Környezeti klimatológia I. Növényzettel borított felszínek éghajlata II.

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

Alacsony növényzet és ültetvények

Tömegegyenlegek I.

Vízegyenleg

A talaj - növény - levegő rendszer vízegyenlege

p p = E = E + ∆ + ∆r r (+ (+ ∆A) ∆ A) + + ∆S ∆ S

A rendszer vízegyenlege és belső vízáramlásai

Tömegegyenlegek II.

CO ₂ -egyenleg

Áramlás erőssége

~ napsugárzás intenzitása

~ növény növekedési fázisa

F

- légköri függőleges CO

áramlás

A CO₂függőleges áramlásának napi menetei a tenyészidőszakban

egy füves préri területen (az adatok 10 napos átlagok)

CO

-egyenleg

gm^-2/ 12 h Éjszaka, 12 h alatt - 8,2

ÉF_C(L) CO₂áramlás a levegőből

3,1

ÉF_C(T) CO₂áramlás a talaj felől

- 5,1

ÉF_C(L) + ^ÉF_C(T) A növény talaj feletti részének

nettó áramlása

- 2,0

ÉR_gy Becsült gyökérlégzés

- 7,1

É∆P = ^ÉF_C(L) + ^ÉF_C(T) + ^ÉR_gy Nettó fotoszintézis éjszaka

gm^-2/ 12 h

∆P=^N∆P+^É∆P 23,1 Nettó napi fotoszintézis

30,2

N∆P = ^NF_C(L) + ^NF_C(T)+ ^NR_gy Nettó fotoszintézis nappal

- 2,0

NR_gy Becsült gyökérlégzés

NF_C(L) + ^NF_C(T) 32,2 A növény talaj feletti részének

nettó áramlása

4,4

NF_C(T) CO₂áramlás a talaj felől

gm^-2/ 12 h Nappal, 12 h alatt 27,8

NF_C(L) CO₂áramlás a levegőből

Egy cukorrépa-ültetvény napi CO₂-egyenlege egy derült napon (Nebraska)

p

- a levegő CO

koncentrációja

A CO₂koncentrációjának napi menete egy vidéki helyen különböző hónapokban

(Ohio)

A CO₂koncentrációjának napi menete a felszín felett három különböző

magasságban nyáron (München közelében)

Sugárzási mérleg és

energiaegyenleg

Q* = K* + L*

Q* = K* + L* Q* = L* Q* = L*

Q* = Q

Q* = Q

+ Q + Q

+ ∆ + ∆ Q Q

+ + ∆ ∆ Q Q

+ (∆ + ( ∆ Q Q

) ) Sugárzási mérleg

Sugárzási mérleg

Energiaegyenleg Energiaegyenleg

Állományon belüli sugárzásos energiacsere

Állományon belüli sugárzásos energiacsere- -folyamatok ! folyamatok !

Sugárzás erősségének változása a magassággal

K↓

= K↓

⋅ e

ált. 5 -10 % éri el a talajfelszínt mg.-i növényeknél akár 30 % is

Spektrális összetétel változása

VIS erőssége akár 5 - 10 %- ra is lecsökkenhet

K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás

A beérkező napsugárzás függőleges profilja különböző időpontokban,

0,2 m magas fűben nyáron (Matador, Saskatchewan, 50°É)

α - Albedó α = K↑ / K↓

A sugárzási mérleg összetevőinek menete egy 0,2 m magas füvű területen

egy nyári napon (Matador, Saskatchewan, 50°É) A növényállomány α< levél α(0,3)

A növényállomány α< levél α(0,3)

~ állományszerkezet

1 m alatti mg-i növények: 0,18 - 0,25

~ állomány magassága

α - Albedó α = K↑ / K↓

~ napmagasság

- földrajzi szélesség napmagasság szerepe

~ égbolt borultsága

~ növényzet életritmusa

~ ∆T a légkör - rsz. közt

~ párolgás

~ légköri páratartalom

~ SVF (Sky View Factor)

~ magasság

~ növényzet sűrűsége

L* - Hosszúhullámú sugárzási mérleg

A sugárzási mérleg összetevőinek menete egy 0,2 m magas füvű területen

egy nyári napon (Matador, Saskatchewan, 50°É)

A tetőszinten a legnagyobbak a szélsőségek

Q* - Nettó sugárzási mérleg

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)

