Környezeti klimatológia I. Növényzettel borított felszínek éghajlata II. Kántor Noémi PhD hallgató SZTE Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék
[email protected]
Elsődleges aktív felszín: levél
Növényállományon belül – Lombozat sűrűségének függőleges irányú változása – Levelek irányultsága
1
Alacsony növényzet és ültetvények
2
Tömegegyenlegek I. Vízegyenleg
A talaj - növény - levegő rendszer vízegyenlege
p = E + ∆r (+ ∆A) + ∆S
3
A rendszer vízegyenlege és belső vízáramlásai
Tömegegyenlegek II. CO2-egyenleg
4
Fc - légköri függőleges CO2 áramlás
Áramlás erőssége ~ napsugárzás intenzitása ~ növény növekedési fázisa
A CO2 függőleges áramlásának napi menetei a tenyészidőszakban egy füves préri területen (az adatok 10 napos átlagok)
CO2-egyenleg CO2 áramlás a levegőből
NF
C(L)
27,8
CO2 áramlás a talaj felől
NF
C(T)
4,4
A növény talaj feletti részének nettó áramlása
NF
NR
Becsült gyökérlégzés Nettó fotoszintézis nappal
C(L) +
N∆P
NF
C(T)
gy
= NFC(L) + NFC(T) + NRgy
32,2 - 2,0 30,2
CO2 áramlás a levegőből
ÉF
C(L)
- 8,2
CO2 áramlás a talaj felől
ÉF
C(T)
3,1
É C(L) + FC(T)
- 5,1
A növény talaj feletti részének nettó áramlása
ÉF
ÉR
Becsült gyökérlégzés Nettó fotoszintézis éjszaka Nettó napi fotoszintézis
É∆P
gy
= ÉFC(L) + ÉFC(T) + ÉRgy
∆P = N∆P + É∆P
gm-2 / 12 h Nappal, 12 h alatt
gm-2 / 12 h Éjszaka, 12 h alatt
- 2,0 - 7,1 23,1
gm-2 / 12 h
Egy cukorrépa-ültetvény napi CO2-egyenlege egy derült napon (Nebraska)
5
pc - a levegő CO2 koncentrációja
A CO2 koncentrációjának napi menete a felszín felett három különböző magasságban nyáron (München közelében)
A CO2 koncentrációjának napi menete egy vidéki helyen különböző hónapokban (Ohio)
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg
6
Sugárzási mérleg
Energiaegyenleg
Q* = K* + L*
Q* = L*
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP + (∆ (∆QA)
Állományon belüli sugárzásos energiacsereenergiacsere-folyamatok !
K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás Sugárzás erősségének változása a magassággal
K↓(z) = K↓o ⋅ e -a⋅LAI(z) ált. 5 -10 % éri el a talajfelszínt mg.-i növényeknél akár 30 % is
Spektrális összetétel változása aVIS > aNIR VIS erőssége akár 5 - 10 %- ra is lecsökkenhet A beérkező napsugárzás függőleges profilja különböző időpontokban, 0,2 m magas fűben nyáron (Matador, Saskatchewan, 50°É)
7
α - Albedó
α = K↑ / K↓
A növényállomány α < levél α (0,3)
A sugárzási mérleg összetevőinek menete egy 0,2 m magas füvű területen egy nyári napon (Matador, Saskatchewan, 50°É)
α - Albedó
α = K↑ / K↓
A növényállomány α < levél α (0,3)
~ állományszerkezet 1 m alatti mg-i növények: 0,18 - 0,25
~ állomány magassága
~ napmagasság - napszakok - földrajzi szélesség napmagasság szerepe ~ égbolt borultsága ~ növényzet életritmusa
8
L* - Hosszúhullámú sugárzási mérleg ~ ∆T a légkör - rsz. közt ~ párolgás ~ légköri páratartalom
~ SVF (Sky View Factor) ~ magasság ~ növényzet sűrűsége
