bile določ ene koncentracije arzena pod 0,1 oziroma pod 0,2 ng/mL, v šestih vodnjakih na območ ju vodarne Brest pa so bile vrednosti višje in so znašale do 0,53 ng/mL v vodnjaku VD Brest 2 (Preglednica 3). Vse določ ene koncentracije arzena so zelo nizke in ne presegajo mejnih vrednosti za As v pitni vodi, ki znaša 10 µg/L (Uradni list RS, 2004). Za oskrbovalno območ je Brest so znač ilne tudi višja totalna alkalnost in nižja izotopska sestava raztopljenega anorganskega ogljika (Slika 5). 115 Slika 2 - Spreminjanje pretoka in temperature vode v reki Savi v Šentjakobu pri Ljubljani (vir: arhiv ARSO, neobdelani podatki, 20.12.2018) Preglednica 2 - Povpreč ne vrednosti parametrov, analiziranih glede na oskrbovalno območ je, razen pri arzenu (As*), kjer je navedena najvišja določ ena koncentracija celotnega arzena v vodi, n.d. pa pomeni, da so vse določ ene vrednosti pod mejo detekcije. Št. predstavlja število analiziranih vzorcev. OSKRBOVALNO OBMOČ JE Št. T EC pH TA d 18 O d 2 H d 13 C DIC As* °C m S/cm mM ‰ ‰ ‰ µg/L Kleč e (A) 35 12,3 477 7,7 4,6 -9,17 -61,1 -12,4 0,16 Hrastje (B) 9 12,8 603 7,6 5,0 -8,97 -59,7 -13,2 n.d. Brest (C) 21 12,2 538 7,7 5,9 -9,27 -61,3 -13,4 0,53 Jarški prod (D) 10 12,7 449 7,8 4,5 -9,26 -61,8 -12,2 0,23 Šentvid (E) 11 13,3 548 7,8 5,0 -8,85 -58,7 -12,7 n.d. Hrastje/Jarški prod (F) 4 14,4 490 7,7 5,1 -9,16 -61,2 -12,6 n.d. Kleč e/Brest (G) 5 12,9 509 7,7 4,9 -9,15 -61,5 -12,8 n.d. Kleč e/Hrastje/Jarški prod (H) 3 14,5 504 7,7 4,6 -9,13 -60,9 -12,8 n.d. Kleč e/Hrastje/Brest (I2) 6 15,1 514 7,8 5,2 -9,24 -61,4 -13,4 0,39 Vodovodni sistem 104 12,7 511 7,7 5,0 -9,10 -60,9 -12,8 0,53 116 Preglednica 3 - Povpreč ne vrednosti parametrov, analiziranih glede na vrsto odvzemnega mesta, razen pri arzenu (As*), kjer je navedena najvišja določ ena koncentracija celotnega arzena v vodi, n.d. pa pomeni, da so vse določ ene vrednosti pod mejo detekcije. Št. – število analiziranih vzorcev; LP – območ je Ljubljanskega polja, LB – območ je Ljubljanskega barja; ostale okrajšave so pojasnjene v poglavju Metodologija. VRSTA ODVZEMNEGA MESTA Št. T EC pH TA d 18 O d 2 H d 13 C DIC As* °C m S/cm mM ‰ ‰ ‰ µg/L PIT 13 14,3 513 7,7 5,1 -9,18 -61,3 -13,0 0,19 VD 41 11,8 519 7,7 5,1 -9,14 -60,7 -12,4 0,53 VD (LP) 30 11,9 514 7,7 4,8 -9,10 -60,5 -12,2 n.d. VD Kleč e 15 11,4 470 7,7 4,6 -9,19 -61,2 -12,0 n.d. VD Hrastje 9 12,8 603 7,6 5,0 -8,97 -59,7 -13,2 n.d. VD Brest (LB) 11 11,7 533 7,7 5,9 -9,25 -61,0 -13,0 0,53 VD Jarški prod 3 11,5 436 8,0 4,3 -9,28 -61,5 -11,2 n.d. VD Šentvid 3 11,7 541 7,9 4,9 -8,88 -58,9 -11,4 n.d. VH 22 13,5 499 7,8 4,9 -9,12 -60,7 -12,9 0,29 PP 8 n.d. n.d. 7,7 4,8 -9,13 -61,2 -13,0 0,39 PJ 11 13,6 500 7,6 4,9 -9,16 -61,0 -12,9 0,16 ZV 7 12,0 484 7,7 4,8 -9,23 -61,2 -12,8 0,12 CČ N, 12.9.2018 1 21,7 1086 9,9 5,91 -8,68 -58,2 -11,9 0,12 R, 12.9.2018 3 15,1 344 8,2 3,3 -9,41 -62,9 -8,3 n.d. Slika 3 - Odvisnost med totalno alkalnostjo in elektroprevodnostjo glede na oskrbovalno območ je. 117 Slika 4 - Odvisnost med totalno alkalnostjo in pH glede na oskrbovalno območ je. Slika 5 - Odvisnost med izotopsko sestavo raztopljenega anorganskega ogljika in totalno alkalnostjo glede na oskrbovalno območ je. 118 Slika 6 - Odvisnost med izotopsko sestavo vodika in kisika glede na oskrbovalno območ je. Zaključ ek V prispevku so predstavljeni rezultati prve obširnejše geokemič no-izotopske raziskave ljubljanskega vodovodnega sistema od vodnjakov do pip pri konč nih uporabnikih. Prvi rezultati kažejo, da v sistemu prihaja do sprememb, ki jih je potrebno podrobneje raziskati. Glavna pomanjkljivost opravljenih raziskav je povezana z vzorč enjem, ki ga ni možno izvesti v kratkem č asovnem obdobju, saj lahko v objekte JP VO-KA vstopa le pooblašč eno in usposobljeno osebje. Zbrane rezultate bomo podrobneje prouč ili, jih primerjali s podatki predhodnih raziskav in na osnovi ugotovitev pripravili smernice za nadaljnje raziskave. Zahvala Raziskave potekajo v okviru IAEA koordiniranega projekta F33024 »Use of Isotope Techniques for the Evaluation of Water Sources for Domestic Supply in Urban Areas« in nacionalnega raziskovalnega programa (P1-0143) Javne agencije za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije. Avtorji se zahvaljujemo sodelavcem JP VO-KA (V. Kramarič Zidar, M. Benda) in IJS (R. Jać imović u, D. Kocmanu, I. Lengarju, R. Novaku, J. A. Robinson) za pomoč pri vzorč enju ter M. Kobold iz ARSO za posredovanje hidroloških podatkov in pregled prispevka. 119 Literatura Aggarwal, P. K., Gat, J. R., Froehlich, K. F. (2005). Isotopes in the water cycle. Springer, Dordrecht, 381 p. Andjelov, M., Rejec Brancelj, I., Smrekar, A., Kladnik, D., Perko, D. (2005). Podtalnica Ljubljanskega polja. Geografija Slovenije 10, Založba ZRC, Ljubljana, 251 p. Cerar, S., Urbanc, J. (2013). Carbonate chemistry and isotope characteristics of groundwater of Ljubljansko Polje and Ljubljansko Barje aquifers in Slovenia, The Scientific World Journal 2013, 11 p. Ehleringer, J. R., Barnette, J. E., Jameel, Y., Tipple, B. J., Bowen, G. J. (2016). Urban water – a new frontier in isotope hydrology, Isotopes in Environmental and Health Studies 52, 477-486. Grimmeisen, F., Lehmann, M. F., Liesch, T., Goeppert, N., Klinger, J., Zopfi J., Goldscheider, N. (2017). Isotopic constraints on water source mixing, network leakage and contamination in an urban groundwater system, Science of the Total Environment 583, 202-213. IAEA [International Atomic Energy Agency] (2002). The application of isotope techniques to the assessment of aquifer systems in major urban areas: Final report of a co-ordinated research project 1997–2000. IAEA, Vienna, 82 p. IAEA F3024 (2018). Use of Isotope Techniques for the Evaluation of Water Sources for Domestic Supply in Urban Areas. Projektna dokumentacija, 5 p. Jameel, Y., Brewer, S., Good, S. P., Tipple, B. J., Ehleringer, J. R. in Bowen, G. J. (2016). Tap water isotope ratios reflect urban water system structure and dynamics across a semiarid metropolitan area, Water Resources Research 52, 5891-5910. Jamnik, B., Janža, M., Prestor, J. (2012). Project INCOME: developing a comprehensive approach for Slovenian aquifer management, Water 21, 49. Janža, M. (2015). A decision support system for emergency response to groundwater resource pollution in an urban area (Ljubljana, Slovenia), Environmental Earth Sciences 73, 3763-3774. Mezga, K., Urbanc, J., Cerar, S. (2014). The isotope altitude effect reflected in groundwater: a case study from Slovenia, Isotopes in Environmental and Health Studies 50, 33-51. Ogrinc, N., Kanduč , T., Stichler, W., Vreč a, P. (2008). Spatial and seasonal variations in δ 18 O and δ D values in the river Sava in Slovenia, Journal of Hydrology 359, 303-312. Pirc, S., Brank, M., Mattusch, J., Pezdič , J. (1998). Distribution of carbon and oxygen stable isotopes in stream waters in Slovenia, RMZ - Materials and Geoenvironment 45, 163-167. Pravilnik o pitni vodi (2004). Uradni list RS, št. 19, 2155. Trč ek, B. (2017). Application of environmental tracers to study the drainage system of the unsaturated zone of the Ljubljansko polje aquifer, Geologija 60, 267-277. Urbanc, J., Jamnik, B. (1998). Izotopske raziskave podzemne vode Ljubljanskega polja, Geologija 41, 355-364. Urbanc, J., Jamnik, B. (2007). Porazdelitev in izvor nitratov v podzemni vodi Ljubljanskega polja, Geologija 50, 467-475. Vrzel, J., Vuković -Gač ić , B., Kolarević , S., Gač ić , Z., Krač un-Kolarević , M., Kostić , J., Aborgiba, M., Farnleitner, A., Reischer, G., Linke, R., Paunović , M., Ogrinc, N. (2016). Determination of the sources of nitrate and the microbiological sources of pollution in the Sava River Basin,Science of the Total Environment 573, 1460-1471. Vrzel, J., Solomon, D. K., Blažeka, Ž., Ogrinc, N. (2018). The study of the interactions between groundwater and Sava River water in the Ljubljansko polje aquifer system (Slovenia), Journal of Hydrology 556, 384-396. Vreč a, P., Malenšek, N. (2016). Slovenian Network of Isotopes in Precipitation (SLONIP) - a review of activities in the period 1981-2015, Geologija 59, 67-83. Zupanc, V., Burnik Šturm, M., Lojen, S., Kacjan-Maršić , N., Adu-Gyamfi, J., Brač ič -Železnik, B., Urbanc, J., Pintar, M. (2011). Nitrate leaching under vegetable field above a shallow aquifer in Slovenia, Agriculture, Ecosystems & Environment 144, 167-174. 121 Spremljanje premikov in oblikovanja poligonalnih tal v Skedneni jami s terestrič nim laserskim skeniranjem Andrej Mihevc * ,Tilen Urbanč ič ** Povzetek Več letno spremljanje oblikovanja poligonalnih tal in pred več leti opravljena izmera vertikalnih pomikov nas je vodila do celovitejše obravnave omenjenih pojavov v Skedneni jami. Za potrebe več letnega spremljanja premikov smo si vzpostavili geodetsko mrežo oslonilnih toč k, ki so stabilizirane v stene jame. Iz izmer v obdobju devetih mesecev smo zaznali premike kamnov, med izmerama pred in v č asu zmrzovanja jamskih tal, pa tudi vertiklane premike pretežno ilovnatih tal. Določ ili smo jih kot razdaljo med oblakoma toč k dveh terminskih izmer. Največ ji zaznani premiki so tudi do 15 cm. Tehnologija terestrič nega laserskega skeniranja se izkaže kot primerna za spremljanje tovrstnih sprememb oblike jamskih tal. Ključ ne besede: jama, temperatura, poligonalna tla, terestrič no lasersko skeniranje Key words: cave, temperature, polygonal ground, terrestrial laser scanning Uvod Periglacialni pojavi, ki so znač ilni za več je geografske širine in več je nadmorske višine, nastanejo tam, kjer zaradi nizkih zimskih temperatur in pomanjkanja snežne odeje seže sezonsko zmrzovanje globoko v tla. Posledica so premikanje tal po vertikali in horizontali ter nastajanje znač ilnih oblik. Z njimi se pri nas sreč ujejo arheologi, ki pri izkopavanjih v jamah pogosto naletijo na deformirane plasti sedimentov (Brodar, 1983). Poveč ini jih pripisujejo hladnim obdobjem pleistocena. Pri prouč evanju jam ob severnem robu Planinskega polja je Gams (1963) raziskal in opisal tudi Skedneno jamo (Slika 1). V jami je med drugim opazil lepo razvita poligonalna tla. Ugotovil je, da so recentna, da so v jami nastala v sedanjih klimatskih pogojih in ne v pleistocenu. O podobnih oblikah v drugih jamah so poroč ali tudi Mihevc (2009), Zupan Hajna (2009), Obu et al. (2018). V nekaj jamah pa smo sezonske premike tal tudi merili. Na več