RADIAČNÍ BILANCE MLADÉHO HORSKÉHO SMRKOVÉHO POROSTU

Transkript

1 Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed.): XIV. Česko-slovenská bioklimatologická konference, Lednice na Moravě září 22, ISBN , s RADIAČNÍ BILANCE MLADÉHO HORSKÉHO SMRKOVÉHO POROSTU Irena Marková Dalibor Janouš ABSTRACT Net radiation of young mountain spruce stand. Net radiation of young mountain spruce stand was studied at the ecological experimental study site of Bílý Kříž (the Moravian-Silesian Beskids Mts., the Czech Republic) during the growing season in the 21. Stand density was 26 trees per ha, leaf area index (LAI) Model clear and overcast days from three time period of the growing season (May October) were chosen for a comparison on stand net radiation. The first time period represented period of growth and development of new shoots (LAI increased), the second one period, when the stand was completely developed (LAI was almost the same) and the third time period represented period, when LAI decreased due to fall of older needle classes. Net radiation changes were described with NR/GR values (the share of stand net radiation in global radiation incident on the stand). Its average value calculated from all values chosen clear days was % and calculated from all values chosen overcast days was %. NR/GR values of clear days varied in chosen time periods of the growing season. In the first time period NR/GR value was %, in the second one % and in the third time period %. NR/GR values of overcast days not too varied. In the first time period NR/GR value was %, in the second one druhém % and in the third time period %. Average value of NR/GR calculated from all measured values of global radiation incident on the stand from all determined values of stand net radiation during the growing season (May October) in the 21 was %. ÚVOD Radiační vlastnosti povrchu rostlinných porostů patří mezi nejdůležitější charakteristiky, které je nutné brát v úvahu při studiu růstu a vývoje porostů. Stupeň radiační výměny mezi rostlinnými porosty a jejich okolím (přízemní vrstvou atmosféry) vyjadřuje radiační bilance. Radiační bilance je definována jako součet toků krátkovlnné a dlouhovlnné radiace - tj. krátkovlnná radiace dopadající na porost, krátkovlnná radiace odražená porostem, dlouhovlnná radiace dopadající na porost a dlouhovlnná radiace vyzářená nebo odražená porostem (KANEMASU a ARKIN 1974, ROSS 1975, SHAW a DECKER 1979, LLASAT a SNYDER 1998). Bilance dlouhovlnné radiace závisí na meteorologických podmínkách (teplota, oblačnost, rychlost větru, obsah vody a CO 2 v atmosféře) a vlastnostech porostu (druh, hustota, struktura), bilance krátkovlnné radiace závisí na geografických podmínkách, ročním období, části dne, propustnosti atmosféry a vlastnostech (albedo) porostu (TAJCHMAN 1972, DAVIES a IDSO 1979). Obsahem tohoto příspěvku je popis radiační bilance mladého horského smrkového porostu ve vybraných jasných a zatažených dnech roku 21. METODA Součástí mikroklimatických výzkumů v mladém horském smrkovém porostu, který je součástí experimentálního ekologického pracoviště Bílý Kříž (Moravskoslezské 29

