Projekti / Programi
Ocena vpliva naravnih in antropogenih procesov na mikrometeorologijo Postojnske jame z uporabo numeričnih modelov ter sodobnih metod zajemanja in prenosa okoljskih podatkov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P170 |
Naravoslovno-matematične vede |
Računalništvo, numerična analiza, sistemi, kontrola |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
jamska klima, naravna ventilacija, numerični model, avtomatski merilni sistem jamske klime, odložljiva omrežja DTN
Raziskovalci (10)
Organizacije (2)
Povzetek
Postojnska jama spada med najpomembnejše turistične jame na svetu in je najbolj obiskan turistični cilj v Sloveniji. Letno jo obišče preko 500.000 gostov, od tega 90 % tujcev. Trajnostno upravljanje z jamo predstavlja velik izziv, saj turistična raba jame potencialno spreminja jamsko okolje. Če lahko vpliv neposrednih fizičnih posegov turistične infrastrukture zanesljivo ocenimo, pa je ocena posrednih vplivov bistveno težja naloga. Turizem vpliva na jamsko mikroklimo in preko nje na številne procese in jamski ekosistem. Kljub naraščajočemu raziskovalnemu interesu, je večina razprav o mikroklimi kraških jam še vedno predvsem fenomenološka. Poglobljeno razumevanje jamske mikroklime lahko temelji le na dobrem modelu atmosferskih procesov, podprtem s sodobnim sistemom opazovanj.
Modelske raziskave bomo izvajali na dveh nivojih. Na osnovnem nivoju bomo z relativno enostavnimi modeli raziskovali značilnosti interakcij med zunanjo in jamsko atmosfero in ravnotežne klimatske razmere v enostavnih geometrijah. Ti modeli nam bodo pomagali razumeti bolj kompleksni mikroklimatski model Postojnske jame.
Pri mikroklimatskem modelu bomo izhajali iz modelskega okolja Ventsim Visual, ki je v osnovi namenjen simulacijam prezračevanja v rudniških sistemih. Model vsebuje vso potrebno fiziko za simulacijo naravnega prezračevanja v jamah: termodinamiko atmosfere, tok stisljive tekočine v zaprtih prostorih, izmenjavo toplote med zrakom, stenami in vodo, advekcijski transport plinov in prahu, vključno z radonom. Izvori toplote, plinov in prahu so sestavni del modela. Osnova modelske domene bo novi 3D digitalni model sistema Postojnskih jam, vključno z razporeditvijo jamskih vhodov in zunanjo topografijo. Razvoj modelske domene je velik izziv zaradi kompleksne geometrije rovov in nepopolnega poznavanja sistema. Časovno odvisne robne pogoje zunanje atmosfere bomo generirali iz trenutnih meritev in iz napovedi, ki bo temeljila na WRF modelu v visoki lokalni ločljivosti. Z modelom imajo raziskovalci skupine MEIS večletne izkušnje.
Validacija in prilagoditve mikroklimatskega modela bodo temeljile na meritvah parametrov jamske atmosfere. Te na štirih meteoroloških postajah v Postojnski jami potekajo že od leta 2010. V okviru projekta bomo za prenos podatkov iz postaj do podatkovnih strežnikov razvili in uporabili tehnologijo odložljivih omrežij (DTN), ki postaja standard prenosa podatkov v težko dostopnih okoljih. Eksperimentalno smo DTN, prvi na svetu v kraški jami, uspešno preizkusili v predhodniku tega projekta. Članek o tem eksperimentu je pritegnil veliko pozornost raziskovalcev in glavnih razvijalcev tehnologije DTN. Na delo se je navdušeno odzval eden od očetov interneta, Vint Cerf.
Poleg nadaljnjega razvoja avtomatskih meritev in baze podatkov, bomo izvedli več merilnih kampanj, kjer bomo z zgoščeno mrežo opazovalnih točk beležili mikrometeorološko najbolj dinamična in značilna obdobja.
Končni izdelek projekta bo delujoč mikroklimatski model Postojnske jame in avtonomno rastoča baza mikroklimatskih meritev. Model bo osnova za oceno vplivov morebitnih posegov v jamo, kot so izgradnja oz. posodobitev jamske infrastrukture, sprememba režima obiskov in podobno. Hkrati pa bo zgledni model za trajnostno upravljanje številnih podobnih pomembnih jam širom po svetu.