nač inov smo označ ili kamne na tleh in nato merili razdaljo med njimi in fiksnimi toč kami na stenah. Tako so določ ili letne vertikalne premike med 10 in 20 cm v Skedneni jami, Ulici peč ini in v Potolč ki zijalki (Mihevc, 2001; 2016), nismo pa mogli izmeriti boč nih premikov. Terestrič no lasersko skeniranje (TLS) je metoda množič nega zajema prostorkih podatkov. V primerjavi s klasič no geodetso izmero, s TLS v zelo kratkem č asu določ imo koordinate velikemu številu naključ nih toč k, kjer pa je njihova natanč nost manjša. Uporaba metod množič nega zajema prostorkih podatkov v jamah omogoč a podrobne podatke o geometriji jame. Natanč no lahko določ imo obliko in velikost jame, izdelamo različ ne vzdolžne in preč ne profile, virtualne 3D modele ter vizualizacije (Gallay et al., 2015; Yakar et al., 2016). * Inštitut za raziskovanje Krasa ZRC SAZU, Titov trg 2, 6230 Postojna ** Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, 1000 Ljubljana 122 Za meritve smo izbrali Skedneno jamo, ki je zaradi lahke dostopnosti in izrazitih periglacialnih pojavov za ta namen zelo primerna. Oblake toč k TLS bomo uporabili za spremljanje sprememb oblike površja jamskih tal. Tovrstni podatki nam omogoč ajo celovit vpogled, identificiranje in določ itev velikosti deformacij oz. sprememb oblike tal. Slika 1 - Tloris in iztegnjeni profil Skednene jame (Gams, 1963) Skednena jama Skednena jama je 206 m dolga in 30 m globoka jama. Leži pod uravnanim vrtač astim površjem, ki je na višini okrog 485 m. Jama ima tri vhode. Najnižji je v dnu velike udorne doline, na višini okrog 451 m. Za vhodom se rov razširi v okrog 15 m široko dvorano (Slika 2). 123 Slika 2 - Vhodna dvorana z znač ilno uravnanimi ravnimi tlemi – skednjem Tla dvorane so ravna, kot na skednju, od tod tudi ime jame. Iz dvorane vodi glavi rov proti jugu. Jamska tla se spuste za kak meter, nato pa se rov blago, nato pa strmo vzpne do drugega, nekoliko manjšega vhoda. V tem delu jame je tudi tretji vhod, navpič no brezno, ki sega v jamo s površja. Sprva je rov širok okrog 10 m in je poveč ini do 5 m visok. Poleg tega glavnega rova ima jama še dva majhna stranska rova. Pomemben je rov, ki se pod stropom vhodne dvorane odcepi proti SV. Rov je do 1,5 m širok in do 1,8 m visok ter dolg le 10 m (Slika 1). Stene glavnega rova so živoskalne, le ponekod so nastali majhni beli in razpokani kapniki, ki kažejo na zimsko zmrzovanje in poletno odlaganje sige. Stene jame so v toplem delu leta vlažne, saj se na njih kondenzira vlaga, v hladni polovici leta pa več inoma suhe. V jami na štirih mestih kaplja prenikajoč a voda, pozimi na teh mestih nastanejo veliki ledeni kapniki (Slika 2). Več ji del jamskih tal tvorijo manjše skale in droban grušč pomešan s peskom in jamsko ilovico. V več jem delu jame, v dolžini več kot 100 m, so jamska tla gladka in izravnana v blago nagnjeno površino z naklonom 7-10º. V preč nem prerezu pa so jamska tla vodoravna (Slika 3). V teh uravnanih tleh so oblikovana poligonalna tla . 124 Slika 3 - Enakomerno in v vzdolžnem smislu blago nagnjena klanč ina v glavnem rovu Uravnana jamska tla kažejo recentne drobne krioturbatne strukture, poligonalna tla, kamnite pasove, po velikosti sortirane kamne, kupč ke gline in šopi ledenih kristalov. Te oblike so bolj izrazite v bližini dotoka kapljajoč e vode (Sliki 4 in 5). Povpreč na letna temperatura v bližnji Planini je 9,1 °C. Najhladnejši mesec je januar (– 1,6 °C) in najtoplejši julij (+ 18,5 °C). Podobne temperature smemo prič akovati tudi na površju nad jamo. Zaradi več vhodov je potek temperatur v jami pod moč nim vplivom zunanjega dogajanja. Pozimi v jamo z lahkoto prodira zunaji zrak, jama se moč no ohladi, tla zamrznejo, ledeni kapniki pa se v jami obdržijo pogosto do maja. V toplem delu leta topli zunanji zrak teže vdira v jamo. Temperaturo zraka v jami tedaj določ a temperatura obdajajoč e kamnine, ki je približno enaka povpreč ni zunaji temperaturi, to je okrog 8 °C. 125 Slika 4 - Poligonalna tla v bolj vodoravnih tleh v vhodni dvorani Slika 5 - Na nagnjenih tleh rova so poligoni zaradi polzenja tal razpotegnjeni 126 Trestrič no lasersko skeniranje Skednene jame Geodetska mreža Koordinatno izhodišč e vseh izmer TLS v Skedneni jami predstavlja lokalna geodetska mreža devetnajstih toč k. Mreža je zasnovana kot razširjena oblika zaključ enega poligona (Slika 6). Na površju je s klini trajno stabiliziranih 7 toč k. V jami so toč ke geodetske mreže stabilizirane v steni s sidrnimi vijaki, skupaj 13 toč k (Slika 7). Razporejene so tako, da v geometrijskem smislu zagotovljajo kakovostno georeferenciranje oblakov toč k v vsej jami in glede na predvidena mesta postavitev terestrič nega laserskega skenerja ter lego območ ij poligonalnih tal, ki jih imamo namen podrobneje obravnavati. Stabilizacija (v steno) in signalizacija (reflektivne nalepke) toč k v jami sta prilagojeni uporabi TLS. Slika 6 - Geodetska mreža Skednene jame Slika 7 - Toč ka geodetske mreže oz. oslonilna toč ka za TLS: levo sidrni vijak, desno okrogla reflektivna tarč a s premerom 5 cm 127 Geodetsko mrežo smo izmerili 11. 4. 2018. Uporabili smo tahimeter Leica Nova MS50 in precizne prizme Leica GPH1P. Proti vsem vidnim toč kam smo na vsakem stojišč u horizontalne smeri izmerili v petih girusih. Istoč ano smo v obeh krožnih legah v petih ponovitvah izmerili tudi zenitne razdalje in poševne dolžine. Za upoštevanje dejanskih pogojev v atmosferi, smo v č asu izmere na vseh stojišč ih izmerili meteorološke parametre. Ker je bila mreža merjena prvič , smo za izrač un koordinat toč k in njenih natanč nosti mrežo izravnali kot prosto. Terestrič no lasersko skeniranje Za izvedbo skeniranja smo uporabili skener Riegl VZ-400 (Slika 8). Med 11. 4. 2018 in 5. 1. 2019 smo izvedli 8 izmer (11. 4. 2018, 10. 5. 2018, 11. 6. 2018, 10. 7. 2018, 9. 8. 2018, 10. 9. 2018, 9. 11. 2018 in 5. 1. 2019). Pri skeniranju smo na vseh stojišč ih v vseh terminskih izmerah loč ljivost skeniranja nastavili na 1 cm/20 m v vertikalni in horizontalni smeri. Za registracijo oblakov toč k smo kot vezne toč ke, poleg toč k geodetske mreže, uporabili tudi reflektivne valje s premerom in višino 10 cm, okrogle reflektivne nalepke premera 5 cm in okrogle Leicine tarč e za skeniranje velikosti 6''. Registriran oblak toč k posamezne terminske izmere smo georeferencirali v lokalni koordinatni sistem jame preko toč k geodetske mreže. Slika 8 - Skener Riegl VZ-400 ter oslonilne in vezne toč ke (reflerivne nalepke, valjč ki, tarč a Leica 6'') Obdelave oblakov toč k smo opravili v programih RiSCAN PRO (filtriranje), Surfer 15 (izdelava digitalnih modelov višin in izrač un razlik) in CloudCompare (izrač un razdalj med oblaki toč k). 128 Rezultati Geodetska mreža V mreži, ki je bila izmerjena 11. 4. 2018, smo iz opazovanj izrač unali 54 sredin merjenih horizontalnih smeri in prav toliko sredin poševnih dolžin in zenitnh razdalj. Opazovanja proti vsem ostalih vidnim toč kam smo opravili na vseh sedmih stalno stabiliziranih toč kah na površju ter šestih nestabilziranih in na stativih prisilno centriranih toč kah v jami. Mrežo smo izravnali loč eno za ravninske koordinate in višine. Mrežo smo v obeh primerih izravnali kot prosto (Kuang, 1996). Povpreč ne natanč nosti koordinat toč k po izravnavi predstavljamo v Preglednici 1. Preglednica 1 - Natanč nosti koordinat toč k geodetske mreže [mm] [mm] [mm] Vse toč ke v mreži 1,1 1,0 1,2 13 toč k v jami 1,4 1,5 2,0 Natanč nosti koordinat toč k celotne mreže so odvisne tudi od opazovanj na nalepke, ki smo jih uporabili za signaliziranje toč k v stenah jame. Iz Preglednice 1 vidimo, da na povpreč ne natanč nosti posameznih koordinat toč k cele mreže koordinate stenskih toč k oz. opazovanja na te toč ke vplivajo med 0,3 in 0,8 mm. Obdelava oblakov toč k Za pridobitev kakovostnejših podatkov pri skeniranju in enostavnejši obdelavi oblakov toč k v vsaki izmeri smo izberali približno ista mesta postavitve skenerja. Položaje postavitev skenerja prikazujemo na Sliki 9. Slika 9 - Stojišč a skenerja pri skeniranju dne 10. 5. 2018. Prve korake obdelav oblakov toč k skeniranja z Rieglovim skenerjem smo naredili v programu RiSCAN PRO. Oblak toč k skeniranja iz posameznega stojišč a je v koordinatnem sistemu takrtne orientacije skenerja. Za registracijo oblakov toč k smo uporabili vezne toč ke. V povpreč ju smo imeli med dvema zapoerdnima stojišč ema več kot 8 veznih toč k. Za georeferenciranje združenega oblaka toč k smo uporabili oslonilne toč ke geodetske mreže (Sliki 6 in 9). Nefiltriran oblak toč k je pri skeniranju cele jame vseboval skoraj 350 000 000 toč k. Ker je skenirana površina v jami takšne oblike, da oblakov toč k z 129 obič ajnimi algoritmi ne moremo samodejno klasificirati, smo morali roč no izbrisati vse neželene toč ke ter toč ke klasificirati v talne in netalne. Oblake toč k smo za nadaljno obdelavo in izrač une razlik v obliki površja zaradi neenakomerne gostote filtrirali z Octree filtrom. Primerjavo oblakov toč k smo naredili na dva nač ina. Najprej s kreiranjem digitalnih modelov višin s programom Surfer. Na podoben nač in, vendar brez modeliranja ploskev, pa tudi s programom CloudCompare, smo premike določ ili z izrač unom razdalj med oblakoma toč k. Opravljene izmere so v letu 2018 potekale v č asu, ko je bila temperatura v jami stalno nad 0 °C. Glede na dejstvo, da na dviganje tal vplivajo ravno temperature pod ledišč em, sprememb oblike površja v č asu med aprilom in novembrom 2018 ni bilo, niti jih nismo prič akovali. Zaznali smo le številne premaknjene več je kamne, za kar razloge najdemo v obiskovalcih jame. Prve spremembe oblike površine smo zaradi zmrzovanja v tleh zaznali šele po obdelavi oblaka toč k skeniranja 5. 1. 2019. Ker glede na poznavanje tovrstnih procesov v tako kratkem obdobju ni prič akovati znatnega premika kamnov in drobnega materiala v horizontalnem smislu, smo spremembo oblike poligonalnih tal izrač unali le v višinskem smislu. Izrač unane razlike med oblakoma jamskih tal v dvorani pri več jem vhodu v jamo (Slika 9, kjer so toč ke 1-6) za izmeri 9. 11. 2018 in 5. 1. 2019 prikazujemo na Sliki 10. Z rdeč o barvo so prikazana vsa območ ja, kjer je razdalja med oblakoma več ja od 5 cm. Slika 10 - Prikaz razdalj med oblakoma toč k skeniranja z Riegl VZ-400 za dneva 9. 11. 2018 in 5. 1. 