2 Beskydy, Česká republika), je od roku 21 i měření radiační bilance. Uvedená lokalita se nachází v nadmořské výšce 98 m, její zeměpisné souřadnice jsou 18 o 3 V, 49 o 3 S, průměrná roční teplota vzduchu 4.9 o C, průměrná roční relativní vlhkost vzduchu 8% a průměrný roční úhrn srážek 11 mm. Studovaný smrkový porost roste na svahu (sklon svahu 13.5 o ) JJV orientace a byl založen umělou výsadbou čtyřletých sazenic smrku ztepilého (Picea abies (L.) Karst.) v roce Radiační bilance byla měřena bilancoměrem Kipp-Zonen CNR1 (fa Delft, Holandsko), který byl umístěn na meteorologické věži ve výšce 15m nad zemí. Bilancoměr tvoří čtyři samostatná čidla čidlo pro měření krátkovlnné (globální) radiace dopadající na porost (CMup), čidlo pro měření krátkovlnné (globální) radiace odražené porostem (CMdown), čidlo pro měření dlouhovlnné radiace dopadající na porost (CGup) a čidlo pro měření dlouhovlnné radiace vyzářené nebo odražené porostem (CGdown). Pokud jsou uvedená čidla zapojená samostatně, je možné měřit uvedené charakteristiky také samostatně, a radiační bilance porostu (NR) se potom počítá podle vztahu: NR = CMup + CGup CMdown CGdown. Bilancoměry zaznamenávaly výše uvedené charakteristiky každých 3 sekund a z těchto záznamů byly každých 3 minut vypočítány aritmetické průměry, které byly uloženy do paměti automatické ústředny DL3 (fa Delta-T, Velká Británie). VÝSLEDKY A DISKUSE Hustota studovaného porostu byla 26 stromů/ha, průměrná výška porostu na konci roku 21 byla m a průměrná výčetní tloušťka cm. Průměrný výškový přírůst porostu byl přitom.5m a průměrný tloušťkový přírůst.7cm. Index listové plochy (LAI) se v uvedeném roce pohyboval v rozmezí (Obr. 1) (POKORNÝ, nepublikováno). Pro srovnání radiační bilance horského smrkového porostu byly vybrány modelové jasné a zatažené dny ze třech časových období vegetační sezóny (květen říjen) roku 21. První časové období představovalo dobu nárůstu a vývoje nových letorostů (nárůst LAI), druhé dobu, kdy byl porost zcela vyvinut (LAI se téměř neměnilo), a třetí časové období představovalo dobu, kdy došlo v důsledku přirozeného prosychání a opadu starších ročníků jehlic ke snížení LAI porostu (Obr. 1). Z prvního časového období byly vybrány následující dny (jasno) a (zataženo), z druhého časového období a (jasno) a a 1.9. (zataženo) a ze třetího časového období a (jasno) a 8.1. a (zataženo). Příkon globální radiace dopadající na korunovou vrstvu studovaného smrkového porostu byl pro vybrané jasné dny typický. Denní chody přitom odpovídaly jak denním, tak ročním změnám elevačního úhlu Slunce (Obr. 2). Jako zatažené byly vybrány ty dny, ve kterých hodnota globální radiace dopadající na porost nepřekročila 2 W.m -2 (Obr. 3). Vzhledem k tomu, že je na výzkumné ploše Bílý Kříž měřena i difúzní složka dopadající globální radiace, bylo možné posoudit, jestli vybrané zatažené dny skutečně splňují podmínky zatažených dní. Výpočtem podílu difúzní složky dopadající globální radiace v dopadající globální radiaci (tzv. difúzní index ) bylo zjištěno, že jeho průměrné denní hodnoty byly.99 (28.5.),.99 (26.7.), 1. (1.9.),.88 (8.1.) a 1. (28.1.). Denní chody radiační bilance v jasných dnech odpovídaly ve světelné části dne denním chodům dopadající globální radiace (Obr. 2). Z naměřených hodnot dopadající globální radiace (GR) a vypočítaných hodnot radiační bilance (NR) byl stanoven jejich podíl (NR/GR). Jeho průměrná hodnota vypočítaná ze všech hodnot vybraných jasných dnů byla %. Pro jasné dny uvádí TAJCHMAN (1972) pro dospělý smrkový porost hodnotu NR/GR 6 65%, a PIVEC a KUČERA (1986) hodnotu 7%. Hodnoty 291

3 NR/GR se však lišily ve vybraných časových obdobích vegetační sezóny. V prvním časovém období byl podíl NR/GR %, ve druhém % a ve třetím časovém období %. Také PIVEC a KUČERA (1986) uvádějí, že na podzim jsou hodnoty NR/GR nižší. Dále byla provedena analýza hodnot NR/GR v závislosti na dopadající globální radiaci (Obr. 4). Bylo zjištěno, že v jasných dnech se tyto hodnoty zvyšovaly se zvyšujícím se příkonem globální radiace, tedy se zvyšujícím se elevačním úhlem Slunce. Byly však nalezeny rozdíly v dopoledních a odpoledních hodnotách NR/GR. Odpolední hodnoty NR/GR byly nižší v důsledku většího vyzařovaní dlouhovlnné radiace. Také denní chody radiační bilance v zatažených dnech odpovídaly ve světelné části dne denním chodům dopadající globální radiace (Obr. 3). Podíl NR/GR byl však v těchto dnech podstatně vyšší než ve dnech jasných. Jeho průměrná hodnota vypočítaná ze všech hodnot vybraných zatažených dnů byla %. TAJCHMAN (1972) uvádí pro dospělý smrkový porost hodnotu NR/GR 87% v zatažených dnech. V případě zatažených dnů se hodnoty NR/GR příliš nelišily ve vybraných časových obdobích vegetační sezóny. V prvním časovém období byl podíl NR/GR %, ve druhém % a ve třetím časovém období %. U zatažených dnů byla opět provedena analýza hodnot NR/GR v závislosti na dopadající globální radiaci (Obr. 5). V tomto případě se hodnoty NR/GR příliš nelišily ani z hlediska zvyšujících se hodnot dopadající globální radiace, ani z hlediska dopoledních a odpoledních hodin. V zatažených dnech nebyla nalezena závislost hodnoty NR/GR ani na období vegetační sezóny, ani na příkonu globální radiace dopadající na porost. Pro potřeby této studie bylo vybráno pouze několik jasných a zatažených dnů z vegetační sezóny (květen říjen) roku 21. Ale vzhledem k tomu, že měření jednotlivých složek radiační bilance probíhala během celého tohoto období bylo možné vypočítat také průměrnou hodnotu NR/GR pro studovaný smrkový porost za vegetační sezónu 21, která byla %. JARVIS a kol. (1975) uvádějí obecně pro jehličnaté porosty hodnotu NR/GR 7 9%. ZÁVĚR Na ekologickém experimentálním pracovišti Bílý Kříž byla v roce 21 sledována radiační bilance mladého horského smrkového porostu (hustota 26 stromů/ha, LAI během vegetační sezóny ). Pro srovnání radiační bilance byly vybrány jako modelové jasné a zatažené dny ze třech časových období vegetační sezóny (květen říjen). První časové období reprezentovalo dobu nárůstu a vývoje nových letorostů (nárůst LAI), druhé dobu, kdy byl porost zcela vyvinut (LAI se téměř neměnilo), a třetí časové období reprezentovalo dobu, kdy došlo v důsledku přirozeného prosychání a opadu starších ročníků jehlic ke snížení LAI porostu. Změny radiační bilance byly popsány pomocí hodnot NR/GR, tedy podílu radiační bilance porostu v dopadající globální radiaci. Jeho průměrná hodnota vypočítaná ze všech hodnot vybraných jasných dnů byla % a vypočítaná ze všech hodnot vybraných zatažených dnů %. Průměrná hodnota NR/GR pro studovaný smrkový porost za celou vegetační sezónu roku 21 byla %. Hodnoty NR/GR jasných dnů se lišily ve vybraných časových obdobích vegetační sezóny. V prvním časovém období byl podíl NR/GR %, ve druhém % a ve třetím časovém období %. V případě zatažených dnů se hodnoty NR/GR ve vybraných časových obdobích vegetační sezóny příliš nelišily. V prvním časovém období byl podíl NR/GR %, ve druhém % a ve třetím časovém období %. 292