A sugárzási mérleg összetevőinek menete egy 0,2 m magas füvű területen egy nyári napon (Matador, Saskatchewan, 50°É)
Q* - Nettó sugárzási mérleg A tetőszinten a legnagyobbak a szélsőségek
Változása a magassággal ~ K↓ K↓ → melegí melegítés és → transpirá transpiráció ció első elsődleges helyei
A beérkező napsugárzás (a) és a sugárzási mérleg (b) függőleges profiljai különböző időpontokban, 0,2 m magas fűben nyáron (Matador, Saskatchewan, 50°É)
A sugárzási mérleg összetevőinek menete egy 0,2 m magas füvű területen egy nyári napon (Matador, Saskatchewan, 50°É)
9
Energiaegyenleg:
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP Egy árpaföld energiaegyenlege nyáron (Rothamsted, Anglia, 52°É)
Q* ∆QP
elhanyagolható
∆QS
kismértékű
QH és QE
jelentős
β - Bowen-arány β = QH / QE ~ adottak-e az evapotranspiráció feltételei ~ sztómák fiziológiai szabályozó szerepe
Energiaegyenleg (MJm-2)
Származtatott értékek
Q*
12,3
QE / Q*
0,99
QE
12,2
β
-0,09
QH
-1,1
E (mm)
4,88
∆QS
1,2
α
0,24
Klíma
10
Hőmérséklet
inverzió QH
harmatharmatképződés
QH
QH QH
A hőmérséklet nappali és éjszakai profilja egy hosszúfüves területen
Hőmérséklet Aktív réteg helyzete ~ állománytípus A típus LAI = 1 Pl: Pl: ritka fűtakaró, fiatal kalászosok, kukorica, napraforgó, burgonya, borsó, paprika, paradicsom …
B típus LAI > 1 Pl: Pl: kifejlett kalászos növényállományok
C típus LAI > 3 Pl: Pl: kifejlett burgonya, cukorrépa, rozs
A környezethez viszonyított hőmérsékleti többlet ill. hiány (∆T) napi alakulása az állományon belül különböző típusú növényállományok esetén
11
Talajhőmérséklet
Növénytakaró ↓ Mérsé rséklő klő hatá hatás
A talajhőmérséklet általánosított napi menetei különböző mélységekben
Szélsebesség
A szélsebesség általánosított profilja a növényállományban és felette
Szél hiánya
- produktivitásra hátrányosan hat
Erős szél
- növényzet meghajolhat
12
Páranyomás
QE
QE
A páranyomás általánosított profiljai a növényállományban és felette
Széndioxid
FC FC
A CO2 függőleges profiljai a növényállományban és felette a nap különböző időszakaiban egy babföldön júniusban
13
Erdők és gyümölcsösök
Faállomány jellegzetességei
14
Tömegegyenlegek Vízegyenleg
A rendszer vízegyenlege és belső vízáramlásai
„Rövidített vízkörforgás”
15
Csapadékfelfogás és raktározás 10 - 25 %
~ erdőtípus
15 - 40 %
~ csapadéktípus ~ csapadékmennyiség
0,5 - 2 mm
2 - 6 mm
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg
16
Jelentős különbségek
K* - Rh. sugárzási mérleg Lombkorona felett K↓ = K↓o = (1) K* = (1) - (7)
Talajszinten K↓(z) = (2) K*(z) = (2) + (4) - (3)
rövidhullámú bevétel
rövidhullámú kiadás
Teljes rendszer
(1)
(5) + (6) = (7)
Lombkorona
(1) + (3)
(2) + (5) + (4) + (6)
Talaj
(2) + (4)
(3)
17
K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás
A lombkorona felett és egy aljzati pontban mért rövidhullámú sugárzás menete egy 23 m magas fenyőerdőben októberben (Durham, North Carolina, 36°É)