2019 Ugotovili smo, da so se na območ ju, ki je na Sliki 10 spodaj in kjer smo prič akovali največ je spremembe, območ ja drobnega ilovnatega materiala dvignila tudi do 12 cm. V povpreč ju so se različ na manjša območ ja dvignila za dobrih 5 cm. Več ji kamni, ki mejijo na območ ja ilovnatega materiala so ostali stabilni, manjši kamni pa so se premaknili za do 2 cm. Manjša območ ja rdeč e barve prikazujejo premaknjene kamne. Dve več ji lisi brez 130 toč k sta na območ jih, kjer je več ji dotok vode s stropa in pri skeniranju 5. 1. 2019 zaradi mokrih tal in ledenih sveč nismo dobili odbojev laserskega žarka. Zaključ ek Vzpostavljena geodetska mreža v Skedneni jami omogoč a kakovostno in dolgotrajno spremljanje spreminjanja oblike poligonalnih tal. Stabilnost toč k geodetske mreže imamo namen preveriti po enem letu od vzpostavitve. Nač in stabilizacije toč k v jami zagotavlja zanesljivo georeferenciranje oblakov toč k skeniranja z najrazlič nejšimi instrumenti. Tehnologija terestrič nega laserskega skeniranja je za prouč evanje jam ter identificiranje in določ itev velikosti sprememb oblike jamskih tal zelo uporabna. Naš namen je bil predvsem zaznavanje premikov jamskih tal zaradi zmrzovanja. Zaporedne meritve tal so pokazale največ je premike po vertikali do 15 cm. Bili so tam, kjer je v jamskih tleh več vode, to je v okolici kapljanj oziroma dotoka prenikle vode. Tu so se premiki tudi najprej zač eli. Dvigovanje tal je sč asoma zajelo celo jamo. Poleg tega so meritve pokazale tudi naključ ne premike nekaterih kamnov na tleh. To pa lahko pripišemo obiskovalcem, ki jih premikajo pri hoji po jami. Največ jo težavo pri obdelavi oblakov toč k predstavljajo toč ke v senci kamnov ter toč ke na stič išč u jamskih tal in sten, ki jih je potrebno roč no pregledati in neželene toč ke odstraniti. Na osnovi pridobljenih izkušenj bomo skrbno nač rtovali prihodnje izmere in poskusili določ iti maksimalne vrednosti sprememb. Oblika tal v Skedneni jami, splošne lastnosti poligonalnih tal in dolgoletno vizualno in metrič no spremljanje sprememb oblike tal nas vodijo k več letnemu spremljanju dogajanja v jami in morebitno določ itev premikanja materiala jamskih tal tudi v horizontalnem smislu. Literatura in viri Brodar, S., Brodar, M. (1983). Potoč ka zijalka: visokoalpska postaja aurignacienskih lovcev = Potoč ka zijalka : eine hochalpine Aurignacjägerstation, Dela, 24, 213. Gallay, M., Kanuk, J., Hochmuth, Z., Meneely, J.D., Hofierka, J., Sedlák, V. (2015). Large-scale and high-resolution 3-D cave mapping by terrestrial laser scanning: a case study of the Domica Cave. Slovakia, International Journal of Speleology, 44, 3: 277–291. Gams I. (1963). Logarč ek. Acta carsologica, 3: 7−84. Kuang, S., 1996. Geodetic Network Analysis and Optimal design, Ann Arbor Press, Inc., Chelsea, Michigan Mihevc, A. (2009). Cryoturbation of the sediments at the cave entrances : case studies from Skednena jama, Potoč ka zijalka and Bestažovca Cave. V: Steguweit, L., (ur.). Hugo Obermaier- Gesellschaft für Erforschung des Eiszeitalters und der Steinzeit, 51st Annual Meeting in Ljubljana, 14th-18th of April. [Erlangen]: Hugo Obermaier-Gesellschaft für Erforschung des Eiszeitalters und der Steinzeit, 26. Mihevc, A. (2001). Jamski fluvialni sedimenti v Snežni jami na Raduhi in v Potoč ki zijalki. Geološki zbornik 16 (Povzetki referatov). Ljubljana: Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za geologijo, 60−63. Obu, J., Košutnik, J., Overduin, P., Boike, J., Blatnik, M., Zwieback, S., Gostinč ar, P., Mihevc, A. (2018). Sorted patterned ground in a karst cave, Ledenica pod Hrušico, Slovenia. Permafrost and periglacial processes, Apr.-June 2018, 29, 2: 121−130. Zupan Hajna, N. (2007). Barka depression, a denuded shaft in the area of Snežnik Mountain, Southwest Slovenia. Journal of caves and karst studies: a publication of the National Speleological Society, 69, 2: 266−274. Yakar, M., Ulvi, A., Toprak, A.S. (2016). The Use of Laser Scanner in Caves, Encountered Problems and Solution Suggestion. Universal Journal of Geoscience 4, 4: 81−88. 131 Analiza kakovosti operativnega delovanja toč ke kombinirane geodetske mreže Kog Katja Oven 1 , Klemen Ritlop 1 , Mihaela Triglav Č ekada 1 , Oskar Sterle 2 , Bojan Stopar 2 Povzetek V č lanku je predstavljena metodologija določ itve mikrolokacij za vzpostavitev geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže v Republiki Sloveniji. Opisani so postopki izbora mikrolokacij, ki so bili podprti z mednarodnimi standardi. Predstavljena je gradbena zasnova, projekt za izvedbo in gradnja prve geodetske toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu. V nadaljevanju so predstavljene ugotovitve o delovanju stalne postaje GNSS toč ke KGA1 kombinirane geodetske mreže na Kogu od zač etka njenega delovanja do danes ter rezultati obdelave GNSS opazovanj te postaje za obdobje dveh let. Ključ ne besede: geodetske toč ke kombinirane geodetske mreže, lokacije, dokumentacija, gradnja, kakovost, stabilnost, omrežje GNSS Keywords: zero order combined geodetic network, location, documentation, construction, quality, stability, GNSS network Uvod Državna kombinirana geodetska mreža je bila vzpostavljena z namenom povezati najvišje redove obstoječ e horizontalne, vertikalne in gravimetrič ne mreže ter državno omrežje stalnih postaj GNSS. To je geodetska mreža najvišjega reda (tudi geodetska mreža 0. reda), ki služi kot temeljna državna geodetska infrastruktura za stalno spremljanje geodinamič nih procesov na območ ju Slovenije in ki dolgoroč no zagotavlja kakovostno georeferenciranje. Izgradnja geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže je bila izvedena v okviru podprojekta »Geodetski referenč ni okvir (GRFR)«, ki je bil eden od štirih podprojektov projekta »Posodobitev prostorske podatkovne infrastrukture za zmanjšanje tveganj in posledic poplav«. Slednji je bil vključ en v Memorandum o soglasju (MoS) za izvajanje Finanč nega mehanizma Evropskega gospodarskega prostora za leta 2009–2014 (FM EGP), izvajala ga je Geodetska uprava Republike Slovenije (GURS) v sodelovanju z Ministrstvom za kmetijstvo in okolje ter s projektnima partnerjema Norveško geodetsko upravo (Statens Kartverk) in Geodetsko upravo Islandije (Landmaelingar Islands). Projekt izgradnje geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže je izvajalo več institucij. Ključ ni za izvedbo sta bili Oddelek za geodezijo Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani ter Geodetski inštitut Slovenije. V projektu so sodelovali še Oddelek za geologijo Naravoslovnotehniške fakultete Univerze v Ljubljani z namenom izdelave geoloških študij potencialnih mikrolokacij, Katedra za mehaniko tal z laboratorijem UL FGG z namenom izdelave gradbene zasnove izgradnje toč k kombinirane geodetske mreže ter podjetje TERRAS s.p., ki je izdelalo nač rte za izgradnjo in izvajalo 1 Geodetski inštitut Slovenije, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana 2 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za geodezijo, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana 132 nadzor izgradnje geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže, medtem ko je bilo podjetje Grč a gradnje d.o.o. zadolženo za izvedbo gradbenih del. Projekt izgradnje geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže je vseskozi potekal v tesnem sodelovanju z Geodetsko upravo Republike Slovenije. V č lanku je predstavljena izbira lokacij geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže, ki je bila podprta s predhodno izvedenimi študijami in tujimi standardi. Sledi predstavitev gradbene zasnove stabilizacije toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu ter projekta za izvedbo gradnje (PZI). Opisano je delovanje in nadzor kakovosti delovanja ter rezultati obdelave dvoletnih opazovanj GNSS na tej toč ki. Izbira lokacij geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže Izgradnja geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže je temeljila na rezultatih študije, ki je bila izdelana v okviru Ciljnega raziskovalnega programa »Konkurenč nost Slovenije 2006–2013« v raziskovalnem projektu V2-1096 z naslovom »Zasnova temeljne več namenske državne geoinformacijske infrastrukture« (izveden v letih 2010–2012). Rezultati študije so vključ evali predlog umestitve geodetske mreže v državni prostor, smernice in priporoč ila za izbor mikrolokacij, navodila za stabilizacijo toč k ter zahteve glede merilne opreme in njene namestitve. Priporoč ila so se opirala na standarde ECGN (European Combined Geodetic Network), priporoč ila EUREF (Reference Frame Sub- Commission for Europe) za vključ itev v EPN (EUREF Permanent GNSS Network) in priporoč ila za postaje EUPOS (European Position Determination System). V okviru priporoč il EUREF je bilo potrebno raziskati ali izbrane mikrolokacije ustrezajo smernicam za vzpostavitev kombiniranega omrežja, postaj GNSS, višinskih mrež in gravimetrič nih geodetskih mrež. V okviru preverjanj dodatnih meril se je na izbranih mikrolokacijah preverjala še ustreznost reliefa, delež vidnega neba, geološke, hidrološke in tektonske znač ilnosti, prisotnost moteč ih objektov in naprav z vidika gravimetrič nih opazovanj in opazovanj GNSS, bližina prometne infrastrukture, možnost priključ itve na energetsko in telekomunikacijsko omrežje, možnost izvedbe posega v prostor in izpolnjevanje prostorskih pogojev za gradnjo objekta, bližina naselij in podobno. V postopku izbora mikrolokacij so bili raziskani nač ini temeljenja in stabilizacije obstoječ ih tujih stalnih postaj GNSS v povezavi z geološkimi znač ilnostmi tal. Analizirane so bile geološke znač ilnosti mikrolokacij nekaterih obstoječ ih stalnih postaj GNSS državnih ali regionalnih omrežij v tujini: FreDNet (Friuli Regional Deformation Network), GREF (Integriertes Geodätisches Referenznetz Deutschlands), izbrane EUREF postaje, APOS (Austrian Positioning Service) in AGNES (Automated GPS Network of Switzerland). Prouč ena so bila tudi priporoč ila, zahteve in smernice IGS (International GNSS Service). Izbor mikrolokacij se je odvijal znotraj šestih makrolokacij oziroma con (slika 1). Prvotno izhodišč e projekta je bilo, da za mikrolokacije uporabimo potresne opazovalnice Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO), saj so te lokacije izpolnjevale več ino zahtev tudi za potrebe vzpostavitve toč k kombinirane geodetske mreže. S terenskimi ogledi in poskusnimi meritvami GNSS je bilo prouč enih dvanajst od osemindvajsetih ARSO-vih potresnih opazovalnic, izmed katerih jih je bilo pet izbranih za preverbo nadaljnjih kriterijev. Te opazovalnice so bile: BOJS – Bojanci, ZAVS – Zavodnje, GBRS – Gornja Briga, KOGS – Kog in LJU – Ljubljana. 