Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v. v. i., je veřejná výzkumná instituce, součást Akademie věd České republiky (AV ČR).
Patří ke středně velkým ústavům. Jeho hlavní sídlo se nachází v areálu ústavů AV ČR na pražském Spořilově (pracoviště jsou rozdělena do dvou budov areálu).
Historie Ústav byl založen dne 1. ledna 1964. Jeho prvním ředitelem (v letech 1964 až 1970) byl Josef Podzimek. Předchůdcem tohoto ústavu byla Laboratoř meteorologie, která byla v roce 1961 založena v tehdejším Geofyzikálním ústavu.
Zaměření ÚFA AV ČR zaměstnává přes osmdesát pracovníků. V rámci Akademie věd se řadí do první vědní oblasti (oblast věd o neživé přírodě) a zde dále do sekce věd o Zemi.ÚSTAV FYZIKY ATMOSFÉRY AV ČR. [online]. Praha: Ústav fyziky atmosféry AV ČR, c2011, 2015 [cit. 2015-07-09]. Dostupné z: www.ufa.cas.czAKADEMIE VĚD ČR. I Oblast věd o neživé přírodě: Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v. v. i. [online]. Praha: Středisko společných činností AV ČR, v. v. i. , 2017 [cit. 2015-07-09]. Dostupné z: http://www.cas.cz/o_avcr/struktura/pracoviste/neziva/UFA.html
Většinu výzkumu vědci provádějí v rámci grantových projektů, a to mezinárodních (například projekty 7. RP, ESA, NATO apod.) i tuzemských (Grantová agentura ČR, Technologická agentura ČR, projekty Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky, Akademie věd ČR apod.). Činnost ústavu se uskutečňuje ve spolupráci se zahraničními i tuzemskými výzkumnými pracovišti včetně vysokých škol.SOKOL, Zbyněk. 50 let Ústavu fyziky atmosféry. Akademický bulletin. 2014, 43(1). ISSN 1210-9525. Dostupné také z: http://abicko.avcr.cz/2014/01/06/index.html
Ústav používá zkratku ÚFA AV ČR a jeho anglický název je Institute of Atmospheric Physics CAS.
Oblasti výzkumu Výzkumná aktivita ústavu pokrývá celou atmosféru Země – od přízemní vrstvy až po meziplanetární prostor – a zahrnuje i výzkum atmosféry jiných planet.
Ústav se člení se na pět vědeckých oddělení (oddělení meteorologie; klimatologie; aeronomie; horní atmosféry; kosmické fyziky), k nimž je přidána ještě jedna samostatná pracovní skupina (Skupina numerických simulací heliosférického plazmatu).
Oddělení meteorologie Badatelé této skupiny se po roce 2000 zabývali např. příčinami extrémních srážek na území ČR, jejich časoprostorovým rozdělením a vazbami mezi příčinami těchto srážek a jejich rozdělením. Výzkumná činnost byla dále soustředěna na objektivní metody pro zpřesnění lokální předpovědi meteorologických jevů, a to především právě předpovědi přívalových srážek z konvekčních bouří. Na oddělení byl vyvíjen automatizovaný předpovědní systém, který umožňuje odhadnout množství srážek na povodí s dobou předpovědi 1 až 3 hodiny, a to s využitím dat naměřených meteorologickými radiolokátory stejně jako s využitím výstupů z matematického modelu předpovědi počasí. Výstupy vyvíjeného systému jsou navrženy tak, aby byly využitelné jako vstup do hydrologických modelů, které následně předpovídají stav vodních toků, nutný pro odhad vývoje případné povodňové situace. Vychází se přitom ze systému, který je používán v USA a je zaměřen na předpověď přívalových srážek ze silných bouří.AKADEMIE VĚD ČR. Otevřená věda: Ústav fyziky atmosféry [online]. Praha: Akademie věd ČR, 2007, 2007 [cit. 2015-07-09]. Dostupné z: http://archiv.otevrena-veda.cz/index.php?p=co_delame&site=ufa
Jeden z nejnovějších projektů se týká rekultivace hnědouhelného lomu Ležáky. Rekultivace dala vzniknout nové vodní ploše, jezeru Most, a vedla tak ke změnám v okolní atmosféře, které jsou zapříčiněny odlišnými vlastnostmi vody oproti pevnému povrchu (rozdílná tepelná kapacita, tepelná vodivost, drsnost povrchu a albedo). To má vliv především na teplotu a vlhkost okolní atmosféry, ale i na další meteorologické veličiny v okolí jezera. Cílem projektu bylo kvantifikovat tento vliv. Kromě statistických analýz historických i nově naměřených dat je pro tuto práci využit komplexní numerický model popisující chování atmosféry a její interakci s půdou a vodní plochou.