K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás 5 - 20 %
Talajszinten
0,1 %
~ az állomány magassága
K↓(z) = K↓o ⋅ e -a⋅LAI(z) ~ az állomány fajtája ~ az állomány sűrűsége ~ állomány kora ~ a napsugár beesési szöge ~ lombozat állapota ~ felhőzet mértéke Derült ég
Borult ég
Lombos
9
11
Lomb nélkül
27
56
Az aljzatra érkező K↓ aránya (%) a tetőszintre érkezőhöz viszonyítva egy tölgyerdőben (Potsdam környéke, Németország)
18
K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás Spektrális összetétel változása akék > avörös-IR ↓ talajszinten → fajtagazdagság kisebb → növekedés gyengébb → koratavaszi aszpektus
α - Albedó
α = K↑ / K↓
Erdő α-ja < levél α-ja (0,3)
Egy narancsliget és egy friss narancslevél rövidhullámú sugárzási mérlegének tényezői (az értékek a beeső sugárzás %ában vannak megadva)
19
α - Albedó
α = K↑ / K↓
~ napmagasság ~ állomány magassága ~ állományszerkezet 0,3
0,2
0,25
0,15
0,18 - 0,25
0,05 - 0,15
L* - Hh. sugárzási mérleg Lombkorona felett L* ~ ∆T (égbolt - rsz) L* (-)
Talajszinten L*(z) ~ ∆T (lombozat - aljzat) L*(z) ≈ 0
hosszúhullámú bevétel
hosszúhullámú kiadás
Teljes rendszer
(8)
(13) + (14) = (15)
Lombkorona
(8) + (12)
(9) + (10) + (13) + (14)
Talaj
(9) + (10) = (11)
(12)
20
Q * - Sugárzási mérleg Q* = K* + L* 0,2 m magas füvű terület, nyár (Matador, Saskatchewan, 50°É)
A teljes napi sugárzási energiamennyiségek (MJm-2) és az állományok albedója
28 m magas fenyőerdő, augusztus (Cedar River, Washington, 47°É)
K↓
27,3
L↓
27,5
K↓
26,0
L↓
27,7
K↑
4,5
L↑
36,8
K↑
2,4
L↑
34,5
K*
22,8
L*
-9,3
K*
23,6
L*
-6,8
α
0,16
Q*
13,5
α
0,09
Q*
16,8
Q * - Sugárzási mérleg Q* = K* + L*
Lombkorona felett
Talajszinten akár 80 - 95 %-al is lecsökkenhet ~ K↓ csökkenése
21
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP
Energiaegyenleg Árpaföld, nyár (Rothamsted, Anglia, 52°É)
Energiaegyenleg (MJm-2)
Származtatott értékek
fenyőerdő, július (Thetford, Anglia, 52°É)
Energiaegyenleg (MJm-2)
Származtatott értékek
fenyőerdő, július (Haney, British Columbia, 49°É)
Energiaegyenleg (MJm-2)
Származtatott értékek
Q*
12,3
QE / Q*
0,99
Q*
19,7
QE / Q*
0,36
Q*
14,5
QE / Q*
0,68
QE
12,2
β
-0,09
QE
7,0
β
1,67
QE
9,9
β
0,48
QH
-1,1
E (mm)
4,88
QH
11,7
E (mm)
2,80
QH
4,8
E (mm)
3,96
∆QS
1,2
α
0,24
∆QS
1,0
α
0,08
∆QS
-0,2
α
0,09
Energiaegyenleg
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP
∆QS , QS - biomassza - talaj - állomány közti levegő
β = QH / QE ~ évszakok hatása lombhullató vegetációnál
QE > QH
QE < QH
22
Klíma
Klímaprofilok
A klimatikus paraméterek tipikus nappali profiljai egy fenyőerdőben (57°É) egy derült júliusi napon
23
Szél Szélkár ~ szél erőssége ~ turbulencia, széllökések ereje, periodikussága ~ állomány sűrűsége ~ borítottság egyenletessége ~ topográfia ~ gyökérzet szerkezete ~ talajadottság
Hőmérséklet
A léghőmérséklet és a kéreg hőmérsékletének változásai egy fenyőtörzs különböző oldalain 1,3 m magasságban a nappal folyamán júliusban (Ny-Jütland, Dánia)
24