133 Slika 1 - Prikaz šestih makrolokacij za izbor geodetskih toč k kombinirane geodetske mreže (Berk in sod., 2012) Tekom projekta je bil dogovor za postavitev toč ke državne kombinirane geodetske mreže dosežen le na potresni opazovalnici KOGS na Kogu (slika 2). Po preverjanju strokovnih geodetskih kriterijev, geoloških znač ilnosti in po pridobitvi prostorskih pogojev za gradnjo so bile določ ene še štiri konč ne mikrolokacije: Prilozje, Areh, Korada in Šentvid pri Stič ni. Za šesto mikrolokacijo je bila izbrana stalna postaja omrežja SIGNAL v Kopru. Slika 2 - Lokacija potresne opazovalnice KOGS (levo), makrolokacija severovzhodne toč ke kombinirane geodetske mreže (sredina, vir: Berk in sod., 2012) in stanje na lokaciji pred izgradnjo toč ke kombinirane geodetske mreže (desno, vir: GURS) Eden ključ nih pogojev gradnje je bilo ARSO-vo strinjanje glede gostovanja toč ke kombinirane geodetske mreže na zemljišč u potresne opazovalnice KOGS. Z ARSO-m je bil zato sklenjen sporazum o uporabi zemljišč a za potrebe vzpostavitve, obratovanja in vzdrževanja državne geodetske toč ke najvišjega reda. S tem sporazumom smo opredelili toč no lokacijo gradnje na zemljišč u potresne opazovalnice KOGS, nač in temeljenja toč ke kombinirane geodetske mreže s piloti in stabilizacije z betonskim stebrom, na katerem je namešč ena antena GNSS in v katerega je vgrajena omarica za dodatno opremo. Opredeljeno je bilo, da bo za delovanje državne geodetske toč ke izvedena gradnja elektro 134 in telekomunikacijskega priključ ka ter da je del zemljišč a potresne opazovalnice KOGS v bodoč e dan v uporabo za potrebe nemotenega izvajanja vseh vzdrževalnih del in dostopa do merilnega mesta. Gradbena zasnova toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu Gradbena zasnova toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu je upoštevala: • umestitev toč ke v severozahodni vogal parcele in na č im več ji oddaljenosti od potresne opazovalnice KOGS , • obstoječ e geološke znač ilnosti mikrolokacije, • da je območ je potresne opazovalnice Kog ograjeno, zato mora biti antena GNSS namešč ena nad vrh zgornjega roba ograje, • ARSO-v predlog, da se stabilizacija toč ke izvede na nač in, ki ne bo poškodoval kamnine v neposredni okolici potresne opazovalnice, torej, da ne sme priti do razpok v kamninski podlagi zaradi udarnega vrtanja v tla, kar je posledič no pomenilo uporabo rotacijskega vrtanja v kamnino, • dogovor z ARSO-m, da je za njih ustreznejši nač in izvedbe masivnejši armiranobetonski steber kot pa tanjša jeklena konstrukcija. Geološke znač ilnosti lokacije potresne opazovalnice na Kogu so ustrezale kriterijem za postavitev toč ke kombinirane geodetske mreže. Po dobrih 2 m preperine se nahaja 1 m debela plast litotamnijskega apnenca, pod njo plast glinovca, 2–5 m globoko pa se je nahaja trdna podlaga. Opazovalnica KOGS ni locirana na tektonski prelomnici. V zasnovi stabilizacije toč ke je bil predlagan 2,0 m visok armirano betonski steber s premerom 40 cm, v katerem je vgrajen vijak za postavitev antene GNSS. Predlog za temeljenje stebra je moral izpolnjevati ARSO-ve zahteve glede nepoškodovanja kamninske podlage tekom gradnje. Zato je bila predlagana temeljna plošč a, podprta s tremi piloti premera 15–20 cm, ki naj od površja tal segajo 5 m globoko (slika 3). Slika 3 - Piloti s stebrom (vir: Logar in sod., 2013) Projekt za izvedbo gradnje in gradnja toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu Na osnovi gradbene zasnove, geodetskega nač rta, pridobljenih prostorskih pogojev, ustreznih soglasij, sporazuma z upravljalcem potresne opazovalnice, soglasij o uporabi okoliških zemljišč itd. je bil izdelan projekt za izvedbo (PZI), ki je vključ eval: • izdelavo projektne dokumentacije za fizič no stabilizacijo toč ke Kog – nač rti gradbenih konstrukcij, • izdelavo projektne dokumentacije potrebne infrastrukture za toč ko Kog – nač rti električ nih inštalacij in električ ne opreme. 135 PZI je vseboval nač rte s podrobnimi tehnič nimi rešitvami in detajli (slika 4 in 5). Iz njih je bila razvidna podrobna sestava konstrukcijskih elementov, dimenzij in materialov, ki so bila uporabljena za gradnjo, nač rt inštalacij, nač rt toplotne izolacije, opažni nač rt itd. S PZI smo si zagotovili predvidljivo, kvalitetno in natanč no gradnjo, katera je bila pod stalnim nadzorom nadzornika gradnje. Slika 4 - Izsek iz projektne dokumentacije (PZI) toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu (vir: TERRAS s.p.) Slika 5 - Primer detajlnih nač rtov (PZI) toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu (vir: TERRAS s.p.) Gradnja toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu je potekala pod strogim nadzorom in skladno s predvidenimi deli (slika 6). Prva toč ka kombinirane geodetske mreže je prič ela s svojim polnim operativnim delovanjem 1. 1. 2016, ko je bilo operativno vzpostavljeno celotno kombinirano omrežje v naši državi. 136 Slika 6 - Armatura krožnega temelja in stebra (levo) ter pogled na dokonč no zgrajen steber z GNSS toč ko in tremi nivelmanskimi toč kami ter potresno opazovalnico KOGS (vir: GURS) Nadzor in delovanje toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu Nadzor nad delovanjem stalne postaje GNSS toč ke kombinirane geodetske mreže KGA1 se izvaja v okviru nadzora kakovosti delovanja celotnega omrežja GNSS kombinirane geodetske mreže. Za izvajanje nadzora je zadolžena Služba za GNSS, ki deluje v okviru državne geodetske službe na Geodetskem inštitutu Slovenije. Za nadzor delovanja omrežja GNSS kombinirane geodetske mreže se uporablja programski paket Alberding GNSS Status Software, ki je dopolnjen z modulom Alberding PPP Monitoring. Osnovni modul Alberding GNSS Status Software vseskozi preverja povezanost stalnih postaj omrežja 0. reda z glavnim strežnikom omrežja 0. reda in kakovost opazovanj. Za nadzor kakovosti opazovanj so skrbnikom omrežja za vsako postajo v realnem č asu na voljo številni indikatorji kakovosti: dosegljivost postaje in latenca podatkov, število vidnih satelitov, število možnih in dejansko izvedenih opazovanj, razmerje med signalom in šumom, število izpadov signala, velikost več potja ter vrednosti faktorjev HDOP, VDOP in PDOP. Modul Alberding PPP Monitoring pa je namenjen nadzoru položaja stalnih postaj omrežja 0. reda. Vsak dan se za posamezno postajo na podlagi celotnega niza opazovanj preteklega dne izrač unajo koordinate po metodi PPP in primerjajo z referenč nimi koordinatami. V primeru, č e vrednost določ enega indikatorja preseže predhodno nastavljene mejne vrednosti oziroma, č e je odstopanje dnevne rešitve od referenč nih koordinat preveliko, se o težavi obvesti skrbnike sistema, ki nato ukrepajo napaki oziroma težavi primerno. Postaja KGA1 operativno deluje tri leta (2016, 2017 in 2018). V tem obdobju so bile zabeležene sledeč e težave z delovanjem postaje: • Devetkrat je postaja izgubila mrežno povezavo z glavnim strežnikom omrežja 0. reda. V osmih primerih je bil vzrok za izgubo povezave nepravilno delovanje mrežne opreme (modem ali usmerjevalnik), enkrat pa je bila postaja nedosegljiva zaradi vzdrževalnih del na telekomunikacijskem omrežju. V primeru težav z mrežno povezavo se napako javi Telekomu Slovenije, ki napako odpravi ali preko oddaljenega dostopa ali neposredno na lokaciji postaje. • Enkrat je prišlo do okvare senzorja nagiba, ki ga je bilo potrebno zamenjati. • Enkrat je sprejemnik GNSS prenehal sprejemati signale vseh satelitov. Težavo je rešil ponovni zagon sprejemnika, po katerem je sprejemnik ponovno zač el pravilno delovati. 137 V naslednjem poglavju je na podlagi obdelave opazovanj GNSS podana ocena kakovosti stabilizacije toč ke KGA1 in kakovosti samih opazovanj. Zanesljivost delovanja postaje pa lahko ocenimo na podlagi popolnosti arhiva opazovanj. Opazovanja se v realnem č asu prenašajo in shranjujejo v arhiv opazovanj kombinirane geodetske mreže. Dodatno pa se opazovanja shranjujejo tudi na samem sprejemniku GNSS, na katerem se hranijo 30 dni. Tako lahko v primeru izgube povezave postaje z glavnim strežnikom opazovanja naknadno prenesemo s sprejemnika in dopolnimo arhiv. V arhiv se shranjujejo dnevne datoteke v formatu RINEX z intervalom registracije 30 sekund. V eni dnevni datoteki je torej shranjenih 2880 epoh opazovanj. Za posamezno leto je popolnost arhiva podana v preglednici 1. Preglednica 1 - Popolnost arhiva opazovanj GNSS za toč ko KGA1 leto število možnih epoh v letu število shranjenih epoh v letu odstotek popolnosti število manjkajoč ih epoh v letu 2016 1.054.080 1.054.036 99,9958 % 44 2017 1.051.200 1.051.199 99,9999 % 1 2018 1.051.200 1.048.747 99,7667 % 2.453 Glede na majhno število zabeleženih težav v treh letih delovanja postaje KGA1 in skoraj popoln arhiv opazovanj GNSS za to obdobje lahko zaključ imo, da oprema na postaji KGA1 ne deluje le kakovostno, temveč tudi izredno zanesljivo. Obdelava opazovanj GNSS na toč ki kombinirane geodetske mreže na Kogu Stalno delujoč a postaja GNSS toč ke 0. reda KGA1 je, tako kot vse postaje GNSS mreže 0. reda, vključ ena v obdelavo opazovanj GNSS stalno delujoč ih postaj GNSS na območ ju Slovenije na dnevni osnovi. Obdelava opazovanj poteka v okviru naloge »Analitič ni center mreže 0. reda in njen vpliv na geodetski referenč ni sistem« (Fabiani in sod., 2018), kjer je cilj obdelava opazovanj GNSS vseh stalno delujoč ih postaj GNSS na območ ju Slovenije in njene okolice. Ocenjene koordinate vseh postaj GNSS na dnevni osnovi za daljše č asovno obdobje bodo pomembne za ugotovitve glede ustreznosti vzpostavitve in dolgoroč ne stabilnosti državnega koordinatnega sistema, kar je ključ en element za zagotavljanje kakovosti vseh vrst prostorskih podatkov. Vsa opazovanja GNSS se obdelajo na dva nač ina, v relativnem nač inu s programskim paketom Bernese, GNSS Software, Version 5.2 (Dach in sod., 2015) in v absolutnem nač inu po metodi PPP, s programskim paketom gPPP, izdelan na Oddelku za geodezijo UL FGG (Sterle in sod., 2014). Postopek in lastnosti obdelave na oba nač ina pa sta podrobno opisana v Sterle (2015). V obeh primerih se obdelajo tako GPS kot tudi GLONASS opazovanja, po postopku za obdelavo opazovanj GNSS z najvišjo kakovostjo, za pridobitev koordinat postaj z najvišjo toč nostjo in zanesljivostjo. Za stalno delujoč o postajo GNSS toč ke 0. reda KGA1 imamo tako na voljo ocenjene koordinate za vsak dan od sredine leta 2016 do sredine leta 2018. Pridobljene č asovne vrste koordinat predstavlja slika 7. Obe sliki č asovnih vrst prikazujeta č asovne vrste za koordinate N, E in h, kjer leva prikazuje č asovne vrste s prisotno globalno geodinamiko (vektor hitrosti ni odstranjen), medtem ko desna slika prikazuje č asovne vrste, ko vektor hitrosti toč ke odstranimo. 