Experimentální sledování a matematické modelování proudění vzduchu nad složitým horským terénem poskytuje poznatky potřebné např. při rozhodování, kde a jak stavět větrné elektrárny. Výkon větru závisí především na třetí mocnině jeho rychlosti, a tak i malá chyba v určení průměrné rychlosti větru na daném místě může být příčinou velké odchylky v odhadu výroby elektrické energie větrnou elektrárnou. Vzhledem k tomu, že se měření rychlosti větru před stavbou elektrárny často provádí v mnohem nižších výškách nad zemí, než v jakých má být střed jejího rotoru, má na určení výroby velký vliv i vertikální profil rychlosti větru, pomocí kterého je potřeba větrné charakteristiky do větší výšky přepočítat. Na oddělení byly vypracovány významné posudky: odhad realizovatelného potenciálu větrné energie na území ČR, zpráva z výzkumu vhodnosti lokalit v ČR z hlediska zásob větrné energie a zpracování metodiky pro posuzovací a schvalovací řízení při zavádění větrných elektráren. Oddělení vypracovává i posudky na konkrétní lokality.
Znalost fyzikálních vlastností mlhy a nízké oblačnosti umožňuje předpovědět vznik a rychlost růstu námrazových jevů, které mohou působit velké škody mj. na rozvodech vysokého napětí a lesních porostech. Výskyt silné námrazy je nebezpečný i v letovém provozu. Speciální měření spekter dešťových kapek jsou důležitá při zkoumání vlivu dešťových oblastí, oblačnosti a srážek na šíření elektromagnetických vln, zjištěné poznatky pomáhají zvyšovat spolehlivost a kvalitu telekomunikačních sítí. Na oddělení je vyvíjen též systém pro předpověď stavu povrchu vozovky na území České republiky. Systém bude využitelný správci komunikací pro operativní nasazení techniky zajišťující údržbu a bude využíván pro optimalizaci dopravy a zajištění bezpečností motoristů. Nezanedbatelným faktorem by měla být návaznost na systémy optimalizující úspory posypových materiálů a zásahy v zimním období.
Další výzkumná činnost se týká problematiky šíření škodlivých látek v atmosféře, vlivu konkrétních jevů (např. kouřových vleček z chladicích věží) na mikroklima a dalších speciálních meteorologických měření, modelování či interpretací naměřených dat.
Oddělení klimatologie Výzkum oddělení klimatologie pokrývá tři základní oblasti: statistickou klimatologii, tj. vývoj a implementaci statistických metod ve výzkumu klimatu; studium nedávné proměnlivosti klimatu; a změnu klimatu, včetně její detekce, analýzy jejího dopadu a vytváření scénářů možného budoucího vývoje.
Výzkum oddělení klimatologie tedy spadá do vzájemně se doplňujících oblastí statistické a dynamické klimatologie. První oblast řeší především vývoj a implementaci metod analýzy extrémních hodnot, která pomáhá lépe porozumět nedávným teplotním nebo srážkovým extrémům, a vývoj metod tzv. statistického downscalingu. Práce v oblasti dynamické klimatologie zahrnují studium velkoprostorových cirkulačních režimů na obou polokoulích a vazeb mezi atmosférickou cirkulací a přízemním klimatem. Ve velké míře jsou využívány výstupy globálních a regionálních klimatických modelů ze světových modelovacích center, a to jak k hodnocení kvality modelových simulací pro nedávné klima, tak za účelem analýzy možných změn klimatu, souvisejících neurčitostí a potenciálních dopadů těchto změn. Studium nedávné proměnlivosti klimatu zahrnuje také analýzu vlivů proměnlivosti sluneční a geomagnetické aktivity na klimatické poměry v troposféře. Pro výzkum změn klimatu, včetně jejich detekce a scénářů možného budoucího vývoje a dopadů, mj. v zemědělství, se využívá stochastický generátor počasí.