Od modela pričakujemo nova temeljna spoznanja o gibanju zračnih mas v jamah, pojasnitev anomalnih temperatur, koncentracij CO2 in radona, ki so zabeležene na nekaterih točkah ter značilnosti transporta prahu, ki nastaja zaradi obratovanja jamske železnice.
Skupina IZRK se ponaša z odličnim speleološkim poznavanjem sistema in izkušnjami z monitoringom okoljskih parametrov v kraških jamah. Vodja projekta se že petnajst let ukvarja z modeliranjem procesov na krasu. V Postojnski jami je že sodeloval pri meteoroloških in hidroloških meritvah.
Skupina MEIS se podrobno ukvarja z mikrometeorologijo planetarne mejne plasti nad zahtevnim kompleksnim terenom in to nadgrajuje z modeliranjem razširjanja one
Pomen za razvoj znanosti
Projekt je poleg številnih odgovorov, ponudil več delnih rešitev in še več izjemno zanimivih raziskovalnih vprašanj. Čeprav jamsko okolje v splošnem velja za malo spremenljivo, smo v projektu pokazali, da to ne velja, ampak da se »jamsko vreme« tako prostorsko kot časovno spreminja, ter ovrednotili glavne dejavnike teh sprememb. Podrobno razumevanje vseh vremenskih vzorcev v jamah bo zahtevalo še precej raziskav. Iz tega izhaja tudi izziv optimalne postavitve merilnih sistemov, v smislu čim zgodnejšega zaznavanja sprememb jamskega okolja, kar ostaja vprašanje za bodoče raziskave. Poglobljeno razumevanje jamske mikroklime, ki jo omogočajo izsledki projekta, je pomembno tudi za raziskovalce klimatskih sprememb in raziskovalce, ki iz zapisov v jamskih sedimentih raziskujejo paleoklimo. Za slednje je še posebej pomemben prenos signalov zunanje klime v podzemlje, kjer se klimatski zapis vidi v izotopskem signalu stalagmitov. Dobro razumevanje jamskega klimatskega okolja, je tudi osnova pri študiju jamske favne in mikroorganizmov; jame, kot relativno ozke ekološke niše, postajajo pomemben laboratorij evolucijskih biologov. Glavni izziv, ki smo ga odprli v projektu, pa ostaja učinkovit mikrometeorološki model kraških jam. V primeru Postojnske jame se je pokazalo, da z obstoječimi numeričnimi modeli podzemne ventilacije ne zmoremo zadovoljivo simulirati jamskih atmosferskih procesov. To smo pripisali predvsem geometrijski kompleksnosti jamskega sistema in pestrosti procesov. Vsekakor pa prav učinkovit numerični model ostaja pomemben izziv za prihodnost.
Pomen za razvoj Slovenije
Kras in Postojnska jama sta del slovenske identitete. Na tem prostoru se je pred več kot sto leti začelo znanstveno proučevanje kraških pojavov in prav je, da od tu še vedno prihajajo najbolj inovativne raziskave krasa. Postojnska jama je tudi ena najbolj znanih in obiskanih turističnih jam, njeno upravljanje in skrb za jamsko okolje pa je dolžnost upravljalca in celotne družbe, saj je jama naša naravna vrednota. Rezultati tega projekta bodo nedvomno omogočili boljše razumevaje jamskega okolja in boljše načrtovanje sonaravnega razvoja turizma v Postojnski jami. Postavljena merilna oprema je na dveh mestih dobro vidna, kar je tudi za obiskovalce znak, da upravitelj in lastnik skrbita za jamsko okolje. Verjamemo, da so ti instrumenti za veliko večino obiskovalcev znak, da v Sloveniji skrbimo tudi za jamsko okolje. Po drugi strani pa bodo rešitve, do katerih smo prišli v projektu, nedvomno uporabne za številne turistične jame po svetu, ki se v večini soočajo s podobnimi izzivi. Kar pa nenazadnje pomeni tudi poslovno priložnost za slovenska podjetja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
