Környezeti klimatológia: Növényzettel borított felszínek éghajlata II. Kántor Noémi PhD hallgató SZTE Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék
[email protected]
Elsıdleges aktív felszín: levél Növényállományon belül fontos Lombozat sőrőségének függıleges irányú változása Levelek irányultsága 2 egyszerősített szerkezető csoport: Alacsony növényzet és ültetvények: füvek és gabonák függıleges irányultságú (egy) rétege Erdık és gyümölcsösök: fák vízszintes irányultságú rétegzettsége (lombozat + törzs) Lineáris interpoláció nem lehetséges! A lokális klímát nem kapjuk meg a sok mikroklíma összekombinálásából
Faállomány jellegzetességei
Nagyobb mennyiségő biomassza → az anyag és energiaegyenlegekben szereplı mennyiségek nagyobbak Nagyobb rétegvastagság → a hı- és tömegtárolás nem elhanyagolható mértékő Belsı szerkezete van → az egyes szintek mikroklimatikus körülményei jobban különböznek A fák magassága és alakja → nagyobb sugárzáselnyelés → érdesebb felszín → turbulens légáramlások → a növényzet feletti légréteg jobban átkeveredik
Tömegegyenlegek I. Vízegyenleg
Tömegegyenlegek: vízegyenleg A talaj - növény - levegı rendszer vízegyenlege
p - csapadék
E - evapotranspiráció
∆r - nettó lefolyás
∆S - víztárolás változás
∆A - advekciós tényezı
p = E + ∆r + ∆S (+ ∆A)
Tömegegyenlegek: vízegyenleg A rendszer vízegyenlege és belsı vízáramlásai
Csapadékfelfogás hatékonysága ~ csapadék típusa ~ csapadék intenzitása ~ csapadék mennyisége (lombozat szárazsága) ~ növényállomány felépítése ~ növényállomány sőrősége ~ lombozat felülete
Tömegegyenlegek: vízegyenleg Fás szárú vegetáció esetén
Nagyobb méret - jelentısebb csapadékfelfogás és raktározás ~ erdıtípus
- lombhullató - tőlevelő
~ csapadéktípus
- hó - esı
10 - 25 % 15 - 40 % 2 - 6 mm 0,5 - 2 mm
~ csapadékmennyiség
Felfogott csapadék jelentısége az erdı vízegyenlegében: „rövidített vízkörforgás”
Tömegegyenlegek II. CO2-egyenleg
Tömegegyenlegek: széndioxid Fc - légköri függıleges CO2 áramlás Napi menete
P = 0, R: talaj, növényzet Nappal: (+) P>R R: talaj Áramlás erıssége ~ napsugárzás intenzitása ~ növény növekedési fázisa
Éjjel: (-)
Évi menete (mérsékelt övben)
Máj.-júl. jún.-júl. Aug.-szept.
Tél
Fc mértéke növekszik a legmagasabb jelentıs visszaesés déli minimum CO2-csere lecsökken
Tömegegyenlegek: széndioxid pc - a levegı CO2 koncentrációja
Napi menet Nappal Éjjel
alacsony magas
Évszakok hatása Télen alacsony Nyáron magas egyre nagyobb napi ingadozások éjszaka - legmagasabb pc (legkisebb a keveredés) Magasság hatása felfelé csökken a napi ingadozás mértéke
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg I. Lágyszárú vegetáció: alacsony növényzet és ültetvények
Sugárzási mérleg:
Energiaegyenleg:
Q* = K* + L* (+)
Q* = L* (-)
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP + (∆QA)
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. K↓ - Beérkezı rövidhullámú sugárzás változása a magassággal
Sugárzás erısségének változása K↓(z) = K↓o ⋅ e -a⋅LAI(z) K↓(z): átlagos rh. a (z) mélységő szintben K↓o: lombozat tetejére beesı rh. e: természetes alapú logaritmus alapszáma a: a levelek abszorpciós együtthatója LAI(z): levélalapterületi index
a talajfelszínt - ált. 5 -10 % éri el - mg.-i növényeknél akár 30 % is
Spektrális összetétel változása aVIS > aNIR VIS erıssége akár 5 - 10 %- al is lecsökkenhet talajszinten
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. α - Albedó
( α = K↓/K↑)
A növényállomány albedója < levél albedója (0,3) ~ állományszerkezet 1 m alatti mg-i növények: 0,18 - 0,25 ~ állomány magassága ~ napmagasság - napszakok hatása - földrajzi szélesség hatása napmagasság szerepére hat: - égbolt borultsága - növényzet életritmusa (évszakok)
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. L↑ - Hosszúhullámú kisugárzás ~ SVF (Sky View Factor) - égboltláthatóság ~ magasság (tetıszinthez viszonyított mélység) ~ növényzet sőrősége
L* - Hosszúhullámú sugárzási mérleg L* = L↓ + L↑: ált. (-) ~ hımérsékletkülönbség a légkör - rsz. közt ~ párolgás ~ légköri páratartalom
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. Q* - Nettó sugárzási mérleg
Q* = K* + L*
Változása a magassággal ~ K↓ Q* függıleges eloszlása meghatározza → a melegítés → és a transpiráció elsıdleges helyeit Napi menete Nappal: (+) Q* ~ K↓ Éjjel: (-) Q* = L* A tetıszinten a legnagyobbak a szélsıségek
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. Energiaegyenleg:
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP
Q* nappal (+) éjjel (-) QH és QE aránya ~ adottak-e az evapotranspiráció feltételei - rendelkezésre álló víz és energia - párakoncentráció-különbség a felszín-légkör közt - turbulens mozgások intenzitása