138 Slika 7 - Č asovne vrste koordinat stalno delujoč e postaje toč ke 0. reda KGA1, predstavljene v smereh N, E in h, pred odstranitvijo vektorja hitrosti toč ke (levo) in po odstranitvi vektorja hitrosti toč ke (desno) Razpršenost (standardni odklon) koordinat na desni sliki je 1,1 mm, 1,2 mm in 3,7 mm za koordinate N, E in h, kar kaže na kakovostno stabilizacijo toč ke ter stabilno in zanesljivo delovanje instrumentarija GNSS. V grafič ni predstavitvi č asovne vrste koordinate N je razvidna trenutno še nepojasnjena prisotnost sistematič nega pogreška velikosti od enega do dveh milimetrov. Samo kakovost opazovanj GNSS oziroma kakovost delovanja instrumentarija GNSS lahko preverimo tudi z analizo popravkov opazovanj GNSS, ki jih prikazuje slika 8. Slika 8 - Prikaz velikosti popravkov linearne kombinacije faznih opazovanj L 3 v odvisnosti od višinskega kota za tri stalno delujoč e postaje GNSS: KGA1, RADO in GSR1 za 264-ti dan leta 2018 (21. 9. 2018) Slika 8 prikazuje velikost popravka linearne kombinacije opazovanj L 3 v odvisnosti od višinskega kota pri metodi PPP. Z modrimi pikami so prikazani popravki L 3 , z rdeč imi pikami popravki L 3 , ki so bili evidentirani kot grobi pogreški, z zeleno č rto pa teoretič no določ ena odvisnost natanč nosti opazovanj GNSS od višinskega kota. Velikost popravkov je pri več jih vrednostih višinskega kota manjša, na nivoju okoli centimetra ali manj, medtem ko s padanjem višinskega kota popravki narašč ajo, tudi do velikosti nekaj decimetrov pri zelo nizkih višinskih kotih. Vzrok je predvsem v vplivu atmosfere (troposfera in ionosfera) in v več potju signala. Iz slike je razvidno, da je razpršenost modrih pik malenkost manjša pri postaji KGA1, kot pri ostalih dveh, kar gre verjetno pripisati kakovostni stabilizaciji in predvsem ustrezni lokaciji postaje. Obe postaji omrežja SIGNAL (GSR1 in RADO), sta stabilizirani na strehah stavb, kjer se predpostavlja, da je več potje več je kot v primeru postaje KGA1, ki je stabilizirana na betonskem stebru na tleh. 139 Imata pa postaji RADO in GSR1 prednost v tem, da nimata ovir v okolici, kot je to pri postaji KGA1 (vegetacija v bližini). To se pri postaji KGA1 vidi v manjšem številu opazovanj pri nizkih višinskih kotih. Zanimiva je tudi enaka oblika prisotnosti grobih pogreškov pri postajah GSR1 in KGA1, kar pa se ne pojavi pri postaji RADO. Vzrok gre iskati v vrsti instrumentarija, saj sta postaji GSR1 in KGA1 opremljeni z instrumentarijem podjetja Leica, medtem ko je na postaji RADO namešč en instrumentarij podjetja Trimble. Rezultati obdelave opazovanj GNSS na stalno delujoč i postaji GNSS toč ke 0. reda KGA1 kažejo na visoko kakovostno geodetsko toč ko. Ponovljivost koordinat (slika 7) kaže na milimetrsko natanč nost določ itve horizontalnih koordinat toč ke in nekaj milimetrsko natanč nost določ itve višinske komponente toč ke. Na osnovi teh rezultatov lahko sklepamo, da je geodetska toč ka KGA1 z vseh vidikov kakovostno stabilizirana, kar pomeni, da bo v prihodnje predstavljala eno izmed ključ ih toč k pri vzpostavitvi in vzdrževanju koordinatne osnove Slovenije z najvišjo stopnjo zanesljivosti. Zaradi stabilnih č asovnih vrst koordinat bo spadala v ožji krog najbolj zanesljivih geodetskih toč k za geotektonske analize območ ja Slovenije. Kar se tič e analize kakovosti izvedenih opazovanj GNSS (slika 8) lahko tudi reč emo, da so opazovanja GNSS na postaji KGA1 pridobljena kakovostno. Predvsem je tu poudarek na lokaciji, ki zagotavlja visoko stopnjo ustreznosti s stališč a izmere GNSS, kar pomeni nizko stopnjo prisotnosti sistematič nih in grobih pogreškov v opazovanjih (predvsem več potje). Edino, kar bomo morali v prihodnje paziti je, da se okolica toč ke ne zaraste do te mere, da bi vplivala na opazovanja GNSS. Zaključ ek Vzpostavitev državne kombinirane geodetske mreže predstavlja materializacijo državnega koordinatnega sistema na najvišjem nivoju. Gre za ključ no komponento državne prostorske infrastrukture, ki zagotavlja dolgoroč ni temelj za potrebe georeferenciranja v Republiki Sloveniji. V prispevku na kratko predstavljamo izgradnjo prve geodetske toč ke kombinirane geodetske mreže na Kogu. Po uspešnem zaključ ku gradnje je od 1. 1. 2016 omrežje postaj GNSS v okviru državne kombinirane geodetske mreže polno operativno in pod stalnim nadzorom Službe za GNSS na Geodetskem inštitutu Slovenije, na Oddelku za geodezijo Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani pa poteka dnevna obdelava opazovanj GNSS stalno delujoč ih postaj GNSS na območ ju Slovenije, kamor so vključ ene tudi vse postaje GNSS državne kombinirane geodetske mreže. Č asovna vrsta dnevno ocenjenih koordinat stalno delujoč e postaje GNSS toč ke 0. reda KGA1 kaže na kakovostno stabilizacijo toč ke, visoko kakovost opazovanj in stabilno delovanje instrumentarija GNSS ter na ustrezno izbrano lokacijo postaje. Majhno število težav z delovanjem postaje in visoka stopnja popolnosti arhiva opazovanj GNSS za celotno obdobje delovanje postaje pa kažejo, da postaja ne deluje samo kakovostno, temveč tudi izredno zanesljivo, in tako od prič etka njenega delovanja zagotavlja praktič no neprekinjen niz opazovanj GNSS najvišje kakovosti. Zahvala Pri izvedbi projekta izgradnje toč k kombinirane geodetske mreže so sodelovali kolegi: Sandi Berk, mag. Klemen Medved, Žarko Komadina in mag. Jurij Režek z Geodetske uprave Republike Slovenije; Niko Fabiani in mag. Vasja Bric z Geodetskega inštituta Slovenije; doc. dr. Božo Koler, doc. dr. Polona Pavlovč ič Prešeren in izr. prof. dr. Janko 140 Logar s Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani, izr. prof. dr. Marko Vrabec z Naravostlovnotehniške fakultete Univerze v Ljubljani, mag. Mladen Živč ić z Agencije Republike Slovenije za okolje ter Zdenka Popović in Nikola Popović iz podjetja Terras s.p. Predstavljeno delo v č lanku je bilo opravljeno v okviru podprojekta »Geodetski referenč ni okvir (GRFR)«, ki je bil eden od štirih podprojektov projekta »Posodobitev prostorske podatkovne infrastrukture za zmanjšanje tveganj in posledic poplav«, kateri je bil vključ en v Memorandum o soglasju (MoS) za izvajanje Finanč nega mehanizma Evropskega gospodarskega prostora za leta 2009–2014 (FM EGP). Nekatera dela so bila opravljena še v okviru ciljnih raziskovalnih projektov V2-1096 »Zasnova temeljne več namenske državne geoinformacijske infrastrukture« in V2-1729 »Poveč anje zanesljivosti javnih omrežij GNSS SIGNAL in 0. red«, ki sta bila izvedena v okviru različ nih Ciljnih raziskovalnih programov. Sofinanciranje projektov je bilo zagotovljeno s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS) in Geodetske uprave Republike Slovenije. Nekaj aktivnosti je bilo izvedenih tudi s finanč no podporo ARRS v okviru raziskovalnega programa P2-0227 »Geoinformacijska infrastruktura in trajnostni prostorski razvoj Slovenije«. Literatura Berk, S., Bajec, K., Fajdiga, D., Bitenc, M., Hari, J., Klanjšč ek, M., Triglav Č ekada, M., Žagar, T., Radovan, D., Ambrožič , T., Koler, B., Kuhar, M., Pavlovč ič Prešeren, P., Savšek, S., Sterle, O., Stopar, B. (2012). Zasnova temeljne več namenske državne geoinformacijske infrastrukture. Konč no poroč ilo. Geodetski inštitut Slovenije, Ljubljana, 149 str. Dach, R., Lutz, S., Walser, P, Fridez, P. 2015. Bernese GNSS Software Version 5.2. Astronomski inštitut Univerze v Bernu, Bern, Švica. http://www.bernese.unibe.ch/docs/DOCU52.pdf (pridobljeno 11. 1. 2019) Fabiani, N., Ritlop, K., Oven, K., Sterle, O., Stopar, B. (2018). Služba za GNSS 2018: konč ni elaborat, 2000 str. Logar J., Robas B.. Gradbena zasnova stabilizacije toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda; Kog in Prilozje, 10 str. Sterle, O. 2015. Č asovno odvisne geodetske mreže in koordinatni sistemi. Doktorska disertacija, UL FGG, Ljubljana. Sterle, O., Stopar, B., Pavlovč ič Prešeren, P. 2014. Metoda PPP pri statič ni izmeri GNSS. Geodetski vestnik, 58 (3), str. 466–481. doi: 10.15292/geodetski-vestnik.2014.03.466-481 Stopar, B., Koler, B., Ambrožič , T., Pavlovč ič Prešeren, P., Kuhar, M., Sterle, O., Štebe, G., Urbanč ič , T., Oven, K., Janežič , M., Bajec, K., Berk, S., Bric, V. (2013). Izdelava projektne dokumentacije za toč ke kombinirane mreže 0. reda. Projekt 2433-13-0003. Elaborat: 1. faza, 2. faza. Ljubljana, 166 str. Stopar, B., Koler, B., Ambrožič , T., Pavlovč ič Prešeren, P., Kuhar, M., Sterle, O., Štebe, G., Urbanč ič , T., Oven, K., Janežič , M., Bajec, K., Bric, V., Berk, S. (2014a). Izdelava projektne dokumentacije za toč ke kombinirane mreže 0. reda. Projekt 2433-13-0003. Elaborat: 3. faza: toč ka Šentvid pri Stič ni. Ljubljana, 46 str. Stopar, B., Koler, B., Ambrožič , T., Pavlovč ič Prešeren, P., Kuhar, M., Sterle, O., Štebe, G., Urbanč ič , T., Oven, K., Janežič , M., Bajec, K., Bric, V., Berk, S. (2014b). Izdelava projektne dokumentacije za toč ke kombinirane mreže 0. reda. Projekt 2433-13-0003. Elaborat: 3. faza: toč ke Areh, Koper in Korada. Ljubljana, 43 str. 141 Evidentiranje in analiziranje sprememb plazu nad Belco z geodetskimi metodami Dušan Petrovič * , Janez Goršič * , Albin Mencin * , Klemen Kozmus Trajkovski * , Tilen Urbanč ič * , Dejan Grigillo * Ključ ne besede: zemeljski plaz, oslonilne toč ke, daljinsko vodeni letalnik, TLS, primerjava oblakov toč k Key words: landslide, control points, unmanned aerial vehicle, TLS, point clouds comparison Razširjen povzetek Plazovito poboč je nad naseljem Belca v dolini Save Dolinke je eno bolj aktivnih erozijskih žarišč v Slovenji. Okoli 100 m široko in 500 m dolgo strmo plazišč e s povpreč nim nagibom okoli 45° v zgornjem delu vsebuje znatne količ ine nestabilnega materiala. V februarju 2018 je po deževju in zmrzali prišlo do več jega skalnega podora (ocena 27.000 m 3 kamnitega gradiva, Kostevc 2018), ki je zasul gozdno cesto, ki je potekala preko plazu ob dolini Belce do pašnih planin pod Kepo. Ceste zaradi nestabilnosti niso sanirali, zato so kmetje morali živino na pašo na planino goniti preko Avstrije in prelaza Sedlič (1438 m). Ponoven podor se je zgodil po obilnem lokalnem deževju konec oktobra 2018, ko je grušč odlomljenega materiala zasul spodnji del struge potoka Belca, hidroelektrarno in žago ter nevarno ogrožal stanovanjske objekte ob glavni cesti Jesenice - Kranjska Gora. Prva sanacija je vsebovala odvoz nakopič enega materiala ob žagi in hidroelektrarni ter odvoz materiala iz struge do izliva v Savo Dolinko. Hkrati se je izkazalo, da je na mestu odloma v zgornjem delu poboč ja še veliko terenskih razpok (slika 1), ki so predstavljale grožnjo za ponoven podor, zato je bila 5. 