Koliko sunčeve svjetlosti zaista stiže do tla ispod guste šume, pored auto-puta ili na snježnoj planinskoj padini? Naučnici u Švajcarskoj sada raspolažu izuzetno detaljnim odgovorom na to pitanje.
Nova nacionalna karta prikazuje raspored svjetlosti i sjenke širom zemlje u rezoluciji od oko deset metara, dovoljno preciznoj da uzme u obzir čak i sjenke pojedinačnih stabala. Iza nje stoje istraživači Instituta za istraživanje snijega i lavina WSL-SLF, koji su izračunali količinu svjetlosti koja dopire do tla i na otvorenim prostorima i u šumskim predjelima.
Podaci su javno dostupni putem platforme EnviDat, a glavna studija o ovom projektu objavljena je u naučnom časopisu Scientific Data. Značaj ovog istraživanja i podataka prevazilazi samo kartografski prikaz kretanja sunca. Sunčeva svjetlost utiče na brzinu topljenja snijega, uslove za opstanak biljaka i životinja, formiranje mikroklime, protok vode i proizvodnju hidroenergije.
Koliko svjetlosti zaista stiže do tla
Projekat je usmjeren na takozvanu dostupnost svjetlosti, odnosno na količinu sunčevog zračenja koja zaista dopire do površine nakon što planine, brda, zgrade i krošnje drveća naprave sjenku ili djelimično zaklone sunce. Razlika se lako može razumjeti ako se uporede uslovi na otvorenom parkingu u podne i prostor ispod guste krošnje drveta. Iako su ta dva mjesta možda udaljena svega nekoliko metara, količina svjetlosti, temperatura tla i vlažnost mogu biti potpuno različiti.
Jedna površina može satima ostati izložena suncu, dok susjedni dio zemljišta veći dio dana ostaje hladan i zasjenčen. U planinskim predjelima, gdje se reljef brzo mijenja, takve naizgled male razlike mogu imati značajne posljedice.
Novi skup podataka, nazvan SwissRad10, prati promjene u osvijetljenosti iz sata u sat tokom čitavog godišnjeg Sunčevog ciklusa. Istraživači zato mogu analizirati ne samo razliku između jutarnjih i poslijepodnevnih uslova, već i promjene koje se odvijaju tokom godišnjih doba.
Sjenke koje određuju brzinu topljenja snijega
Snijeg je jedan od glavnih razloga zbog kojih je nova karta značajna za Švajcarsku. Oko trećine padavina u toj zemlji dolazi u obliku snijega, a voda uskladištena u sniježnom pokrivaču utiče na poplave, hidroenergetiku, zimske sportove i funkcionisanje lokalnih ekosistema. Kada sunčeva svjetlost početkom godine direktno dopire do sniježnog pokrivača, njegovo topljenje uglavnom počinje ranije i odvija se brže nego na obližnjim padinama koje ostaju u sjenci.
Razlika u osunčanosti može uticati na nivo rijeka i pouzdanost upozorenja na poplave, naročito tokom proljećnog otapanja snijega. Za stanovništvo nizvodno od planinskih područja to nije samo teorijski podatak, već faktor koji može biti važan za procjenu stvarnog rizika.
Preciznija predviđanja otapanja snijega značajna su i za hidroelektrane. Upravljači akumulacijama mogu pouzdanije procijeniti kada će i kojom brzinom voda početi da pritiče u rezervoare. Na taj način sjenke na planinskim padinama postaju povezane sa konkretnim energetskim odlukama, upravljanjem proizvodnjom električne energije i, posredno, troškovima koje na kraju osjećaju i potrošači.
Šuma nije jedinstven zeleni pokrivač
Za izradu karte istraživački tim koristio je podatke visoke rezolucije švajcarske Savezne kancelarije za topografiju swisstopo.
Clare Webster je, zajedno sa Christianom Ginzlerom, Maurom Martyjem, Anitom Nussbaumer, Giulijom Mazzotti i Tobiasom Jonasom, koristila te podatke kako bi modelirala način na koji reljef i šumske krošnje blokiraju, propuštaju ili rasipaju sunčevu svjetlost. Posebna vrijednost modela je u tome što šumu ne posmatra kao ravnu i jednoličnu zelenu površinu. U obzir su uzeti oblici pojedinačnih krošnji, praznine između stabala i način na koji se položaj sunca mijenja na nebu.
Dodatni izazov predstavljali su listopadno drveće i ariši, jer u jesen gube lišće. Zbog toga tokom zime i početkom proljeća znatno veća količina svjetlosti može doprijeti do tla.
Ista šuma zato ne predstavlja isto svjetlosno okruženje tokom cijele godine. Gustina krošnje, vrsta drveća, godišnje doba i položaj sunca zajedno određuju koliko će energije stići do površine.