Változása a Változása a magassággal magassággal ~ K ~ K↓ ↓

→→melegímelegíttéés s ééss

→

→transpirátranspirácicióó els

elsőődleges helyeidleges helyei

Q*

∆Q_P elhanyagolható

∆Q_S kismértékű Q_Hés Q_E jelentős β- Bowen-arányβ= Q_H/ Q_E

~ adottak-e az evapotranspiráció feltételei

~ sztómák fiziológiai szabályozó szerepe

Energiaegyenleg: Q* = Q

+ Q

+ ∆Q

+ ∆Q

Egy árpaföld energiaegyenlege nyáron (Rothamsted, Anglia, 52°É)

α

∆Q_S

E (mm) Q_H

β Q_E

Q_E / Q*

Q*

Származtatott értékek Energiaegyenleg (MJm^-2)

12,3 12,3 12,2 12,2 - -1,11,1

1,2 1,2

0,99 0,99 - -0,090,09

4,88 4,88 0,24 0,24

Klíma

Hőmérséklet

Q Q_HH QQ_HH Q

Q_HH QQ_HH

A hőmérséklet nappali és éjszakai profilja egy hosszúfüves területen inverzió

inverzió harmat

harmat-- képződés képződés

Aktív réteg helyzete ~ állománytípus Aktív réteg helyzete ~ állománytípus A típus

A típus

Pl: : ritkaritkafűtakaró, fiatalfűtakaró, fiatalkalászosok, kalászosok, kukorica, napraforgó, burgonya, borsó, kukorica, napraforgó, burgonya, borsó, paprika, paradicsom …

paprika, paradicsom …

B típus

B típus

PlPl: : kifejlettkifejlettkalászos növényállományokkalászos növényállományok

C típus

C típus

PlPl: : kifejlettkifejlettburgonya, cukorrépa, rozsburgonya, cukorrépa, rozs

A környezethez viszonyított hőmérsékleti többlet ill.

hiány (∆T) napi alakulása az állományon belül különböző típusú növényállományok esetén

Hőmérséklet

Talajhőmérséklet

A talajhőmérséklet általánosított napi menetei különböző mélységekben

Növénytakaró Növénytakaró

↓

↓ MéMérsrsééklklőőhathatááss

Szél hiánya - produktivitásra hátrányosan hat Erős szél - növényzet meghajolhat

Szélsebesség

A szélsebesség általánosított profilja a növényállományban és felette

Páranyomás

QQ_EE QQ_EE

A páranyomás általánosított profiljai a növényállományban és felette

Széndioxid

F F_CC FF_CC

A CO₂függőleges profiljai a növényállományban és felette a nap különböző időszakaiban egy babföldön júniusban

Erdők és gyümölcsösök

Faállomány jellegzetességei

Tömegegyenlegek Vízegyenleg

A rendszer vízegyenlege és belső vízáramlásai

„Rövidített„Rövidített vízkörforgás”

vízkörforgás”

Csapadékfelfogás és raktározás

10 -10 -25 %25 % 15 15 --40 %40 %

0,5 0,5 --2 mm2 mm

2 2 --6 mm6 mm

~ erdőtípus

~ erdőtípus

~ csapadéktípus

~ csapadéktípus

~ csapadékmennyiség

~ csapadékmennyiség

Sugárzási mérleg és

energiaegyenleg

Jelentős különbségek

Teljes rendszer

Talaj

Lombkorona

rövidhullámú kiadás rövidhullámú bevétel

K* - Rh. sugárzási mérleg

(1)(1)

(1)(1) (2)(2)

(2)(2) + (4)+ (4) (3)(3) (5)(5) + (6)+ (6)

+ (5) + (5) + (3)

+ (3) + (4)+ (4) + (6)+ (6)

= (7)

= (7)

Lombkorona felett

K↓= K↓_o= (1) K* = (1) - (7)

Talajszinten

K*_(z)= (2) + (4) - (3)

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)

Talajszinten

~ az állomány magassága

K↓

= K↓

⋅ e

~ az állomány fajtája

~ az állomány sűrűsége

~ állomány kora

~ a napsugár beesési szöge

~ lombozat állapota

~ felhőzet mértéke

K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás

5 5 --20 %20 % 0,1 %0,1 %

56 27

Lomb nélkül

11 9

Lombos

Borult ég Derült ég

Az aljzatra érkező K↓aránya (%) a tetőszintre érkezőhöz viszonyítva

egy tölgyerdőben

Spektrális összetétel változása

↓ talajszinten

→fajtagazdagság kisebb

→növekedés gyengébb

→koratavaszi aszpektus

K↓ - Beérkező rövidhullámú sugárzás

Erdő α-ja < levél α-ja (0,3)