Pozornost vědci věnují i výzkumu souvislostí mezi projevy počasí a lidským zdravím. V rámci výzkumu týkajícího se dopadů klimatu a současné klimatické změny na člověka byla analyzována úmrtnost související se stresem z horka ve vztahu k meteorologickým podmínkám v ČR v současném i předpokládaném budoucím klimatu. Bylo zjištěno, že ke statistickému zvýšení úmrtnosti dochází už při teplotách přesahujících 25 °C a dopady na úmrtnost jsou větší v ženské než mužské populaci. V horkých vlnách dochází v průměru ke zvýšení denní úmrtnosti v celé populaci ČR o 13 %, ve vrcholech horkých vln až o 30 %, což představuje více než 100 obětí za den. Kromě tradičních postupů lze v podmínkách střední Evropy při analýze úmrtnosti v důsledku stresu z horka použít objektivní klasifikaci vzduchových hmot. V pravděpodobném teplejším budoucím klimatu je třeba počítat s mírným nárůstem úmrtnosti způsobené horkem, k roku 2050 nejpravděpodobněji o 6 až 17 % (v závislosti na rychlosti zvyšování teploty vzduchu).
Dále byly k odhadu dopadů změny klimatu na vybrané sektory (zejména zemědělství a vodní hospodářství) připraveny meteorologické řady reprezentující současné a změněné klima. Byly zkonstruovány přímou modifikací pozorovaných řad podle scénářů změny klimatu nebo pomocí stochastického generátoru, jehož parametry byly modifikovány podle vybraného scénáře změny klimatu. Pro odhad dopadů změny klimatu na zemědělství byly vytvořeny scénáře změny klimatu pro tři časové horizonty (roky 2025, 2050, 2100) a dva emisní scénáře (SRES-A2 a SRES-B1). Výsledky simulací růstovým modelem mj. ukazují, že výnosy pšenice se na většině našeho území zvýší v rozsahu 7,5 až 25,3 %. Důležitým faktorem je meziroční proměnlivost teplot a srážek, která významně ovlivňuje jak průměrné výnosy, tak jejich variabilitu. Pro odhad dopadů změny klimatu na kvalitu vodních zdrojů byl zkonstruován regresní model, který koreluje koncentraci rozpuštěných organických látek s měsíčními průměry teplot a průtoků. Model naznačuje, že zdvojnásobení koncentrace CO2 v atmosféře způsobí růst organických složek cca o 7 %.
Oddělení aeronomie Oddělení aeronomie se zaměřuje především na zkoumání ionosféry, studium dlouhodobých změn v systému horní atmosféra-ionosféra a studium ozonu a cirkulace ve stratosféře. Oddělení zajišťuje data pro výstrahy související se zvýšenou geomagnetickou/ ionosférickou aktivitou a předává je službě ISES. Připravovány a zveřejňovány jsou i pravidelné měsíční předpovědi stavu ionosféry.
Ve výzkumu ionosféry se pracovníci oddělení soustřeďují na dopad kosmického počasí (které zahrnuje i geomagnetické bouře a vliv atmosférických vln z dolní atmosféry) na stav a vývoj ionosféry. Zdejší badatelé se ve spolupráci s dalšími odděleními (především s Oddělením horní atmosféry) podílejí na vývoji modelu mezinárodní referenční ionosféry IRI a s využitím digisondy a dopplerovských měření se společně zabývají studiem driftů, gravitačních a infrazvukových vln v ionosféře. Dopplerovské měřicí systémy, které jsou pro tento výzkum využívány, byly instalovány nejen v Česku, ale i v Jižní Africe, Argentině a na Tchaj-wanu, čímž vznikla mezinárodní síť měření. Oddělení dále na observatoři Průhonice, která patří Ústavu fyziky atmosféry a je součástí celosvětové měřící sítě, provádí měření elektronové koncentrace v ionosféře (do roku 2004 pomocí ionosondy KEL Aerospace, dále pomocí Digisondy DPS.4). Ionosonda funguje na stejném principu jako radar. Z pozemní vysílací antény se vyšle směrem vzhůru krátký pulz a měří se doba návratu do přijímací antény či antén. Elektromagnetická vlna se v ionosféře odrazí právě ve výšce, kde se její frekvence rovná frekvenci okolního plazmatu. Vlny s vyšší frekvencí prostředím plazmatu procházejí. Z časového zpoždění návratu odražené vlny lze spočítat výšku odrazu. Maximální frekvence signálu, který se ještě od dané vrstvy odrazí, se nazývá kritická frekvence, signály s vyšší frekvencí vrstvou procházejí. Koncentrace elektronů v závislosti na výšce se zachycuje v ionogramech.