Bestandesklima, Energiehaushalt und Evapotranspiration eines neotropischen Bergregenwaldes: forstmeteorologische und ökophysiologische Untersuchungen in den Anden Süd-Ecuadors
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Mannheim
Geograph. Inst. der Univ.
2003
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| Schriftenreihe: | Mannheimer geographische Arbeiten
56 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Mannheim, Univ., Diss., 2003 . - Zsfassung in engl. und span. Sprache |
| Beschreibung: | XIX, 255 S. Ill., graph. Darst. |
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| adam_text | Titel: Bestandesklima, Energiehaushalt und Evapotranspiration eines neotropischen Bergregenwaldes
Autor: Motzer, Thomas
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
Seite
1 Einführung 1
1.1 Einführung in die Thematik 1
1.2 Projektrahmen und Problemstellung 3
1.3 Zielsetzung und konzeptionelle Einbindung in den Projektrahmen 4
1.4 Stand der Forschung 7
2 Naturräumliche Gegebenheiten der Untersuchungsregion 11
2.1 Ceographische Übersicht- Natur- und Kulturraum 11
2.2 Klima 13
2.3 Hydrographie 16
2.4 Geologie und Geomorphologie 16
2.5 Pedologie 17
2.6 Vegetation 19
3 Methodik und instrumenteile Umsetzung 23
3.1 Untersuchungsfläche und bestandesstrukturelle Untersuchungen 23
3.1.1 Untersuchungsflächen und-Zeitraum 23
3.1.2 Bestandesstrukturanalyse 24
3.1.3 Blattflächenindex und Lichtklima 25
3.2 Mikrometeorologische Messkonfiguration 27
3.2.1 Bestandesmeteorologische Messungen 27
3.2.2 Automatische Wetterstation-Frei land 31
3.3 Ökophysiologische Untersuchungen zum Wasserhaushalt der Pflanzen 32
3.3.1 Porometrie 32
3.3.2 Xylemflußmessungen 34
3.3.3 Dendrometrie 37
3.3.4 Bemessene Individuen und Versuchsdesign 38
3.4 Probleme der Datenerhebung und Auswertung 42
VI
4 Bestandesstruktur 45
4.1 Bestandesstrukturanalyse 46
4.2 Belaubungsdichte und Blattflächenindex 57
5 Bestandesklima 59
5.1 Strahlungsverhältnisse am Untersuchungsstandort 59
5.1.1 Strahlungsverhältnisse über dem Waldbestand 60
5.1.2 Strahlungsverhältnisse in der Bodenzone des Waldbestandes 62
5.1.3 Modellierung der Strahlungsverhältnisse in der Bodenzone 64
5.2 Thermisch-hygrische Stratifizierung des Waldbestandes 70
5.3 Turbulente Luftbewegung und topoklimatische Einflüsse auf das
Bestandesklima 80
5.3.1 Mechanische und konvektive Turbulenz 80
5.3.2 Topoklimatische Effekte in Bergregionen und deren Auswirkungen
auf das Bestandesklima 84
6 Wasserhaushalt und Transpiration einzelner Bäume 95
6.1 Repräsentativität der Messungen auf der jeweiligen Maßstabsebene 97
6.1.1 Blattniveau 97
6.1.2 Baumniveau 104
6.2 Transpiration auf Blattebene und stomatäre Leitfähigkeit 112
6.2.1 Tagesgänge der stomatären Leitfähigkeit 112
6.2.2 Abhängigkeit der stomatären Leitfähigkeit vom Mikroklima im Canopy-
und Understorey-Stratum 117
6.2.3 Leitfähigkeit und Blatttranspiration 121
6.3 Transpiration auf Individuenebene - Xylemsaftfluss 123
6.3.1 Tagesgänge der Wasserflussraten einzelner Individuen 124
6.3.2 Wasserspeicherung in Spross und Blättern der Bäume 126