α - Albedó α = K↑ / K↓

Egy narancsliget és egy friss narancslevél rövidhullámú sugárzási mérlegének tényezői (az értékek a beesősugárzás %-

ában vannak megadva)

~ napmagasság

~ állomány magassága

~ állományszerkezet

α - Albedó α = K↑ / K↓

0,3 0,3

0,250,25

0,18 0,18 --0,250,25

0,2 0,2

0,150,15

0,05 0,05 --0,150,15

Teljes rendszer

Talaj

Lombkorona

hosszúhullámú kiadás hosszúhullámú bevétel

L* - Hh. sugárzási mérleg

Lombkorona felett

Talajszinten

L*_(z)~ ∆T (lombozat - aljzat) L*_(z)≈0

(8) (8) (8)(8) (9)

(9)(9) + (10)

+ (10) + (10) + (12)

+ (12)

(12)

+ (13) + (13) (13)(13)

= (11)

+ (14) + (14)

+ (14) + (14)

= (15)

= (15)

Q * - Sugárzási mérleg Q* = K* + L*

α Q*

L*

K*

L↑

K↑

L↓

K↓ 27,327,3 4,5 4,5 22,822,8 0,16 0,16

27,5 27,5 36,8 36,8 --9,39,3 13,5

13,5 α Q*

L*

K*

L↑

K↑

L↓

K↓ 26,026,0 2,4 2,4 23,623,6 0,09 0,09

27,7 27,7 34,5 34,5 --6,86,8 16,8 16,8

28 m magas fenyőerdő, augusztus (Cedar River, Washington, 47°É) 0,2 m magas füvű terület, nyár

(Matador, Saskatchewan, 50°É)

A teljes napi sugárzási energiamennyiségek

(MJm^-2) és az állományok albedója

Q * - Sugárzási mérleg Q* = K* + L*

Lombkorona felett

Talajszinten

akár 80 - 95 %-al is lecsökkenhet

~ K↓ csökkenése

Energiaegyenleg Q* = Q

+ Q

+ ∆Q

+ ∆Q

fenyőerdő, július (Haney, British Columbia, 49°É) fenyőerdő, július (Thetford,

Anglia, 52°É) Árpaföld, nyár (Rothamsted,

Anglia, 52°É)

α

∆Q_S

E (mm) Q_H

β Q_E

Q_E / Q*

Q*

Származtatott értékek Energiaegyenleg

(MJm^-2) 12,312,3 12,2 12,2 - -1,11,1

1,2 1,2

0,990,99 - -0,090,09

4,88 4,88 0,24

0,24 ∆Q_S α

E (mm) Q_H

β Q_E

Q_E / Q*

Q*

Származtatott értékek Energiaegyenleg

(MJm^-2) 19,7 19,7 7,07,0 11,711,7 1,01,0

0,36 0,36 1,671,67 2,802,80

0,080,08 ∆Q_S α

E (mm) Q_H

β Q_E

Q_E / Q*

Q*

Származtatott értékek Energiaegyenleg

(MJm^-2) 14,5 14,5 9,99,9 4,84,8 -0,2-0,2

0,68 0,68 0,480,48 3,963,96 0,090,09

∆Q

, Q

- állomány közti levegő

β = Q

/ Q

~ évszakok hatása lombhullató vegetációnál

Energiaegyenleg Q* = Q

+ Q

+ ∆Q

+ ∆Q

Q Q

> Q > Q

Q Q

< Q < Q

Klíma

Klímaprofilok

A klimatikus paraméterek tipikus nappali profiljai egy fenyőerdőben (57°É) egy derült júliusi napon

Szélkár

~ szél erőssége

~ turbulencia,

széllökések ereje, periodikussága

~ állomány sűrűsége

~ borítottság egyenletessége

~ topográfia

~ gyökérzet szerkezete

~ talajadottság

Szél

Hőmérséklet

A léghőmérséklet és a kéreg hőmérsékletének változásai egy fenyőtörzs különböző oldalain 1,3 m magasságban a nappal