1
Metody měření a modelování
energetické bilance
na povrchu vegetace
Kamil Láska
Geografický ústav PřF
Masarykova Univerzita
laska@sci.muni.cz
1.12.2009, Brno
2
Energetická bilance aktivního povrchu
* Radiační bilance
odraz v krátkovlnné oblasti (albedo)
vyzařování v dlouhovlnné oblasti
* Turbulentní tok (teplo na ohřátí vzduchu - sensible heat)
* Latentní tok (teplo spotřebované na výpar - latent heat)
* Tok tepla do půdy
* Tok tepla do biomasy
* Fotosyntéza (energetická hodnota fotosyntetické produkce)
Rn = H + E +G + M + P
3
Radiační bilance (Rn)
4
Metody měření
* Metoda Bowenova poměru
- založena na analýze radiační bilance stanoviště; měří se
teplota a vlhkost vzduchu min. ve dvou výškách
* Aerodynamická (gradientová)
- měří se rychlost větru a koncentrace příměsí ve více
výškách nad porostem
* Metoda turbulentní (vírové) difúze (eddy correlation)
- měří se přímo okamžitý vektor rychlosti větru a okamžitá
hodnota koncentrace, a to v jednom místě nad porostem
5
Bowenův poměr
Rn = H + E +G + M + P
Rn ­ net radiation [J/m2]
H ­ sensible heat [J/m2]
E ­ evapotranspirace [kg/m2]
L ­ výparné teplo [J/kg]
 = H / LE
Rn
E = ------------
L.(1 + )
Rn = H + LE
6
Bowenův poměr - chyby
7
Stanovení hodnoty Bowenova poměru
T2 ­ T1
 =  . --------------
e2 ­ e1
 - psychrometrická konstanta
T2 ­ T1 - výškový gradient teploty
e2 ­ e1 - výškový gradient vlhkosti
Tlak nasycených par
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 10 20 30
Teplota [deg.C]
Es[Pa]
e = Es . Rh
e ­ tlak vodní páry [Pa]
Es ­ tlak nasycených par [Pa]
Rh ­ relativní vlhkost [%]
8
Terénní uspořádání
systému pro měření
Bowenova poměru
(celkového výparu)
z trávníku
Automatická meteo.
stanice firmy EMS Brno
Ing. Kučera
9
Teorie turbulentní difúze
10
Teoretická východiska:
* Střední vertikální rychlost vzduchu je nulová
* K přenosu ,,vzdušných příměsí" dochází pouze
prostřednictvím turbulencí
* Koeficienty turbulentní výměny jsou stejné pro
všechny druhy transportovaných látek
11
Limity metod měření transportu v
přízemní vrstvě atmosféry:
* Fetch (vzdálenost od okraje porostu)
* Morfologie terénu (rovina)
* Homogenita porostu (footprint)
* Stabilita atmosféry (dT/dz = 0)
12
Limity metod ­ Fetch, terén
13
Limity metod - Footprint
14
Limity metod - Footprint
15
Limity metod - vliv vertikálního teplotního gradientu
16
17
18
Příklad uspořádání
měřícího systému
využívajícího eddy
correlation:
- 3D ultrazvukový
anemometr
- optický IR analyzátor
koncentrací H20, CO2
19
3D sonic, CO2, H2O PAR
20 NET Rad
18
16
14
T, RH, WS 12
10 LWP
PAR
T, RH, WS 8 PAR
PAR
T, RH, WS 6 PAR
4
PAR
T, RH, WS NET Rad
DENDR
2
Sap Flow
Intercep Intercep
5 cm TDR TDR, SWP, Ts 5 cm SWP, Ts SWP, Ts A horizon
15 cm TDR TDR, SWP, Ts 15 cm SWP, Ts SWP, Ts B1
30-40 cm TDR TDR, SWP, Ts B2
T, RH, WSD
Sap Flow
Příklad uspořádání měřícího systému
využívajícího eddy correlation při
měření v lesním porostu; vpravo
systém pro měření transpirace a
půdního mikroklimatu
20
Doporučená literatura:
Foken, T (2008): Micrometeorology. Springer, 306 s.
Kučera, J (2009): Environmental Measuring System, www.emsbrno.cz