6.3.3 Beziehungen zwischen atmosphärischen Kenngrößen und
Wasserflussraten auf Baumniveau 131
6.4 Artspezifische und stratifizierungsbedingte Unterschiede im
Wasserhaushalt 136
VII
6.4.1 Vergleich des Saftflusses zwischen Individuen des Overstorey und
Mid-/Subcanopy 1^6
6.4.2 Vergleich der stomatären Leitfähigkeiten und Transpirationsraten
zwischen Individuen des Canopy und Understorey 140
7 Energiehaushalt und Evapotranspiration des Waldbestandes 143
7.1 Grundlagen der Evapotranspirationsberechnung 144
7.1.1 Die Kombinationsmethode nach Penman-Monteith 145
7.2 Modellierung der Bestandestranspiration aus Xylemflussmessungen 148
7.3 Strahlungsbilanz und Boden-Bestandswärmestrom 153
7.3.1 Globalstrahlung und Strahlungsbilanz 153
7.3.2 Boden-Bestandswärmestrom 155
7.4 Modellierung der Kronenleitfähigkeit 159
7.4.1 Jarvis-Modell der Kronenleitfähigkeit - Modellstruktur 161
7.4.2 Überprüfung des Stomatamodells mit Xylemflussdaten 165
7.5 Aerodynamische Leitfähigkeit und atmosphärische Kopplung der
Transpiration 166
7.5.1 Die aerodynamische Leitfähigkeit ga 166
7.5.2 Der Entkopplungskoeffizient n 167
7.6 Integration der Wasser-und Energieflüsse auf Bestandesebene 172
7.6.1 Komponenten des Energiehaushalts 172
7.6.2 Bestandestranspiration und aktuelle Evapotranspiration 174
7.6.3 Jahresgang der Verdunstungskomponenten 1 ^
8 Diskussion, Methodenkritik und Perspektiven 183
8.1 Bestandesmeteorologie, Strahlungsklima und -modellierung 184
8.2 Transpiration auf verschiedenen Integrationsebenen und Skalierungs- 187
Probleme
8.3 Bedeutung der Evapotranspiration für den Wasser- und Energiehaushalt 191
8.4 Bergwälder und Global Change: „Decision time nicht nur für 197
Nebelwälder
vin
Zusammenfassungen 201
201
205
208
9.1 Zusammenfassung
9.2 Summary
9.3 Resumen
10 Anhang
11 Literaturverzeichnis
213
217
IX
Abbildungsverzeichnis
Seite
1.1 Untersuchungsgebiet und Forschungsstation San Francisco (ECSF) 4
2.1 Lage des Untersuchungsgebietes 12
2.2 Klimadiagramm der Station „ECSF 15
3.1 Aufbau der Bestandesklimastation 30
3.2 Funktionsschemades LI-1600 steady-state Porometers 33
3.3 Prinzip der „constant-heating-method nach Granier (1985) 35
3.4 Elektrische Dendrometer 38
4.1 Schichtendifferenzierte Darstellung wichtiger Bestandesstruktur-
parameter 47
4.2 Verhältnis des Kronendurchmessers zur Kronenhöhe (zti : Zv Ratio) 48
4.3 Dreidimensionales Kronenmodell des untersuchten Waldes 49
4.4 Horizontalschnitte durch ausgewählte Kronenschichten und digitales
Höhenmodell (DEM) des Untersuchungsplots 50
4.5 Zusammenhänge zwischen Baumhöhe, Stammquerschnittsfläche und
projizierter Kronenfläche einzelner Individuen des Plots 52
4.6 Abhängigkeit von Stammquerschnittsfläche, projizierter Kronenfläche
und Baumhöhe von der Splintholzfläche 53
4.7 Schematische Darstellung der Stratifizierung des Waldes 55
4.8 Blattflächenindex des Untersuchungsplots 57
5.1 Monatssummen der Globalstrahlung im Untersuchungsgebiet 60
5.2 Digital bearbeitete und klassifizierte Hemisphärenaufnahmen:
a) Freilandklimastation, b) über dem Waldbestand 61
Tagesgänge der Globalstrahlung 62
PAR-Profil: Abschwächung der PPFD beim Eindringen in den Bestand 64