12. 2018 izvedena nadzorovana sprožitev dela dodatnega nestabilnega materiala, katerega količ ina pa ni dodatno ogrožala objektov in infrastrukture. Nadaljnje nadzorovano proženje preostalega nestabilnega materiala je predvideno za pomlad 2019 (objava RTV Slovenija). Slika 1 - vidne razpoke terena v zgornjem delu plazišč a * UL, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova c. 2, Ljubljana 142 Raziskovalci Katedre za kartografijo, fotogrametrijo in daljinsko zaznavanje ter Katedre za inženirsko geodezijo Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani smo se evidentiranja plazu lotili 8. 11. 2018, nekaj dni po jesenskem podoru. Okoli območ ja plazu in struge potoka Belca smo vzpostavili 16 oslonilnih toč k (slika 2) in njihovo lego določ ili z metodo RTK GNSS z inštrumentom Javad Triumph-LS. Dve toč ki sta bili vzpostavljeni nad plazom (01 in 02), dve v sredini plazu, na območ ju dostopa nekdanje ceste (04, 04a), preostale pa v dolini vzdolž struge do izliva v Savo Dolinko. Na osrednje območ je plazu oslonilnih toč k zaradi nevarnosti plazenja nismo postavljali. V treh misijah smo z daljinsko vodenim letalnikom fotografirali celotno območ je plazu in struge Belce do sotoč ja, pri č emer smo plaz fotografirali s poševnimi posnetki pod kotom 45°, strugo pa z nadirnimi posnetki. Iz pridobljenih podatkov smo izrač unali oblak toč k, ga umestili v državni koordinatni sistem in iz njega izgradili digitalni model površja ter ortofoto. Digitalni model struge se je izkazal kot ustrezen, medtem ko model plazu zaradi izjemne reliefne razgibanosti poboč ja in neugodne lege nekateterih oslonilnih toč k za izmero z metodo GNSS ni zadostil prič akovani kakovosti. Snemanje smo zato ponovili 4. 12. 2018, ko smo se osredotoč ili na plaz. Šestim stabiliziranim oslonilnim toč kam iz prve izmere smo dodali in stabilizirali štiri dodatne talne (03, 04b, 06, 07) in dodatne oslonilne toč ke za terestrič no lasersko skeniranje (TLS), na sliki 2 označ ene z r, vse pa izmerili tako s klasič no tahimetrič no izmero z instrumentom Leica TCRP1201 kot tudi z izmero GNSS, a tokrat z dvema različ nima instrumentoma (Javad Triumph-LS in Leica Viva GS15) in dvema metodama izmere, RTK in hitro-statič no. Območ je plazu smo poševno fotografirali z daljinsko vodenim letalnikom, soč asno pa z enega stojišč a v bližini toč ke 10 vidni del plazu tudi skenirali s terestrič nim laserskim skenerjem Riegl VZ-400. Po izrač unu koordinat vseh oslonilnih toč k smo pri obdelavi fotografij z letalnika in pri obdelavi podatkov skenerja upoštevali lege oslonilnih toč k in izrač unali georeferencirane oblake toč k poboč ja plazu. 11. 12. 2018, nekaj dni po izvedenem nadzorovanem proženju plazu, smo meritve ponovili, ponovno smo opravili poševno in dodatno še nadirno fotografiranje z letalnikom ter terestrič no lasersko skeniranje. Tri talne in ena za TLS namenjena stabilizirana toč ka so se sicer pri razstrelitvi unič ile, vendar je število in razporeditev preostalih toč k omogoč alo izdelavo in georeferenciranje oblakov toč k, prav tako pa tudi izdelavo digitalnih modelov površja in ortofota. 143 Slika 2 - mozaik izdelanih in državnih ortofotov območ ja z oslonilnimi toč kami vseh opravljenih izmer 144 Primerjava digitalnih modelov površja plazu pred in po nadzorovanem proženju je prikazana na sliki 3. Prostornina nasutega (dodatnega) materiala, na sliki v oranžno-rdeč ih odtenkih, je okoli 15.000 m 3 . Izrač unana prostornina odstreljenega dela, na sliki v zeleno- modrih odtenkih, je okvirno 11.000 m 3 . To območ je je imelo pred umetno sproženim podorom nezadostno gostoto pridobljenega oblaka toč k, predvsem zaradi snemanja zgolj poševnih fotografij. Poleg tega so po odlomu nastale previsne stene, kar predstavlja težavo pri izrač unih iz višinskih modelov. Območ ja nasutega materiala imajo v obeh izmerah zadostno gostoto oblaka toč k in topografsko niso problematič na, zato lahko sklepamo, da je tudi okvirna prostornina sproženega odloma 15.000 m 3 . Slika 3 - primerjava višinskih modelov območ ja plazu pred in po nadzorovanem odlomu Na osnovi vseh izdelkov ter uporabe podatov Laserskega skeniranja Slovenije, morda pa tudi morebitnih pridobljenih drugih meritev (Kostrevc 2018), bomo skušali še dodatno č im toč neje in ustrezneje interpretirati dosedanje in morebitne prihodnje podore na območ ju plazu. Literatura Vir: Kostevc, M. 2018. Ocena ogroženosti naselja Belca pred drobirskim tokom, diplomska naloga, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za gozdarstvo in obnovljive gozdne vire. 145 Pavle Šegula (1923–2017) in njegov pomen za poznavanje domač ih in tujih raziskav s področ ja kriosfere Miha Pavšek * Konec leta 2017 smo se na kranjskem pokopališč u planinski prijatelji poslovili od Pavleta Šegule, ki je več kot pol stoletja spremljal številne tuje in več ino domač ih raziskav o snegu, ledu, plazovih in ledenikih ter seznanjal z njimi tako strokovno kot tudi splošno javnost. Neprecenljiv pa je seveda njegov prispevek k poveč anju varstva in zašč ite pred snegom in snežnimi plazovi, saj je bil med pobudniki ustanovitve Podkomisije za snežne plazove (danes Komisija za reševanje iz plazov) pri Gorski reševalni službi (GRS) Slovenije ter za izdelavo lavinskega katastra in delovanje lavinske službe. Velik del izjemnega bibliografskega opusa posega neposredno in posredno s področ ja kriosfere. Č eprav imamo v slovenskih gorah samo nekaj hektarov stalno poledenelega površja in le sezonsko zamrznjena tla, pa je razumevanje delovanja teh procesov in njihovih posledic pomembno tudi za preventivo na področ ju varstva in zašč ite pred pojavi snega, ledu in snežne erozije. Ključ ne besede: kriosfera, znač ilnosti snežnih plazov, nevarnosti v gorah, lavinska preventiva, Slovenija Key words: cryosphere, avalanche characteristics, mountain hazards, avalanche prevention, Slovenia Uvod Obč udujoč njegovo življenjsko pot in delo ter bogastvo in raznovrstnost znanj, ki nam jih podajal in zapustil, sem ob odhodu planinskega prijatelja, s katerim sva se sporazumevala kot bi bila vrstnika, razmišljal tudi o njegovem prispevku s področ ja kriosfere. Bolj kot z raziskavami ali v današnjem č asu s projekti je s svojim delom poskrbel, da je prišlo znanje in izrazje o snegu, ledu in plazovih tudi v naše kraje, hkrati pa skrbel za seznanjanje s tovrstnimi raziskavami doma in na tujem. To pa je seveda temeljnega pomena za vsako stroko, tudi lavinologijo in nivologijo (plazo- in snegoslovje) oziroma širše, za raziskave s področ ja kriosfere. Več kot 200 bibliografskih zapisov ima samo v Planinskem vestniku, okrog 170 v COBISS-u (knjižnič ni informacijski sistem, ki ga uporabljajo knjižnice v Sloveniji; prvi zapis je iz 1951 in zadnji iz leta 2013) in skoraj 40 v reviji Ujma, ki jo izdaja Uprava RS za zašč ito in reševanje. Nekatera dela se ponavljajo, še več pa je tistih, ki so ostala izven teh in drugih bibliografskih pregledovalnikov. Še precej več kot je govoril – pri tem je skrbno pazil na izrazje, besedotvorje in skladnjo – je pisal. Posebej ga je kdaj razjezilo nesodelovanje ljudi, ki bi lahko oziroma celo morali med seboj sodelovati. Zanimalo ga je prav vse, še posebej pa tisto, kar je bilo povezano s snegom, ledom in plazovi. Za vse znanja in napredka željne je bil odprta knjiga, pravi leksikon in hkrati enciklopedija, tudi jezikovna, na dveh nogah. Bogata in ustvarjalna življenjska pot Pavle Šegula se je rodil v Kranju in se že v mladih letih zagledal v gore, komaj 21-leten pa je odšel v partizane. Bil je vedoželjen, še posebno ga je veselilo uč enje elektrotehnike in * Geografski inštitut Antona Melika, ZRC SAZU, Novi trg 2, Ljubljana 146 tujih jezikov, za kar je izkoristil vsak prosti č as. Postal je odlič en radiotelegrafist, po vojni pa je študiral ob delu in leta 1957 diplomiral na fakulteti za elektrotehniko. Bil je med glavnimi organizatorji radioamaterskih klubov v Ljubljani in deloval kot inštruktor po vsej Sloveniji. S svojim mladeniško neugnanim poletom in delavnostjo je bil izredno priljubljen. S skromnostjo in preprostostjo se je približal prav vsakemu, vsakomur je ponudil dobro besedo, strokovni pogovor in dejansko pomoč . Po nesreč nem naključ ju, pri katerem je na zasneženem Storžič u izgubil prijatelja, je sklenil, da mora s svojo energijo in znanjem pripomoč i, da bi bilo nesreč v gorah č im manj. Priključ il se je planincem in gorskim reševalcem ter zač el z neutrudnim vzgojnoizobraževalnim delom. Izkazal se je kot odlič en organizator; kjerkoli je bil, č esarkoli se je lotil, je vedno pokazal, kaj zmore. Njegova neverjetna delavnost ga je kmalu pripeljala v upravni odbor Planinske zveze Slovenije, leta 1960 pa v Komisijo za gorsko reševalno službo. Prav pri slednji je našel najplemenitejše poslanstvo, njegovo delo v okviru te komisije pa je obrodilo najžlahtnejše sadove. Takrat je zač el skrbeti za ustrezno uporabo brezžič nih radijskih zvez v planinstvu in pri reševanju, ukvarjal se je z organizacijo raznih sreč anj in v naslednjih letih poskrbel, da je več ina planinskih postojank dobila brezžič no radijsko povezavo. Svoje znanje je prenašal na druge, predaval na posvetovanjih in seminarjih ter pripravljal ustrezno gradivo – od prevodov tuje literature do samostojnih strokovnih izdaj. Slika 1 - Pavle Šegula na tiskovni konferenci na PZS v zač etku leta 2015 (Foto: Pavel Oman). Govoreč več jezikov je bil izredno