Agroökológia és agrometeorológia

Átírás

1 DEBRECENI EGYETEM Földhasznosítási, Műszaki és Területfejlesztési Intézet Agroökológia és agrometeorológia Mezőgazdasági mérnök BSc alapszak (nappali és levelező képzés, partiumi levelező képzés)

2 A levegő és a felszín hőmérséklete, hőgazdálkodása

3 A hőmérséklet mint fizikai mennyiség az anyag részecskéinek hőmozgásával arányos állapothatározó intenzitást jelölő mennyiség nagysága a testek/anyagok közötti hőközlési folyamatok egyenlege: -Hősugárzás (radiáció, pl. a Nap rövidhullámú sugárzása) - Hőáramlás (konvekció, pl. tengeráramlások, szél) - Hővezetés (kondukció, pl. talaj hőátadása a levegőnek) A hőközlés hatásfokának alapja a hőkapacitás, mely függ: - az anyag fajhőjétől - az anyag sűrűségétől

4 A hőmérséklet mint fizikai mennyiség Néhány anyag hőtani paraméterei:

5 A hőmérséklet mint fizikai mennyiség Számszerűsítésének fontosabb alapegységei: Kelvin (T [ K], abszolút hőmérséklet): T = t+273,15 C alappontja: víz hármasponti olvadáspontja alatt 273,15 K fokkal 1 K: a 0 K és a víz hármasponti o. p.-ja közötti különbség 1/273,15-része Celsius (t [ C]): alappontja: a víz olvadáspontja 1 C: a víz olvadás és forráspontja közötti különbség 1/100-része Fahrenheit (f [ F]): f = t*9/5+32 alappontja: a szalmiákszesz-keverék olvadáspontja (-17,78 C) 1 F: fenti keverék o.p.-jának és az emberi test hőmérséklete közötti különbség 1/96-része

6 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben A Föld felszínének energiaforgalma:

7 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben A Föld hőforgalmát befolyásoló tényezők: gömb forma

8 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben A Föld hőforgalmát befolyásoló tényezők: tengelyferdeség

9 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben A Föld hőforgalmát befolyásoló tényezők: felszíni heterogenitás ~ albedó -víz/talajfelszín - domborzat - kőzet -talajtípus -talajállapot - növényzet -beépítettség foka felhőzet, légköri hatások

10 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben

11 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben A Föld hőforgalmát befolyásoló tényezők: lokális légkörzés

12 Hőmérséklet a talaj-légkör rendszerben A Föld hőforgalmát befolyásoló tényezők: globális légkörzés globális vízkörzés

13 A hőmérséklet mérése Az agrometeorológiában használt hőmérsékleti kategóriák: (tér-dimenzió szerint) Talajhőmérséklet: tipikus mérési szintjei: Léghőmérséklet Árnyékolt: - Felszíni talajhőm.: -0,02 m -0,25 m - fűszinti ~ (0,05 m) - Mélységi talajhőm.: -0,5 m -2,0 m - talajközeli ~ (0,5 m) Felszíni hőmérséklet: - talajfelszín hőmérséklete - növényi felszínek hőmérséklete - állati testfelület hőmérséklete távérzékelt, infra-, illetve kata-hőmérséklet - állomási ~ (nedves ill. száraz, 2,0 m) - magassági ~ (2,0 m<) Árnyékolatlan: - Radiációs minimum ~ (0,05 m)

14 A hőmérséklet mérése Az agrometeorológiában használt hőmérsékleti kategóriák: (idő-dimenzió szerint) Pillanatnyi hőmérséklet Átlaghőmérséklet (valódi, 2, 3, 4 adatos) Szélső értékek: minimum és maximum Hőingás Vonatkoztatási időszakok: 10 perces, 1 órás ~ 1 napos, pentád-, dekád-, havi ~ éves, sokéves ~ (jelenlegi referencia időszak: )

15 A hőmérséklet mérése Az agrometeorológiában használt hőmérsékleti kategóriák: (idő-dimenzió szerint) A vonatkoztatási időszakokkal kapcsolatos hibalehetőségek: (nem csak a hőmérséklet mérésénél) - valódi napi közepek, szélső értékek érvényességi időszaka szabvány szerint: UTC vs UTC vagy CET/HLT (!) -szélső értékek 12 illetve 24 órás időszakra értelmezése (06-06 UTC vs UTC vs (tmin)és UTC (tmax)