Gemessene und modellierte PPFD über dem Waldbestand 66
Hemisphärische Aufnahmen als Grundlage der Strahlungsmodellierung 67
Gemessene und modellierte PPFD-Werte in der Bodenzone des
Waldes 68
Horizontale Strahlungsverteilung in der Bodenzone des Waldes 69
Temperatur- und Feuchteverhältnisse in und über dem Waldbestand 71
5.10 Tagesgänge a) der Lufttemperatur 7a, b) der spezifischen Feuchte q
und c) des Sättigungsdefizits der Luft D am 3.12.2000 73
5.11 Tagesgänge a) der Lufttemperatur Ja, b) der spezifischen Feuchte q
und c) des Sättigungsdefizits der Luft D am 15.4.2001 75
5.12 Vertikalprofile der potenziellen Temperatur 0 im Tagesverlauf 77
5.13 Windgeschwindigkeiten im Freiland (utm) und über dem Wald (um,,,) 82
5.14 Doppelwelle im Tagesgang der spezifischen Feuchte 83
5.15 Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen im Untersuchungszeitraum 86
5.16 Tagesgang a) der Windrichtung und b) der Windgeschwindigkeit an
einem „Normaltag 86
5.17 Tagesgänge a) der Lufttemperatur T, b) der spezifischen Feuchte q und
c) des Sättigungsdefizits der Luft D unter SW-Windeinfluss (Trocken-
periode) 89
5.18 Windverhältnisse im Bestandesinnern in Abhängigkeit von lokalen
Zirkulationsmustern 91
5.19 Schema der Strömungsverhältnisse über dem Wald und deren Auswir-
kungen auf Luftbewegung und Temperaturgradient im Bestandesprofil 93
6.1 Widerstandsanalogie im System Boden-Fflanze-Atmosphäre (SPAC) 96
6.2 Abhängigkeit der Grenzschichtleitfähigkeit gb von Windgeschwindig-
keit u und Blattdimensionen d 99
6.3 Vergleich der unkorrigierten (Suffix LI1600) mit der korrigierten a) Blatt-
leitfähigkeit und b) Transpiration 100
6.4 Schwankungsbreite der stomatären Leitfähigkeit g und Transpiration Ei
einzelner Blätter von Ruagea cf. pubescens 101
6.5 Tagesgang der stomatären Leitfähigkeit gs einzelner Blätter von Ruagea
am 13.3.2001 102
6.6 Azimutale Unterschiede der Xylemflussdichte 105
6.7 Radiale Unterschiede der Xylemflussdichte 107
6.8 Tagesmittel der Xylemflussdichte in verschiedenen Azimut- und
Tiefen-Kategorien 108
6.9 Xylemfluss-Tiefenprofil 110
6.10 Model Ivergleich Fhom, fi/n und Fe«p 111
6.11 Tagesgang der stomatären Leitfähigkeit g« und Blatttranspiration 6 von
Ruagea pubescens sowie meteorologische Einflussgrößen (13.3.2001) 113
XI
6.12 Tagesgang der stomatären Leitfähigkeit gs und Blatttranspiration fivon
Psychotria tinctoria sowie meteorologische Einflussgrößen (30.1.2001) 115
6.13 Abhängigkeit der stomatären Leitfähigkeit von PPFD und Sättigungs-
defizit D für Ruagea (13.3.01) 117
6.14 Abhängigkeit der stomatären Leitfähigkeit von a) PPFD und
b) Sättigungsdefizit im Canopy 118
6.15 Auf PPFD normiertes D versus gs - Canopy-Bäume 118
6.16 Abhängigkeit der stomatären Leitfähigkeit von a) PPFD und
b) Sättigungsdefizit im Understorey 120
6.17 Auf PPFD normiertes D versus gs - Unterwuchspflanzen 120
6.18 Abhängigkeit der Transpiration Ei von der stomatären Leitfähigkeit gs
für ausgewählte a) Canopy-Bäume und b) Unterwuchspflanzen 122
6.19 Tagesgänge des Sättigungsdefizits D, der PAR und der Xylemflussdichte
