Klausurvorbereitung Flashcards
Strahlungsbilanzgleichung
Q*: Strahlungsbilanz =
Qk* : kurzwellige +
Ql* : langwellige Strahlungsbilanz Strahlungsbilanz
**Strahlungsbilanz: Q* =Qk* +Ql* =GS-Rk +G-A-Rl **
Definieren sie Ein- und Ausstrahlungstyp!
Einstrahlungstyp: bei positiver Nettostrahlung wird die Strahlungsenergie duch Absorption an der Berührungsoberfläche in die molekulare Energieform überführt.
- Gewonnen Energie dient zur Erwärmung des Körpers (Boden)
- Überschüssige Wärme wird in Richtung des Temperaturgefälles in tiefere Bodenschichten und Atmosphäre abgeführt.
Austrahlungstyp: bei negativer Nettostrahlung erfolgt die Wärmezufuhr aus der Atmosphäre und den tieferen Bodenschichten in Richtung Erdoberfläche
Energiebilanzgleichung eines geschlossenen Pflanzenbestandes
- Beschreibung der einzelnen Glieder der Gleichung
- Lage und Bezeichnung der Hauptenergieumsatzfläche
Die Energiebilanzgleichung eines Pflanzenbestandes
An der Erdoberfläche: Q* =QB +QH +QE+DQS +QP
(das D** **soll eigentlich ein Delta sein)
Q*: Strahlungsbilanz
QB: Bodenwärmestrom
QH: fühlbarer Wärmestrom
QE: latenter Wärmestrom QE (Wm-2) = lv (J g-1) · E (mm)
- *DQS:** Energieänderung im Bestand (DQS>0, wenn Q*>0)
- *QP:** Benötigte Energie zur Fotosynthese (ca. 1% von Q*, oder 2% der PAR)
Welche Größen der Energiebilanz kann man steuern?
- QB (Bodenwärmestrom) durch Mulchen, Verdichten und Lockern
Was kann man tun, um die Energiebilanz gezielt zu beeinflussen?
?
Was versteht man unter photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR)?
PAR ist der Bereich im Spektrum der Sonnenstrahlung, der von photosynthetisch aktiven Lebewesen genutzt werden kann.
Die PAR wird meist von 400-700 nm in W/m² angegeben. Dieser Bereich deckt sich weitgehend mit dem Bereich der für Menschen sichtbaren Strahlung (380-780 nm), welcher etwa 50 % der Globalstrahlung ausmacht.
Spektrale Albedo eines grünen Blattes zwischen 380 und 5000 nm
Albedo von 10 %
??
Ursachen für die Strahlungsschwächung (GS) innerhalb eines Pflanzenbestandes
- Albedo gering,
- Wenig Strahlung wird reflektiert, da das Meißte von den Blättern schnell absorbiert wird
- Absorbtion, Transmisson, Reflexion
Ursachen für die Unterschiede des Lufttemperaturfeldes über einer Grasfläche und einer Betonfläche an Hand der Energiebilanzgleichung erklären
Gras:
- geringere RK bzw. speichert nicht so viel Wärme wie Beton
- Höhere Wärmeleitfähigkeit
- Luft kühler
Beton:
- speichert mehr Wärme
- höhere Wärmekapazität
- Luft wird heißer
Wovon hängt die Temperatur im Erdboden ab?
- von der Albedo, also dem Bedeckgungsgrad
- von der Wärmekapazitätsdichte
- von der Wärmeleitfähigkeit
- Luft- Wasserverhältniss
Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit von der Bodenfeuchtigkeit
- Trockene Böden erwärmen sich rasch
- Feuchte Böden erwärmen sich langsam, speichern die Wärme aber länger
Gleichungen für den Bodenwärmestrom, den Wärmefluß und die zeitliche Temperaturänderung im Boden
Wärmefluss und zeitl. Temperaturänderung?