4 Literatura Davies, J.A., Idso, S.B., 1979: Estimating the surface radiation balance and its components. In: Barfield, B.J., Gerber, J.F. (eds.): Modification of the Aerial Environment of plants. Am. Soc. of Agr. Engineers, Michigan, Jarvis, P.G., James, G.B., Landsberg, J.J., 1975: Coniferous forest. In: Monteith, J.L. (ed.): Vegetation and the Atmosphere. Vol. 2. Academic Press, London-New York-San Francisco, Kanemasu, E.T., Arkin, G.F., 1974: Radiant energy and light environment of crops. Agric. Meteorol., 14, Llasat, M.C., Snyder, R.L., 1998: Data error effects on net radiation and evapotranspiration estimation. Agr. For. Meteorol., 91, Pivec, J., Kučera, J., 1986: Some transformation processes of solar radiation in a spruce monoculture and on a clear cutting area on certain days. Ecology (CSSR), 5, Ross, J., 1975: Radiative transfer in plant communities. In: Monteith, J.L. (ed.): Vegetation and the Atmosphere. Vol. 1. Academic Press, London-New York-San Francisco, Shaw, R.H., Decker, W.L., 1979: The general heat budget of canopies. In: Barfield, B.J., Gerber, J.F. (eds.): Modification of the Aerial Environment of plants. Am. Soc. of Agr. Engineers, Michigan, Tajchman, S.J., 1972: The radiation and energy balances of coniferous and deciduous forests. J. Appl. Ecol., 9, Poděkování Výzkum byl financován Grantovou agenturou ČR, grant č. 526//485 a Výzkumným záměrem ÚEK AV ČR č. OZ Adresa autorů: RNDr. Irena Marková, CSc., Ústav krajinné ekologie, Agronomická fakulta MZLU v Brně, Zemědělská 1, 613 Brno, Česká republika, markova@mendelu.cz Ing. Dalibor Janouš, CSc., Ústav ekologie krajiny AV ČR, Poříčí 3b, 63 Brno, Česká republika, ejanous@brno.cas.cz 293

5 vyvoj LAI 8 LAI jasne dny zatazene dny Obr. 1: Vývoj indexu listové plochy studovaného smrkového porostu během vegetační sezóny (květen říjen) roku 21 a výběr modelových jasných a zatažených dnů 294

6 [W.m-2] GR NR Obr. 2: Hodnoty globální radiace dopadající na porost a radiační bilance porostu ve vybraných jasných dnech [W.m-2] GR NR Obr. 3: Hodnoty globální radiace dopadající na porost a radiační bilance porostu ve vybraných zatažených dnech 295

7 NR/GR [%] dopadajici GR [W.m-2] cely den dopoledne odpoledne Obr. 4: Hodnoty NR/GR v závislosti na globální radiaci dopadající na porost ve vybraných jasných dnech NR/GR [%] dopadajici GR [W.m-2] cely den dopoledne odpoledne Obr. 5: Hodnoty NR/GR v závislosti na globální radiaci dopadající na porost ve vybraných zatažených dnech 296