Növényi prodkció mérése mikrometeorológiai módserekkel Ökotoikológs MSc, 015. április 1.
Felsín légkör kölcsönhatások A legalapvetőbb kölcsönhatás a felsín és a légkör köött: a sél, és annak súrlódása a felsínnel. vektor mennyiség, v, w komponensek 3-as termésete van: átlagos sélsebesség (advekció) periodiks hllámok (főleg éjsaka) véletlenserű flktációk (trblencia!!! kicserélődési folyamatok) A légkörben végbemenő folyamatok tanlmányoása komple tdomány. rendeettek: portölcsérek, tornádók, hrrikánok kaotiksak: trblens áramok
Felsín légkör kölcsönhatások lamináris áramlás trblens áramlás Copyright(C)1980 Y. IRITANI, N. KASAGI and M. HIRATA, All rights reserved.
Felsín légkör kölcsönhatások Lamináris határréteg Trblens határréteg
Felsín légkör kölcsönhatások Súrlódás mechanikai trblencia Felhajtó erő konvektív trblencia A légkörben együtt vannak jelen és vesnek rést a felsín és a légkör köötti kicserélődési folyamatokban. A trblencia: nem-lineáris 3D-s diffú átkeveredés dissipatív több mérettartományt felölel 3km-től 10-3 m-ig
magasság A hőmérsékleti rétegődés serepe: Felsín légkör kölcsönhatások labilis légrétegődés stabilis légrétegődés hőmérséklet
Teljesen kormányott konvekció (netrális eset) esetén a örvények kör alakúak. Átmérőjük (l) megegyeik a sabad úthossal (k). A horiontális és vertikális sebesség flktációk megegyenek a súrlódási sebességgel. Instabil esetben: a vertikális sebesség flktációk nagyobb lesnek mint a horiontálisak, mivel a örvénynek horiontális kiterjedése nagyobb les, mint a sabad úthoss. Stabil esetben: a örvények horiontális irányban nyúlnak meg
Logaritmiks sélprofil Felsín légkör kölcsönhatások tapastalat: a felsín köelében kisebb a sélsebesség. Könnyen belátható: a
Felsín légkör kölcsönhatások Dimenió analíis segítségével leveethető: a=[m s -1 ] a k k: von Kármán konstans (=0.4) * : súrlódási sebesség, ~ momentm átvitel intenitásával k * ln k 0 0 : érdességi magasság: a a magasság, ahol =0.
Magas vegetáció esetén a sélprofil megemelkedik 0 = érdességi magasság d: 0-pont eltolódási sint d=0.6*h 0 =0.1*h k * ln d 0
Felsín légkör kölcsönhatások 0 d
Felsín légkör kölcsönhatások A növényet serepe: d, 0 : váltoik DE * is váltoik, hisen a sélnyírás is váltoik példa: erdő 30 m magas, fű 0,5 m magas
Példa: Hogyan alakl a * erdő illetve gyep felett, ha feltessük, hogy =40 m magasan gyanakkora a sélsebesség mindkét esetben. erdő gyep h 30 m 0,5 m d 18 m 0,3 m 0 3 m 0.05 m gyep erdő * gyep * erdő ln ln d gyep 0, gyep d erdő 0, erdő * gyep * erdő 40 0,3 ln 0,05 40 18 ln 3 * gyep * erdő 3.39 Vagyis, ha gyep = erdő 40 méter magasan, akkor a hányadosk 1, tehát: 1 * gyep * erdő 3.39 * erdő * gyep 3.39
Fls: 1ségnyi idő alatt 1ségnyi felületen átáramló anyag mennyisége Gradiens: adott mennyiség vmilyen irányú megváltoása Kiiindlás: Fick diffúiós törvénye: c F K K: örvényes diffúivitás [m s -1 ] Momentm áram: Senibilis hőáram: Látens hőáram: Sén-dioid áram: a K m H c E F co a c a p p K K a h K c v c e A gradienseket meg tdjk mérni, a örvényes diffúivitást visont becsülni kell Feltevés: K m =K h =K c =K v (Reynolds-féle hasonlósági elmélet = aonos forrás)
3 módser ismeretes a örvényes diffúivitás becslésére: aerodinamikai módser energia mérleg módser direkt módser Aerodinamikai módser k c H p a e k c E p a Senibilis hőáram: Látens hőáram: K M ρ τ k * * ρ τ k k K M * ρ τ
Senibilis hőáram: H ρc p k ln 1 1 T 1 d d T E ρc p Felsín légkör kölcsönhatások Látens hőáram: (párolgás) k ln 1 1 e 1 d d e Eeket tdjk: : a sűrűség (1, kg m -3 ), c p : a levegő hőkapacitása (1005 J kg -1 K -1 ), k: von Kármán féle állandó (0,4), : psichrometriks állandó (0,65 mbar/ C) Eeket megbecsüljük: 1, :a két sint felsín feletti magassága, d: kisorítási rétegvastagság, (növényet magasságának 60%-a) Eeket mérjük: 1, : a sélsebesség T 1, T : a hőmérséklet, e 1, e : gőnyomás
Energia mérleg módser K Rn G e a c p Bowen arány módser: Ebből a áramok: Vissahelyettesítve: H E Feltessük, hogy K H =K V Ae 1 Ae H H E Ae 1 E 1 H E c K p H c p K V T e T e Ennél a módsernél elég sinten mérni a hőmérsékletet és a nedvességet, valamint egy sinten a sgárási egyenleget. A rendelkeésre álló energia becsülhető, mint a sgárási egyenleg 90%-a.
Örvény-kovariancia módser Direkt árammérési technika a növényet és a légkör köötti kölcsönhatás mérésére Előnye: 4 órás mérés a év minden napján. Mérés 10 H-es felbontásban,v,w hőmérséklet CO vígő óon VOC CH 4
Sóniks anemométer: 3D sélmeőt méri Nincsenek mogó alkatrései gyors válasidejű 3 forrás / 3 detektor (ltrahang) A kettő köti út megtételéhe sükséges időt méri, v, w, hangsebesség T s
Infravörös gáanaliátor (IRGA) A kibocsátott infravörös hllámok absorpcióját méri. All: forrás, fent: detektor Egyéb gyors válasidejű senorok: O 3, CH 4, VOC
Adatgyűjtő berendeések és softverek
w F ' ' ' ' ' ' w w w w w w F - a anyagmegmaradás elve miatt: - átlagolási sabályok alapján: w 0 Fls: a koncentráció és a vertikális sebesség sorata Reynolds átlagolás: A A A A A A A 0 A A jellemő pillanatnyi értéke (A) felírható, egy átlag (A), és a attól való eltérés (A ), a ún. flktáció össegeként. B A AB ca ca B A B A átlag flktáció w w F F w 0 w
Momentmáram: ' w' v' w 1/ * ' Senibilis hőáram: H c p w' T ' s Látens hőáram: CO áram: E Lw'q' F w'co CO '
Össetevőkre bontás Nettó ökosistéma séncsere (NEE): w c + NEE: a növényetből a légkör felé légés - NEE: a légkörből a növényet felé fotosintéis dominál NEE = -GPP + R eco éjjel: GPP=0 R eco F c R ref e E 0 1 1 56,0 t46,0 t: a hőmérséklet C-ban R ref : a referencia légés 10 C-on E 0 : a aktivációs energia
NEE: Net Ecosystem Echange