dobrodošel na zboru IKAR (Mednarodna organizacija za gorsko reševanje) leta 1962 na Vršič u. Takrat je bila v okviru te 147 organizacije ustanovljena Podkomisija za reševanje iz plazov. Takoj je postal njen č lan, svojemu elektrotehniškemu znanju pa je zač el dodajati še spoznanja o snegu in snežnih plazovih ter se osredotoč il na njihovo raziskovanje. Kot izredno študijski č lovek in navdušen gornik je vse odtlej dejavno in č astno zastopal GRS v tej mednarodni organizaciji, v kateri je deloval skoraj polna tri desetletja. Povsem upravič eno je bil deležen izrednega mednarodnega ugleda in posebnega priznanja kot zaslužni č lan te organizacije. Nevarnost plazov v gorah, ob tem pa varovanje č loveških življenj v plazovitih območ jih, vse to je bilo zanj ne le izziv, ampak tudi življenjska naloga. Z velikim veseljem in požrtvovalnostjo se je posvetil preventivi med dejavnostmi v naravi, še posebej v hribovitem in goratem svetu. Temeljito je zbiral in raziskoval dosegljivo svetovno literaturo, še posebej o snegu in plazovih, svoje znanje pa nesebič no posredoval naprej. Želel si je, da bi njegova opozorila prišla prav do vsakega obiskovalca gora, zato se je neutrudno oglašal s praktič nimi preventivnimi č lanki v dnevnem č asopisju, strokovnih glasilih in revijah ter opozarjal na najrazlič nejše nevarnosti v gorah, zlasti na snežne plazove. Leta in desetletja so skoraj v vsaki številki Planinskega vestnika izhajali njegovi č lanki, zapisi in opozorila; nizal je gradiva in poroč ila s simpozijev mednarodne reševalne organizacije IKAR, s seminarjev in posvetov GRS ter obiskov pri tujih gorskih reševalcih. Slika 2 - Pavle Šegula med terenskim ogledom žič nic in smuč išč na Kaninu spomladi 1976 (Foto: Marjan Saksida). Bil je pobudnik in organizator različ nih preventivnih teč ajev, na primer posvetovanja Gore in varnost in še posebej vsakoletnih Dni varstva pred snežnimi plazovi (prvič leta 1975; sprva v Poljč ah, nato v vojašnici na Rudnem polju na Pokljuki), ki so bili prvi takšne oblike na svetu. Prav tako je organiziral teč aje za vodnike reševalnih psov, minerske teč aje za umetno proženje snežnih plazov ter varnostne teč aje za javne uslužbence, ki lahko kdaj pridejo v stik s plazovi. Razvil se je v našega najboljšega poznavalca snega in njegovih preobrazb – plazoslovca brez primere. Zač el je nač rtno zbirati podatke za kataster plazov na Slovenskem, vodil pa je tudi evidenco lavinskih dogodkov, to je primerov nesreč s škodo ali poškodbami, ki niso bile usodne. Konec leta 1962 je postal tudi nač elnik Komisije za odprave v tuja gorstva in s svojim nesebič nim delom odloč ilno pomagal 148 preseč i velike težave in pognati kolesje slovenskih odprav v tuja gorstva, v katerih je bilo pomembno tudi znanje o ledu in ledenikih. V tej vlogi je deloval celo desetletje. Zelo dejaven je bil tudi v domač i Škofji Loki; leta 1978 je bil med glavnimi ustanovitelji postaje GRS. Več ina ga je poznala predvsem kot dolgoletnega nač elnika Podkomisije za snežne plazove pri Gorske reševalni službi Slovenije (danes zveza oziroma GRZS). Kljub poznim letom se je Pavle zlahka privadil na rač unalnike in elektronsko komunikacijo, a še vedno se je najraje pogovarjal, tako v živo kot prek telefona, najbolj pa se je razveselil obiska na domu v njegovi Suhi v Škofji Loki, kjer si med knjigami in priroč niki »komajda videl skozi okno«. Znal je prisluhniti venomer in vsakomur, pri č emer ni obveljala le njegova, kar se je še posebej dobro obneslo pri pripravi najrazlič nejših slovarjev. Jagodni izbor njegovih bibliografskih enot Kmalu po zač etku delovanja so nastajale tudi njegove knjige: najprej prevod francoskega reševalnega priroč nika (1972) in avstrijskih Gaylovih Plazov, nato poglobljeno poglavje Bivanje in hoja po gorah v knjigi Življenje v naravi in leta 1977 temeljni, in še danes izredno priljubljeni priroč nik Nevarnosti v gorah, planinski brevir za preventivo pri nesreč ah v gorah. In konč no še uč benik Sneg, led, plazovi in slovenski del slovarja mednarodnega združenja planinskih organizacij UIAA ter trojezič ni planinski slovar treh dežel. Kasneje je prevedel še ameriški priroč nik Podhladitev, omrzline in druga škoda zaradi mraza in brošuro Gore in zdravje. Vsa navedena dela so med pionirskimi pri nas, zato so jih še danes z zanimanjem prebirajo tako strokovnjaki kot zainteresirana splošna javnost. Pripravil in uredil je jubilejne zbornike ob različ nih obletnicah GRS, drugo knjigo prijatelja Cirila Prač ka Vrnite mi moje sinove z gore (2000) ter z njo osnoval zbirko Med gorskimi reševalci. Leta 2001 je izdal še svojo gorniško avtobiografijo Križemkražem po gorah. Spodbujal in pomagal je tudi pri nastanku jubilejne knjige Reševanje v gorah ob stoletnici gorskega reševanja v Sloveniji leta 2012. Slika 3 - Naslovnice najbolj znanih del Pavleta Šegule (Foto: Marko Zaplatil, ZRC SAZU). 149 Najštevilnejše so objave v Planinskem vestniku Največ (prek 350) in več inoma poljudnih objav, je priobč il v Planinskem vestniku. Dejstvo, da so razvršč ene v kar sedem kategorij, kaže širino njegovih nazorov in znanj ter posledič no tudi objav. Pod alpinizmom najdemo predvsem poroč ila z odprav in taborov v tujini v č asu, ko je nač eloval KOTG in tudi še kasneje (rubrika Slovenci v tujini, 1971), opisanih pa je tudi nekaj njegovih alpinistič nih podvigov v domač ih in tujih gorah. Pri naravovarstvu je že zgodaj opozoril na varovanje gorske narave (Gore naj bodo č loveštvu na voljo neizumetnič ene, 1982) in opozarjal, da velikopotezni nač rti, ki so jih imeli v 2. pol. 20. stoletja z našim gorskim svetom nekateri tedanji odloč evalci, niso v skladu z varovanjem gorskega okolja. Svoj odnos do preteklosti in spoštovanja zgodovine je pokazal tudi v številnih č lankih, ki jih je pripravil ob obletnicah najrazlič nejši društev. Vešč je bil tudi potopisov z izletov ali daljših trekingov, še posebej iz manj znanih domač ih in tujih gorah, tuje mu ni bilo niti kolesarjenje. Posebej rad je ime anekdote, iz katerih je potegnil uporabne nauke (gre torej za nekakšne planinske basni). Najobsežnejša so poroč ila med letoma 1962 in 1990 o delu planinske zveze in gorske reševalne službe, redne analize nesreč v zimskih sezonah doma in deželah IKAR, pri č emer je vedno opozarjal tudi na novosti, ki jih je videl v tujini oziroma bral o njih v tuji literaturi. Že omenjeno kritič nost kažejo tudi številni odzivi v pismih bralcev. Več ina njegovih prispevkov so pomembni dokumenti č asa, ki so danes zelo dobrodošli zlasti, ko preuč ujemo posamezne teme kronološko. Katerekoli teme se je že lotil, vedno pa je opozarjal na varnost oziroma na varno doživljanje in izvedbo planinskih dejavnosti, Prevajalski opus in revija Ujma Neizmerno č ašč enje domač ega in znanje številnih tujih jezikov kaže tudi njegov prevajalski opus od prevoda skript francoske GRS (1967), prek številnih prevodov iz nemške literature o ukrepih za reševanje zasutih v plazu (1965), ABC za vodnike lavinskih psov (1964), Atlasu plazov (1981), pa Gaylovi Plazovi (1973), Gornikov svetovalec (1996), do francoskega zbornika Gore in zdravje (1990) ter angleškega o podhladitvi, omrzlinah in drugi poškodbah zaradi mraza (1990), in ne nazadnje v Ujmi o klasifikaciji snega v sezonski snežni odeji (1995) in preobrazbi snega (1998) ter o osnovah preobrazbe snega v reviji Življenje in tehnika (1998). Ne smemo pozabiti, da je objavil tudi številne prispevke v tujih zbornikih, najbolj redno pri IKAR-ju (Mednarodna komisija za reševanje v gorah), pa v Avstrijskem kuratoriju za varnost v gorah (po njihovem zgledu je spodbudil domač e posvetovanje Gore in varnost ter uredil zbornike med letoma 1984 in 1990) ter na mednarodnih simpozijih in delavnicah o snegu in plazovih. Ne smemo pozabiti tudi številnih drugih publikacij, kjer je sodeloval kot urednik zbornika (zlasti GRS in PD PTT Ljubljana, slednjega med letoma 1973–2003) ali strokovni sodelavec oziroma kot soavtor knjig in brošur. Zadnji od zbornikov je bil Prač kov Vrnite mi moje sinove z gore (2000). V reviji Ujma je objavil številne polemič ne č lanke o varstvu pred snežnimi plazovi v Sloveniji in spodbujal pristojne ter odgovorne k ustanovitvi državne lavinske službe kot jo poznajo v sosednjih alpskih deželah, kar se je v zadnjih letih vsaj deloma uresnič ilo in je potemtakem tudi njegova zasluga. Različ ni pregledi plazovitih območ ij po regijah, področ jih (prometna infrastruktura), tematika preživetja pod snežnim plazom in lavinski psi, povezanost nosilcev varstva pred snežnimi plazovi, vse to in pa redni pregledi izbranih pomembnejših lavinskih objav iz tuje literature so napolnili marsikatero stran omenjene strokovne revije. 150 Objave s področ ja kriosfere Na koncu se vrnimo k njegovi bibliografiji in se seznanimo podrobneje z bibliografskimi enotami, ki se dotikajo kriosfere. Že v zač etku 90. let 20. stoletja je pisal o ledenikih Severne Amerike, v reviji Življenje in tehnika pa o osnovah preobrazbe snega (1998) in o skrivnostih ledu (2000). Revijo Ujma je izkoristil za seznanitev z zastružnimi zagradbami a kraejvno zašč ito pred kopič enjem živega snega (1993), za predstavitev publikacije Mednarodna klasifikacija snega v sezonski snežni odeji (1995), ki jo je pripravila delovna skupina Mednarodne komisije za sneg in led (ICSI) pri Mednarodni zvezi za znanstveno hidrologijo (IASH) in omogoč il seznanitev domač i javnosti. V tej reviji je pisal tudi o preobrazbi snega (2000). Njegov največ ji »otrok« in življenjsko delo (nastajal je poldrugo desetletje) je gotovo šestjezič ni slovar Sneg in plazovi (1995), kateremu je dodal še razlage gesel v slovenskem jeziku in je prvi te vrste na svetu. Z njim je na eni strani odprl tuja znanja domač im strokovnjakom ter utrl pot domač emu znanju v tujini. Veselimo se že dejstva, da bo slovar kmalu dostopen tudi na portalu Termania med drugimi terminološkimi slovarji in torej javnosti kar najširše dostopen. Pomembno je tudi njegovo sodelovanje pri Planinskem terminološkem slovarju (2002), kakršnega nima vsaka država, niti planinsko bolj razvite od nas bolj razvite alpske sosede. Obe deli sta bili deležni velikega zanimanja strokovne in planinske javnosti. Poleg omenjenih je brez dvoma eno najpomembnejših njegovih del obsežna monografija Sneg, led plazovi (1986), nekakšen dva enem oziroma »abecednik in katekizem« lavinologije (plazoslovja), vključ no z nivologijo (snegoslovjem). To področ je je pokril še v okviru številnih drugih priroč nikov na primer za izobraževanja in zborovanja gorskih reševalcev, minerje snežnih plazov (s podpoglavjem Namerno proženje snežnih plazov, 1967), smuč arskih vaditeljev in uč iteljev, mladinskih vodnikov in vodnikov planinskih šol. Veliko je tudi njegovih pregledov problematike snežnih plazov, najbolj obsežen tovrsten prispevek je pripravil za domač e Loške razglede. Pogosto je spisal le nasvete v obliki enkratnih prispevkov ali v nadaljevanjih (podlistek, rubrika) za bolj varno gibanje oziroma hojo v gorah, kjer je opozarjal na najpogostejše pomanjkljivosti obiskovalcev gora, ki lahko privedejo tudi do nesreč z najhujšim izidom. Namesto zaključ ka Č eprav je bila Sekcija za kriosfero v okviru SZGG ustanovljena že po njegovem aktivnem udejstvovanju v planinstvu, pa je s svojim delom in objavami pustil za seboj neizbrisen peč at, predvsem pa olajšal ustanovitev sekcije in njeno delovanje v prihodnosti. Zadnji avtorski prispevek Pavleta Šegule v COBISS-u datira iz leta 2006 in ga je torej zapisal pri svojih 83 letih. Morda je ta zapis najlažje skleniti kar s Pavletovimi lastnimi besedami, ki jih je zapisal v priložnostnem povzetku svojega življenja na zač etku tega stoletja: »Č e se vprašam zakaj tako, je vselej odgovor, da prav gotovo zaradi želje koristiti skupnosti na nač in, kot to lahko najbolje in najlažje storim. V tem delu razen samega delovanja in veselja nad skupnimi dosežki nikoli nisem iskal osebnih gmotnih koristi; č e bi ne bil tak, ne bi bilo tudi marsikatere knjige, skript ali č lanka. Zato sem imel pri delu razmeroma proste roke, zagotovo pa mi je bilo prihranjeno prenekatero razoč aranje.« Nam pa je zapustil velikansko dedišč ino, del katere je povezan tudi z znanji in raziskavami s področ ja kriosfere in se je ne bi sramovali niti največ ji alpski narodi. S svojim delom in življenjem nam je pokazal, da lahko brez sramu in zavisti stopimo ne le ob njihov bok, temveč da spadamo mednje. Zgled, ki ga velja č islati tudi v domač em 151 stanovskem združenju, ki povezuje strokovnjake in vse tiste, ki jih na kakršenkoli drugi nač in zanimajo področ ja, povezana z geodezije in geofiziko ter njihovimi panogami. Zahvala Prispevek temelji na raziskovalnem programu Geografija Slovenije (P6-0101) in infrastrukturnem programu (I0-0031) Naravna in kulturna dedišč ina, ki ju financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije. DODATEK: Pavle Šegula - izbor knjig(A), č lankov (B) in predavanj (C) s podorč ja kriosfere: A: KNJIGE AVTORSKE 1. Nevarnosti v gorah; Izdala: Planinska založba, 1978 2. Sneg, led, plazovi; Izdala: Planinska založba, 1986 3. Priroč nik za gorske reševalce; Izdala: Komisija za GRS pri PZS, 1972, soavtor; poglavje: Nevarnosti (Strela, Plazovi, Preventiva) in poglavje: Sredstva za zvezo in sporazumevanje 4. Priroč nik za minerje snežnih plazov; skripta, 1967; avtor II. dela: Namerno proženje plazov. Soavtor Danilo Belšak 5. Priroč nik za minerje snežnih plazov; skripta; 2. izdaja; 1997 6. Priroč nik Sneg, preobrazba snega, plazovi, reševanje iz plazov; skripta; 1998 7. Šestjezič ni slovar sneg in plazovi; 1995, izdala: Komisija za GRS pri PZS 8. Zbornik seminarja CZ, Kranj 1980; prispevek: Obezbedjenje od snežnih lavina u Sloveniji 9. Loški razgledi 36, 1989; prispevek: Snežni plazovi na območ ju obč ine Škofja Loka 10. Vaditelj smuč anja, 1970; poglavje: Nevarnosti v gorah 11. Zbornik Alpsko smuč anje, 1992, 1996, prispevek: Sneg, plazovi, smuč anje in varnost 12. Program snovi za mladinske vodnike in vodnike planinske šole; izdala PZ PZS, 1970, avtor poglavja Nevarnosti v gorah 13. Planinski vodnik; izdala PZ PZS, 1982; avtor poglavja Nevarnosti v gorah 14. Planinski terminološki slovar, Založba ZRC, SAZU, 2002, soavtor, nosilec gesel: sneg in plazovi PREVODI TUJIH KNJIG 1. Priroč nik Gorska reševalna služba v Franciji; skripta, 1961 (F.F.M., 1960: Le Secours de Montagne en France, 1960); 2. Plazovi, 1973, PZ PZS, 1973 (Albert Gayl: Lawinen) 3. Nujni ukrepi za reševanje zasutih v plazu; 1965 (Dringliche Maßnahmen zur Rettung Lawinenverschütteter – Zbornik 1. Simpozija Fondation Internationale Vanni Eigenmann, Davos 1963) 152 4. ABC za vodnike lavinskih psov, 1964 (Sepp Isslitzer: ABC für Lawinenhundeführer, ÖBRD, Landesleitung Tirol, 1962) 5. Atlas plazov, ilustrirana klasifikacija plazov (Avalanche atlas, UNESCO, 1981; prevod angleško-francosko-nemško-rusko-španskega izvirnika; (v tipkopisu) 6. Gornikov svetovalec, 1996 (Walter Siebert, Willi Jungmeier: Alpin Ratgeber 7. Podhladitev, omrzline in druge poškodbe zaradi mraza, 1990 (J. A. Wilkerson, Cameron C. Bangs, John S. Hayward; naslov izvirnika: Hypothermia, Frostbite and other Cold Injuries, 1986; Izdala založba The Mountaineers, 1986) 8. Gore in zdravje, 1991 (Izdali: A.R.P.E, SANDOZ, F.F.M.E, naslov izvirnika: Santé et altitude, avtorji: C. Rathat, J-P Richalet, J-P Herry, H. Chardonnet, 1990 9. Mednarodna klasifikacija snega v sezonski snežni odeji; izšlo v reviji UJMA, št. 9, 1995; (Publikacija ICSI of the IASH & International glaciological Society, 1990, naslov izvirnika: The International Classification for Seasonal Snow on the Ground) 10. Osnove preobrazbe snega 1 in 2; študija: Samuel C. Colbeck; izšlo v reviji Življenje in Tehnika, marec in april 1998 11. Preobrazba snega; študija: Claude Sergent, revija Neige et Avalanches, št. 83/1998; naslov izvirnika: Les Metamorphoses de la Neige. Izšlo v reviji UJMA, 2001 UREDNIK IN/ALI SOAVTOR KNJIG, BROŠUR, ZBORNIKOV 1. Zbornik GRS 1912–1982; Izdala PZ PZS, 1982; (urednik in soavtor) 2. Zbornik GRS 1912–1987; Izdala PZ PZS, 1987; (urednik in soavtor) 3. Vrnite mi moje sinove z gore; samozaložba; avtor Ciril Prač ek, 2000 4. Zbornik 2. posveta Gore in varnost; Izdala Komisija za GRS pri PZS, 1984 5. Zbornik 3. in 4. posveta Gore in varnost; izdala Komisija za GRS pri PZS, 1985/86 6. Zbornik 5. posveta Gore in varnost; tipkopis, ni bilo publicirano; 1990 7. Zbornik 2. posveta zdravnikov GRS, 1987 8. Signali; glasilo PTT Podjetja Ljubljana 1971–1975; glavni in tehnič ni urednik, avtor uvodnikov, reportaž, splošnih č lankov in fotografij 9. Zbornik 20 let PD PTT Ljubljana, 1973; sourednik, avtor prispevkov: Na obisku pri koroških planincih in Na Piku Lenina 10. Zbornik 25 let PD PTT Ljubljana, 1979; prispevek: Bogastvo planinskega sveta, soavtor uvodnika 11. Zbornik 40 let PD PTT Ljubljana, 1994; prispevek: Hoja v gore – za vsakogar nekaj 12. Zbornik 50 let PD PT Ljubljana, 2003, prispevek: Izleti PD PTT Ljubljana po avstrijskem Koroškem B. Č LANKI I. V domač ih revijah 1. 1. Alpinistič ni razgledi (prevodi in izvirni prispevki) 2. 2. Obramba in zašč ita (4 č lanki s področ ja reševanja in varnosti pred snežnimi plazovi) 3. 3. UJMA (področ je varnosti pred snežnimi plazovi; 37 č lankov) 4. 4. Planinski vestnik 1962–2001 (leposlovje o hoji po gorah, varnost, organizacija, GRS, KOTG; okrog 350 č lankov) 5. 5. Zdravje 6. 6. Svobodna misel (gore in partizanstvo); 2 č lanka 153 7. 7. Življenje in tehnika (tehnič ni č lanki, varstvo pred plazovi, sneg, preobrazba snega, škoda zaradi plazov); okrog 50 č lankov 8. 8. Radioamater (tehnič ni č lanki); okrog 5 č lankov 9. 9. Delo, Dnevnik (varnost v gorah, plazovi, okrog 300 prispevkov) 10. 10. Razni drugi prispevki, študije, zapisi o ogledih ipd. (24 prispevkov) II. Prispevki v tujih zbornikih 1. Zborniki Avstrijskega kuratorija za varnost v gorah 1973, 1987/1, 2, 1989/1, 2, 1990, 1997 (Jahrbuch des Österreichischen Kuratorium für alpine Sicherheit 1973. 1987, 1989,1990,1997) 2. Mednarodni simpozij o snegu in plazovih, Chamonix, 1978; referat: Pravilnik o varnosti na organiziranih smuč išč ih v Jugoslaviji (Règlement pour la securité des pistes en Yougoslavie) 3. Mednarodni simpozij o snegu, ledu, plazovih, Chamonix, 1991; referat: Dan varstva pred snežnimi plazovi (La journée de la secourité contre les avalanches en Yougoslavie) 4. Kongres cestarjev Jugoslavije, Naum, 1989; referat: Zašč ita cest pred zameti (cestni promet, snežni plazovi, zameti) 5. Posvetovanje voda in ceste, Novo mesto, 1996; referat: Predlog spremljanja zasutih cest po snežnih plazovih in zametih C. PREDAVANJA IN ODDAJE 1. Radio Ljubljana, športno uredništvo (155 predavanj) 2. Radio Žiri (66 predavanj) 3. Dnevi varstva pred snežnimi plazovi (Poljč e, Rudno polje, … redno od leta 1975 dalje). 155 Lušč enje vetra iz aerosolov in vlage v 4D-Var asimilaciji opazovanj pri numerič nem napovedovanju vremena Žiga Zaplotnik * , Nedjeljka Žagar * Razširjeni povzetek V zadnjih letih se je moč no poveč ala količ ina daljinskih satelitskih opazovanj (meritev) atmosfere, tako aerosolov in redkih plinov, katerih vsebnosti se prostorsko in č asovno spreminjajo, kot tudi iz meritev sevalnosti izlušč enih navpič nih profilov vlage in temperature. Ta trend poveč evanja daljinskih opazovanj se bo nadaljuje z nedavno izstrelitvijo satelita Aeolus in prič akovano misijo EarthCARE. Prič akovano je, da bo Aeolus še posebej v tropih precej izboljšal toč nost vetra v analizi, t.j. zač etnem pogoju za meteorološko napoved. Vseeno pa bo skupno meritev vetra še vedno mnogo manj kot ostalih meritev, zato bo ta v zač etnem pogoju še vedno precej odvisen od natanč nosti prejšnje kratkoroč ne napovedi, ozadja, in nač ina predstavitve kovarianc napak ozadja – prejšnje napovedi. V tej študiji ocenjujejmo možnost lušč enja polja vetra iz meritev koncentracije vlage in aerosolov ter opazovanj ostalih masnih spremenljivk (npr. Temperature) s pomoč jo štiridimenzionalne variacijske asimilacije opazovanj (4D-Var). V 4D-Var se namreč z integracijo enač b atmosferskega modela znotraj asimilacijskega okna informacija o opazovani količ ini prostorsko in č asovno porazdeli ter vpliva tudi na ostale spremenljivke. Toč neje, opazovanja mase vsebujejo tudi informacijo o advekciji z vetrom. Z dobrim poznavanjem količ in, ki se z vetrom advektirajo, lahko torej vetru “sledimo” (ang. wind tracing). V praksi je zaradi nezvezne, nelinearne dinamike vlažnih procesov ter mnogih procesov aerosolov, ki ne ohranjajo skupne mase (npr. izpiranje s padavinami), lušč enje vetra zahtevno in podvrženo napakam – ravno ti “motilci” pa so glavni predmet študije. * UL, Fakulteta za matematiko in fiziko, Jadranska ul. 19, Ljubljana