~ gázcserenyílások fiziológiai szabályozó szerepe ~ növényzet fajtája
∆QS kismértékő (levelek árnyékoló hatása) ∆QP elhanyagolhatóan kicsi
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg II. Fás vegetáció: erdık és gyümölcsösök
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció Jelentıs különbségek Nagyobb biomassza - nagyobb energiamennyiségek 2 szintet különíthetünk el: - lombozat teteje - talajfelszín A lombkorona szintjéhez kötıdnek elsısorban a sugárzási cserefolyamatok
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció K* - Rh. sugárzási mérleg
Az egész rsz.-re többszörös visszaverıdés jellemzı
rövidhullámú bevétel
rövidhullámú kiadás
Teljes rendszer
(1)
(5) + (6) = (7)
Lombkorona
(1)
(2) + (5)
Talajszint
(2) + (4)
(3)
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció K↓ - Beérkezı rövidhullámú sugárzás Napi menete - Lombkorona felett - haranggörbe - Talajszinten - szélsıséges ingadozás ~ az állomány fajtája ~ az állomány magassága: K↓(z) = K↓o ⋅ e -a⋅LAI(z) ~ az állomány sőrősége ~ állomány kora ~ lombozat állapota ~ évszak (lombhullató fák esetén) ~ a napsugár beesési szöge ~ felhızet mértéke
Spektrális összetétel változása lombkorona „gyengítıképessége”: akék > avörösvörös-IR → talajszinten → fajtagazdagság kisebb → növekedés gyengébb → koratavaszi aszpektus
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció α - Albedó Erdıké < más természetes növényzeté - magasság - állományszerkezet Albedó csökkenési sor 1 db. levél 0,3 rövid fő 0,25 lombos fák lombozattal 0,2 lombos fák lomb nélkül 0,15 tőlevelő erdı 0,05-0,15 legkisebb albedó legkisebb a napi ingása jelentısége: hóolvasztó hatás
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció L* - Hh. sugárzási mérleg Lombkoronaszint: megemelkedett hh. forrás Lombkorona felett: L* ~ ∆T (égbolt - rsz) L* (-) Talajszinten L* ~ ∆T (lombkorona alja - aljzat) L* ≈ 0 hosszúhullámú bevétel hosszúhullámú kiadás Teljes rendszer
(8)
(13) + (14) = (15)
Lombkorona
(8) + (12)
(10) + (14)
Talajszint
(9) + (10) = (11)
(12)
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció Q* - Sugárzási mérleg
Q* = K* + L*
Lombkorona felett hasonló, mint más növényzet esetén de Q* értéke magasabb a nap folyamán (alacsonyabb albedó) Talajszinten ~ K↓ mennyire csökkent ~ állomány magassága ~ állomány sőrősége ~ állomány fajtája ~ napmagasság a csökkenés mértéke: 80 - 95 % is lehet
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: fás vegetáció Energiaegyenleg:
Q* = QH + QE + ∆QS + ∆QP
∆QS viszonylag kicsi, de számolni kell vele! - biomassza - talaj - állomány közti levegı Nappali felvétel = éjszakai leadás QE - QH aránya ~ évszakok hatása lombhullató vegetációnál - lombos QE > QH - lomb nélkül QE < QH
Klíma I. Lágyszárú vegetáció: alacsony növényzet és ültetvények
Klíma: alacsony növényzet Hımérsékleti profil Aktív felszín: állomány felsı-középsı része legintenzívebb hıcsere itt maximális a napi hıingás
Nappal: a legmelegebb (K↓ elnyelés) QH innen
Éjjel: a leghidegebb (L↑ kisugárzás) QH ide harmatképzıdéskor QE szabadul fel → csökken a függıleges hımérsékleti gradiens
Klíma: alacsony növényzet Talajhımérséklet
Felszínközeli rétegek ingadozása a legnagyobb Mélységgel Ingadozás csökken A minimumok és maximumok bekövetkezési ideje késıbbre tolódik A napi hıingás mérsékeltebb, mint kopár felszín esetén
Klíma: alacsony növényzet Szélsebesség profil
Napszak-független
Növényzet felett logaritmikus csökkenés Növényzeten belül ~ állomány belsı szerkezete
Erıs szél - növényzet meghajolhat
Klíma: alacsony növényzet Páranyomás profil
Nappal: talajszinten - maximális magassággal csökken tetıréteg közelében - lokális maximum
Éjjel:
Nincs harmatképzıdés nappali profilhoz hasonló de kevésbé meredek Van harmatképzıdés tetıréteg közelében - minimum
Klíma: alacsony növényzet CO2 profil
Nappal: R: talaj (gyökérlégzés, mikrobák) → CO2-forrás P: növényállomány → CO2-nyelı → lokális minimum az állomány felsı-középsı részén
Éjjel: P=0 R: talaj + növényzet magassággal csökken a koncentráció
Klíma II. Fás vegetáció: erdık és gyümölcsösök
Klíma: fás vegetáció Profilok
Az erdı feletti változás jóval enyhébb meredekségő
Az aktív réteg magasabban helyezkedik el
Klíma: fás vegetáció Szélsebesség
Erdı felett: logaritmikus csökkenés Erdıben ~ lombozat
Szélkár ~ a szél erıssége ~ a magasság ~ a turbulencia vagy a széllökések ereje, periodikussága - széltörés - szélhajlítás ~ az állomány sőrősége ~ a növényzettel borítottság egyenletessége ~ topográfia ~ gyökérzet szerkezete ~ talajadottság
Klíma: fás vegetáció Fakéreg hımérsékletének változása
Maximumok bekövetkezési ideje ~ Nap járása A maximum értékek emelkednek É-i oldal Szórt sugárzás hıvezetés