js aller Bäume, getrennt nach Overstorey und MidVSubcanopy 125
6.20 Relative Saftfluss-und Dickenänderung von Stämmen und Ästen 128
6.21 Schematische Darstellung des Speicherverhaltens bei zunehmender
Trockenheit und an Regentagen 129
6.22 Abhängigkeit der Xylemflussdichte von der PPFD-Tagessumme 132
6.23 Abhängigkeit der Saftflussdichte U von D in einzelnen PPFD-Klassen 134
6.24 Mittlerer Xylemflusstagesgang für alle untersuchten Bäume,
a) individuenbezogen F, b) stammflächenbezogen Fb 138
6.25 Tagessummen des stammflächenbezogenen Xylemflusses (Ft) für
einzelne Bäume und zusammengefasst in Bestandesschichten 140
6.26 Gemessene maximale Leitfähigkeiten g™* (a) und
Transpirationsraten Emu (b) der Unterwuchsarten 141
6.27 Mittlere maximale Leitfähigkeiten g™» und Transpirationsraten Ema*
der Canopy- und Unterwuchsarten 142
Abhängigkeit der Saftflussrate von Bestandesstrukturparametern 150
Vergleich der Bestandestranspirationsmodelle 152
Tagessummen der Globalstrahlung C und der Strahlungsbilanz Q
im Messzeitraum 154
Verhältnis der Strahlungsbilanz Q zur Globalstrahlung G 154
Tagesgänge der Strahiungsbilanz Q und der Globalstrahlung G 155
Tagesgänge der Einzelkomponenten des Boden-Bestandswärmestroms 158
7.7 Idealtypische Reaktion der stomatären Leitfähigkeit auf Umweltvariablen 160
7.8 Auf gema« = 1 normierte, gemessene Leitfähigkeiten gz und Hüllkurven
a) der PPFD-, b) der T- und c) der D-Funktionen des Jarvis-Modells 164
7.9 Vergleich der modellierten Leitfähigkeiten 165
7.10 Mittlere Tagesgänge von Q, ga und g 169
7.11 Abhängigkeit des decoupling coefficient U von der Windgeschwindigkeit 170
7.12 Vergleich der latenten Wärmeströme berechnet nach der ursprüng-
lichen PM-Gleichung (Xec.pm) und der um den Entkopplungs-
koeffizienten Q ergänzten Formulierung (kten) 172
7.13 Tagesgänge der Einzelkomponenten des Energiehaushalts 173
7.14 Tagesgänge der Bestandestranspiration und der aktuellen Evapo-
transpiration 175
7.15 Tagessummen der Verdunstungsgrößen 176
7.16 Monatssummen der Verdunstungsgrößen im Untersuchungszeitraum 178
7.17 Vergleich der aktuellen (Ea) und potenziellen (fo) Evapotranspiration
und der Strahlungsbilanz Q 179
7.18 Monatlicher Anteil von Q, Eo und Ea am Niederschlag P im Unter-
suchungszeitraum 180
A.1 Schema zur Berechnung von Fun und / »? 213
Tabellenverzeichnis
3.1 Sensorenkonfiguration der Bestandesklimastation 29
3.2 Untersuchungsbäume 39
3.3 Porometrisch bemessene Unterwuchsarten (Hauptphase 2000/2001) 40
3.4 Untersuchung azimutaler und radialer Xylemflussvariationen: Messtiefe
und Lage der Saftflusssensoren am Stamm 41
4.1 Bestandestrukturelle Kenndaten des Untersuchungsplots 56
5.1 Windstatistik für den Untersuchungszeitraum 92
6.1 Korrelationskoeffizienten für stomatäre Leitfähigkeit und Transpiration
einzelner Blätter 103
6.2 Multiple Regressionsanalyse zur Evaluierung der Abhängigkeit der
mittleren Xylemflussdichte von meteorologischen Einflussgrößen 131
6.3 Korrelationsanalyse der Xylemflussraten aller Bäume 137
7.1 Verdunstungsanteile und-summen im Untersuchungszeitraum 181
XIII
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