Környezeti klimatológia: Növényzettel borított felszínek éghajlata II. Kántor Noémi PhD hallgató SZTE Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék kantor.noemi@geo.u geo.u-szeged.hu
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 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 10-25 % - tőlevelő 15-40 % ~ csapadéktípus - hó 2-6 mm - esı 0,5-2 mm ~ csapadékmennyiség Felfogott csapadék jelentısége az erdı vízegyenlegében: rövidített vízkörforgás
Tömegegyenlegek II. CO 2 -egyenleg
Tömegegyenlegek: széndioxid F c - légköri függıleges CO 2 áramlás Napi menete Éjjel: (-)( P = 0, R: talaj, növényzet Nappal: (+) P > R R: talaj Áramlás erıssége ~ napsugárzás intenzitása ~ növény növekedési fázisa Évi menete (mérsékelt övben) Máj.-júl. júl. jún.-júl. júl. Aug.-szept. Tél F c mértéke növekszik a legmagasabb jelentıs visszaesés déli minimum CO 2 -csere lecsökken
Tömegegyenlegek: széndioxid p c - a levegı CO 2 koncentrációja Napi menet Nappal Éjjel alacsony magas Évszakok hatása Télen Nyáron alacsony magas egyre nagyobb napi ingadozások éjszaka - legmagasabb p c (legkisebb a keveredés) Magasság hatása felfelé csökken a napi ingadozás mértéke
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg I. Lágyszárú vegetáció: alacsony növényzet és ültetvények
Sugárzási mérleg: Q* = K* + L* (+) Q* = L* (-) Energiaegyenleg: Q* = Q H + Q E + Q S + Q P + ( Q A )
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 a VIS > a NIR VIS erıssége akár 5-10 %-% al is lecsökkenhet talajszinten
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. α - Albedó ( α = K /KK /K ) A növényállomány albedója < levél albedója (0,3) ~ állományszerkezet 1 m alatti mg-i 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 + L : L ált. (-)( ~ hımérsh rsékletkülönbség g a légkl gkör - rsz.. köztk ~ párolgp rolgás ~ légkl gköri páratartalomp
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. Q* - Nettó sugárzási mérleg Q* = K* + L* Változása a magassággal ~ K K Q* függf ggıleges eloszlása sa meghatározza a melegítés és s a transpiráci ció elsıdleges helyeit Napi menete Nappal: (+) Q* ~ K K Éjjel: (-) Q* = L* A tetıszinten a legnagyobbak a széls lsıségek
Sugárzási mérleg és energiaegyenleg: alacsony növ. Energiaegyenleg: Q* = Q H + Q E + Q S + Q P Q* nappal (+) éjjel (-) Q H és Q E aránya ~ adottak-e e az evapotranspiráció feltételei - rendelkezésre álló víz és energia - párakoncentráció-különbség különbség a felszín-légkör légkör közt - turbulens mozgások intenzitása ~ gázcserenyílások fiziológiai szabályozó szerepe ~ növényzet fajtája Q S kismértékő (levelek árnyékoló hatása) Q P 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 re többszörös visszaverıdés jellemzı Teljes rendszer Lombkorona Talajszint rövidhullámú bevétel (1) (1) (2) + (4) rövidhullámú kiadás (5) + (6) = (7) (2) + (5) (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 gyengítıképessége : a kék > a vörös talajszinten fajtagazdagság g kisebb növekedés s gyengébb koratavaszi aszpektus vörös-ir
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 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 T (égbolt - rsz) L* (-)( Talajszinten L* ~ T T (lombkorona alja - aljzat) L* 0 Teljes rendszer Lombkorona Talajszint hosszúhullámú bevétel (8) (8) + (12) (9) + (10) = (11) hosszúhullámú kiadás (13) + (14) = (15) (10) + (14) (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* = Q H + Q E + Q S + Q P Q S viszonylag kicsi, de számolni kell vele! - biomassza - talaj - állomány közti levegı Nappali felvétel = éjszakai leadás Q E - Q H aránya ~ évszakok hatása lombhullató vegetációnál - lombos - lomb nélkül Q E > Q H Q E < Q H
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) Q H innen Éjjel: a leghidegebb (L kisugárz rzás) Q H ide harmatképzıdéskor Q E szabadul fel csökken a függf ggıleges hımérsh rsékleti 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 CO 2 profil Nappal: R: talaj (gyökérlégzés, mikrobák) CO 2 -forrás P: növényállomány CO 2 -nyelı lokális lis minimum az állomány felsı-középs psı 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 i oldal Szórt sugárzás hıvezetés