16 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: Hőmérők csoportosítása Kontakt hőmérők -Mechanikus Nem kontakt hőmérők IR (infra) hőmérők - gázhőmérők - hagyományos infra hőmérők - folyadékhőmérők - infra kamerák - fém (bimetall) hőmérők -Elektromos - termoelem hőmérők - ellenállás hőmérők - termisztorok

17 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: Az agrometeorológiában használt mérőeszközök Állomási hőmérő:

18 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: Az agrometeorológiában használt mérőeszközök Hőmérséklet-regiszterek: Termográf (hőmérséklet-író) Elektromos hőmérőelem + adatgyűjtő

19 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: Az agrometeorológiában használt mérőeszközök Minimum-maximum hőmérő: Six-féle Fuess-féle

20 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: Az agrometeorológiában használt mérőeszközök Talajhőmérő:

21 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: Az agrometeorológiában használt mérőeszközök Infra hőmérő: Infra kamera:

22 A hőmérséklet mérése A hőmérséklet mérésének eszközei, műszerei: A hőmérséklet mérésének kiegészítő eszközei Árnyékolók: Stevenson-féle hőmérőház előny: tágas, sokféle műszer elhelyezhető hátrány: tömege, hőtehetetlensége nagy Tányéros árnyékoló előny: könnyű, kis hőtehetetlenségű, kis méretű, olcsó, könnyen szerelhető, mozgatható

23 A hőmérséklet változása időben és térben A hőmérséklet jellemző napi menete (frontmentes, derült napon) Energia bevétel y= x n Debrecen - Repülőtér y = n x Energiadeficit

24 A hőmérséklet változása időben és térben A hőmérséklet jellemző napi menete

25 A hőmérséklet változása időben és térben A hőmérséklet jellemző éves menete (adatok: Debrecen-Repülőtér)

26 A hőmérséklet változása időben és térben A hőmérséklet változása a magassággal: a troposzférában átlagosan 0,65 C/100 m

27 A hőmérséklet változása időben és térben A hőmérséklet napi változása a magassággal: Hőmérsékleti inverzió: A hőmérséklet a magassággal a légoszlop egy részében nem csökken, hanem emelkedik Agroökológia és agrometeorológia 2012/2013 II.

28 A hőmérséklet változása időben és térben A hőmérsékleti inverzió agrometeorológiai jelentősége: Típusai kialakulás szerint: kisugárzási (tavasszal és ősszel) zsugorodási (téli hidegpárnás helyzet) Gyakorlati jelentősége: Fagylefolyás: - passzív fagyvédekezés - termőterület helyes megválasztása (hegylábi, dombvidéki termőterületeken) - aktív fagyvédelem - légterelés, melioráció termőhelyi adottságok módosítása Köd-, inverziós záróréteg képződés - aktív fagyvédelem ( helyi ködképzés, füstölés) - vegetációban növényvédelmi vonatkozások

29 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek Az évi középhőmérséklet területi eloszlása ( )

30 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek

31 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek Az évi közepes hőingás területi eloszlása ( )

32 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek

33 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek v.ö.: plant-hardiness - zónatérképekkel*

34 A hőmérséklet változása időben és térben * USDA plant hardiness zónatérkép

35 A hőmérséklet változása időben és térben *USDA-ekvivalens plant hardiness zónatérkép

36 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek Az utolsó tavaszi fagy átlagos határnapja

37 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek Az első őszi fagy átlagos határnapja

38 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek A tenyészidőszak (az utolsó tavaszi és az első őszi fagy közötti szakasz) átlagos hossza

39 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek Agronómiai (termeszthetőségi, illetve hőstressz) szempontból lényeges hőmérsékleti jelzőszámok:

