Környezeti klimatológia I. Növényzettel borított felszínek éghajlata II. Kántor Noémi PhD hallgató SZTE Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék kantor.noemi@geo.u-szeged.hu 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
F c - légköri függőleges CO 2 áramlás Áramlás erőssége ~ napsugárzás intenzitása ~ növény növekedési fázisa A CO 2 függőleges áramlásának napi menetei a tenyészidőszakban egy füves préri területen (az adatok 10 napos átlagok) CO 2 -egyenleg CO 2 áramlás a levegőből N F C(L) 27,8 CO 2 áramlás a talaj felől A növény talaj feletti részének nettó áramlása Becsült gyökérlégzés N F C(T) N F C(L) + N F C(T) N R gy 4,4 32,2-2,0 gm -2 / 12 h Nappal, 12 h alatt Nettó fotoszintézis nappal N P = N F C(L) + N F C(T) + N R gy 30,2 CO 2 áramlás a levegőből É F C(L) -8,2 CO 2 áramlás a talaj felől A növény talaj feletti részének nettó áramlása Becsült gyökérlégzés É F C(T) É F C(L) + É F C(T) É R gy 3,1-5,1-2,0 gm -2 / 12 h Éjszaka, 12 h alatt Nettó fotoszintézis éjszaka É P = É F C(L) + É F C(T) + É R gy -7,1 Nettó napi fotoszintézis P = N P + É P 23,1 gm -2 / 12 h Egy cukorrépa-ültetvény napi CO 2 -egyenlege egy derült napon (Nebraska) 5
p c -a levegő CO 2 koncentrációja A CO 2 koncentrációjának napi menete a felszín felett három különböző magasságban nyáron (München közelében) A CO 2 koncentrációjának napi menete egy vidéki helyen különböző hónapokban (Ohio) Sugárzási mérleg és energiaegyenleg 6
Sugárzási mérleg Q* = K* + L* Q* = L* Energiaegyenleg Q* = Q H + Q E + Q S + Q P + ( Q( A ) Állományon belüli sugárzásos energiacsere-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 a VIS > a NIR 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 melegítés és transpiráci ció 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* Q* = Q H + Q E + Q S + Q P Egy árpaföld energiaegyenlege nyáron (Rothamsted, Anglia, 52 É) Q P Q S elhanyagolható kismértékű Q H és Q E jelentős β - Bowen-arány β = Q H / Q E ~ adottak-e az evapotranspiráció feltételei ~ sztómák fiziológiai szabályozó szerepe Származtatott értékek Energiaegyenleg (MJm -2 ) Q* 12,3 Q / Q* E 0,99 Q E 12,2 β -0,09 Q H -1,1 E (mm) 4,88 Q S 1,2 α 0,24 Klíma 10
Hőmérséklet Q H harmat- képződés inverzió Q H Q H Q H A hőmérséklet nappali és éjszakai profilja egy hosszúfüves területen Hőmérséklet Aktív réteg helyzete ~ állománytípus A típus LAI = 1 Pl: ritka fűtakaró, fiatal kalászosok, kukorica, napraforgó, burgonya, borsó, paprika, paradicsom B típus LAI > 1 Pl: kifejlett kalászos növényállományok C típus LAI > 3 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 Mérséklő hatás A talajhőmérséklet általánosított napi menetei különböző mélységekben Szélsebesség A szélsebesség általánosított profilja a növényállományban és felette Szél hiánya Erős szél - produktivitásra hátrányosan hat - növényzet meghajolhat 12
Páranyomás Q E Q E A páranyomás általánosított profiljai a növényállományban és felette Széndioxid F C F C A CO 2 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 ~ erdőtípus 10-25 % 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) Teljes rendszer rövidhullámú bevétel (1) rövidhullámú kiadás (5) + (6) = (7) Lombkorona Talaj (1) + (3) (2) + (5) + (4) + (6) (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 Talajszinten 5-20 % 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 Lombos Lomb nélkül Derült ég 9 27 Borult ég 11 56 Az aljzatra érkező K aránya (%) a tetőszintre érkezőhöz viszonyítva egy tölgyerdőben (Potsdam környéke, Németország) 18
K -Beérkező rövidhullámú sugárzás Spektrális összetétel változása a kék > a vörös-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 Teljes rendszer Lombkorona Talaj hosszúhullámú bevétel (8) (8) + (12) (9) + (10) = (11) hosszúhullámú kiadás (13) + (14) (9) (12) + (10) = (15) + (13) + (14) 20
Q * - Sugárzási mérleg Q* = K* + L* 0,2 m magas füvű terület, nyár (Matador, Saskatchewan, 50 É) 28 m magas fenyőerdő, augusztus (Cedar River, Washington, 47 É) A teljes napi sugárzási energiamennyiségek (MJm -2 ) és az állományok albedója K 27,3 K 4,5 K* 22,8 α 0,16 L L L* Q* 27,5 36,8-9,3 13,5 K 26,0 K 2,4 K* 23,6 L L L* 13,5 α 0,09 Q* 27,7 34,5-6,8 16,8 Q * - Sugárzási mérleg Q* = K* + L* Lombkorona felett Talajszinten akár 80-95 %-al is lecsökkenhet ~ K csökkenése 21
Energiaegyenleg Q* = Q H + Q E + Q S + Q P Árpaföld, nyár (Rothamsted, Anglia, 52 É) fenyőerdő, július (Thetford, Anglia, 52 É) fenyőerdő, július (Haney, British Columbia, 49 É) Energiaegyenleg (MJm -2 ) Q* 12,3 Q / Q* E Q E 12,2 β Q H -1,1 E (mm) Q S 1,2 α Származtatott értékek 0,99-0,09 4,88 0,24 Energiaegyenleg (MJm -2 ) Q* 19,7 Q / Q* E Q E 7,0 β Q H 11,7 E (mm) 0,24 Q S 1,0 α Származtatott értékek 0,36 1,67 2,80 0,08 Energiaegyenleg (MJm -2 ) Q* 14,5 Q / Q* E Q E 9,9 β Q H 4,8 E (mm) 0,08 Q S -0,2 α Származtatott értékek 0,68 0,48 3,96 0,09 Energiaegyenleg Q* = Q H + Q E + Q S + Q P Q S, Q S - biomassza - talaj - állomány közti levegő β = Q H / Q E ~ évszakok hatása lombhullató vegetációnál Q E > Q H Q E < Q H 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