Različite mikroklime na nekoliko metara udaljenosti
Uslovi unutar šume mogu se značajno promijeniti na veoma kratkom rastojanju. Jedno mjesto može biti vlažno i hladno, dok nekoliko metara dalje sunce dovoljno zagrijava tlo da se snijeg ranije otopi i da male biljke počnu da rastu. Takve male zone nazivaju se mikroklimama, odnosno lokalnim klimatskim džepovima koji postoje unutar šireg područja sa naizgled sličnim uslovima.
Te razlike su važne jer od njih često zavise biljke, insekti, gljive i životinje. Vlažna i sjenovita površina može predstavljati utočište tokom ljetnje vrućine, dok osunčani dio šume u proljeće može ranije ostati bez snijega i omogućiti brži početak vegetacije.
Ranija verzija ovog skupa podataka već je korišćena u istraživanjima mikroklime u Švajcarskoj. Naučnicima je pomogla da pokažu kako Sunčevo zračenje utiče na raspored temperatura u šumama i na uslove u lokalnim staništima.
Takva saznanja postaju sve važnija u periodima učestalijih toplotnih talasa i promjena u trajanju godišnjih doba, koje stvaraju dodatni pritisak na osjetljive ekosisteme.
Alat za šumarstvo, zaštitu prirode i procjenu rizika
Podaci iz projekta SwissRad10 nijesu namijenjeni samo akademskim istraživanjima. Mogu biti korisni stručnjacima koji upravljaju šumama, prate prirodne opasnosti, proučavaju biodiverzitet ili planiraju mjere zaštite prirode.
Preciznije karte osunčanosti mogu unaprijediti i ekološke modele koji zavise od količine energije koja stiže do površine tla. To uključuje modele vezane za temperaturu zemljišta, vlagu, vegetaciju, sniježni pokrivač i protok vode.
Jedno povezano istraživanje planinskih šuma u centralnom dijelu evropskih Alpa pokazalo je da uticaj šuma na snijeg nije svuda isti. On zavisi od nadmorske visine, orijentacije padine, vremenskih uslova i geografskog područja. U pojedinim slučajevima šume smanjuju najveću količinu snijega koja se tokom zime zadrži na tlu, ali istovremeno usporavaju njegovo topljenje, naročito na padinama koje su snažnije izložene suncu.
Prirodni procesi, zato, rijetko nude jedan jednostavan odgovor. Nova karta upravo omogućava detaljnije sagledavanje uslova neposredno uz tlo, gdje se snijeg topi, mlade biljke razvijaju, a životinje pronalaze zaklon.
Trodimenzionalna slika cijelog predjela
Švajcarska je posebno pogodno područje za razvoj ovakvog modela. Veliki dio zemlje je planinski, dok je približno trećina njene teritorije prekrivena šumama. Spoj složenog reljefa i gustog šumskog pokrivača čini raspored sunčeve svjetlosti veoma promjenljivim.
SwissRad10 se zasniva na daljinskim istraživanjima, uključujući laserska mjerenja iz vazduha, pomoću kojih su predstavljeni reljef i struktura šuma. Ta tehnologija, poznata kao lidar, funkcioniše tako što emituje svjetlosne impulse i mjeri vrijeme koje im je potrebno da se, nakon odbijanja od tla, vegetacije ili drugih površina, vrate do senzora.
Na osnovu tih mjerenja naučnici mogu da naprave detaljnu trodimenzionalnu sliku predjela. Model zatim procjenjuje koliko direktne i rasute sunčeve svjetlosti dopire do površine zemljišta.
Rezultat nije samo vizuelno atraktivna karta, već praktičan alat za proučavanje vode, šuma, klime i živog svijeta u razmjeri koja odgovara stvarnim razlikama u prostoru.
Najveća vrijednost u povezivanju različitih podataka
Nova karta će vjerovatno imati najveću primjenu kada se poveže sa drugim podacima o životnoj sredini, kao što su dubina snijega, vlažnost zemljišta, meteorološka mjerenja i terenski podaci o biljnim vrstama. Jedan sloj podataka objašnjava samo dio procesa. Kada se poveže više slojeva, istraživači mogu preciznije razumjeti zbog čega se dvije susjedne padine, iako naizgled slične, ponašaju potpuno različito.
Za planinare, baštovane, skijaše i sve koji su tokom vrelog dana tražili mjesto u hladu, osnovna ideja projekta je lako razumljiva. Sunčeva svjetlost nije ravnomjerno raspoređena. Ono što SwissRad10 donosi jeste mogućnost da se ta neravnomjernost izmjeri na prostoru cijele države, iz sata u sat i tokom svih godišnjih doba.
Sjenka jednog drveta može djelovati kao mali i prolazan detalj. Kada se, međutim, posmatraju sve sjenke širom Švajcarske, one mogu pomoći u objašnjavanju brzine topljenja snijega, protoka vode, uslova u staništima i lokalnih klimatskih razlika koje ljudi i drugi organizmi svakodnevno osjećaju.
J.M.