40 A hőmérséklet változása időben és térben Magyarország klímájára jellemző kardinális hőmérsékleti értékek Magyarország klímájának eddig feljegyzett hőmérsékleti szélsőértékei: Legmagasabb sokévi átlagos középhőmérséklet: 11,4 C (Bp. II.) Legalacsonyabb sokévi átlagos középhőmérséklet: 5,7 C (Kékestető) Legalacsonyabb sokévi átlagos középhőmérséklet 300 m alatt: 8,2 C (Borsodnádasd) Legmagasabb évi középhőmérséklet: 13,0 C (Bp. II., 2007.) Legalacsonyabb évi középhőmérséklet: 4,2 C (Kékestető, 1980.) Legalacsonyabb évi középhőmérséklet 300 m alatt: 6,7 C (Parádfürdő, 1940.) Legalacsonyabb napi maximumhőmérséklet: -23,0 C (Kecskemét, ) Legmagasabb napi minimumhőmérséklet: 27,9 C (Pécs, ) Legmagasabb napi minimumhőmérséklet 300 m alatt: 27,1 C (Szeged, ) Abszolút maximumhőmérséklet: 41,9 C (Kiskunhalas, ) Abszolút minimumhőmérséklet: -35,0 C (Miskolc-Görömbölytapolca, ) Az abszolút hőingás abszolút maximuma: 75,1 C (Baja)

41 A hőmérséklet hatása az élő szervezetekre A biológiai aktivitás jeles hőmérsékleti értékei: Minimum: az élőlény számára elviselhető legalacsonyabb hőmérséklet Maximum: az élőlény számára elviselhető legmagasabb hőmérséklet Optimum: tágabb értelemben a két fenti érték közötti intervallum (mind erősen életszakasz-, sőt szervfüggő érték, értelmezhető életben maradásra, vagy aktivitásra) Hőstresszek: Negatív hőstressz: -Hűlés : 0 C feletti alacsony hőmérséklet okozza, lehet reverzibilis, vagy letális -Megfagyás: visszafordíthatatlan szöveti károsodás 0 C alatt -Felfagyás: a talaj térfogatváltozása a gyökereket károsítja, a növényt a talajból kiemeli -Fulladás: tartós hó, vagy jégréteg alatti oxigénhiányos állapot kártétele -Élettani szárazság: télen is párologtató növények fagyott talajból történő vízfelvétele gátolt Pozitív hőstressz: - Sejtfehérjék, membránok károsodása: hőhalál, többnyire erős napsugárzás is súlyosbítja - Kiszáradás: a vízfelvétel nem fedezi párolgást, lankadás, majd hervadás lép fel

42 A hőmérséklet hatása az élő szervezetekre Hőegység-rendszerek: a hőmérséklet és a növényi növekedés összefüggésének, azaz a növényi hőigénynek a számszerűsítésére szolgálnak Tenyészidő hossz: a keléstől (kihajtástól) betakarításig (lombhullásig) tartó hasznos periódus alapján történő termőhely értékelés Hőösszegek: a bázishőmérsékletet meghaladó napi hőmérsékletek összege bázishőmérséklet: fajra, fajtára jellemző vitális aktivitási zéruspont Hőhatékonysági indexek: a hőösszegzési eljárások módosított változatai, a különböző termőtájak,éghajlati körzetek adott növényre szabott értékelésére szolgálnak Élettani indexek: a növény életszakaszainak változó hőigényét számszerűsítik, a klasszikus hőösszeg számításnál pontosabb hasznos hőösszeg értéket adnak

43 A hőmérséklettel kapcsolatos élettani fogalmak A termoperiodizmus: A növények és az állatok szervezetének reakciója a hőmérséklet ciklikus változásaira. Jarovizáció (vernalizáció): Az alacsony hőmérséklet virágzást indukáló hatása. Pl. őszi kalászosok Magnyugalom: egyes növények magvai csak hideg-,vagy meleg kezelés hatására indulnak csírázásnak, azaz hőmérsékleti indukcióhoz kötöttek. Hőingás hatása (termoperiodicitás): Egyes növények virágzása, terméskötése elmarad, ha az éjjeli és a nappali hőmérséklet között nincs számottevő különbség (pl. paradicsom). Az edződés (adaptáció, akklimatizáció): A hőtolerancia (hidegtűrés, fagytűrés) genetikailag kódolt, ám fenotípusos tulajdonság, így bizonyos mértékig módosulni képes, amennyiben a szervezet hosszabb ideig tűréshatár közeli értékeknek van kitéve.

44 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!