Eindringtiefe der Tages- und Jahreswelle der Temperatur im Erdboden
- Tageswelle: 0.5 - 1.0 m (Atmosphäre: hunderte Meter)
- Jahreswelle: 10 - 20 m (Atmosphäre: ganze Troposphäre)
Standardmesstiefen für die Erdbodentemperaturen Begründung für die Wahl der Meßtiefen
- für Tageswelle: (2), 5, 10, 20, 50, 100 cm
- für Jahreswelle: 5, 10, 20 m
Wegen des nichtlinearen Temperaturprofils, werden die Messtiefen in Bodennähe verdichtet.
Welche drei graphischen Darstellungsformen für Bodentemperaturen kennen Sie?
- Isoplethen: t,T- Diagramm
- Isothermen: t,z- Diagramm
- Tautochronen: T,z- Diagramm
Tagesgang der Bodentemperatur an einem Strahlungstag im Sommer in 5, 20, 50 cm und 100 cm Tiefe
Wie lässt sich der Temperaturverlauf im Erdboden beeinflussen?
Bodenbearbeitung
Durch die Auflockerung der Krume wird der Bodenwärmestrom unterbrochen. Die Folge sind hohe Temperaturschwankungen im Oberboden.
Vegetation
Temperatur niedriger unter Vegetation
Mulchdecken/folien
Verringert den Boedenwärmestrom. Nächtliche Frostgefahr nimmt zu
Gezielte Änderungen der Wärmeeigenschaften:
- Auflockerung der obersten Bodenschicht
- Boden trocknet rascher ab
- schnellere Erwärmung (kann Pflanzenentwicklung im Frühjahr fördern, Spätfrostgefahr
wird gleichzeitig erhöht)
- Verschiebung der aktiven Fläche durch Bodenbedeckungen
- Mulchdecken (Gras, Stroh, Rinde, Folien) stellen eine Wärmeisolation dar
- geringere Tages- und Jahresschwankungen im Boden
- Bodenfeuchte bleibt höher
- die aktive Fläche wird tagsüber jedoch wärmer und nachts kälter (Frostgefahr) - Durch die Farbe der Bedeckung kann die Strahlungsbilanz gezielt verändert werden (farbige Folien, Aufsprühen heller Mittel)
Beeinflussung des Bodenwärmestroms: Mulchen, Verdichten, Lockern
Nächtlicher Temperaturverlauf über und innerhalb einer Schneedecke sowie im Erdboden an einem winterlichen Strahlungstag
- geänderte Strahlungsbilanz durch eine sehr hohe Albedo
- geringe Erwärmung trotz intensiver Sonnenstrahlung
- noch schlechterer Wärmeleiter als Torf durch zahlreiche Lufteinschlüsse
- sehr starke Abkühlung der Schneeoberfläche (< -20 °C)
- im Boden (5 cm Tiefe) kaum unter 0 °C - ist der beste Wärmeschutz für Pflanzen im Winter
- Pflanzenteile über der Schneedecke sind jedoch stark frostgefährdet
14.00:
- Oberfläche: -4°
- Mitte: -2°
- Erdboden: 0°
21.00:
- Oberfläche: -10°
- Mitte: -4°
- Erdboden: 0°
7.00:
- Oberfläche: -22°
- Mitte: -10°
- Erdboden: -1°
Wasserhaushaltsgleichung für einen vegetationsbedeckten Standort
Zusammenhang zwischen der Energie- und Wasserbilanz
- P: Niederschlag vor dem Erreichen der Vegetationsdecke (freier Niederschlag)
- I: Interzeption (Benetzung der Pflanzen)
- E: von der Bodenoberfläche verdunstetes Wasser, gegebenenfalls nach Kapillaraufstieg
- T: Transpiration der Pflanzen
- RO: Oberflächenabfluss
- VS: Sickerwasser (vertikale Versickerung durch die Profilbasis => Grundwassererneuerung)
Definition Bodenfeuchte, Messmethoden
- Wasser in der ungesättigten Zone des Bodens
- gespeichertes Wasser in der Wurzelschicht (bis max. 2 m Tiefe)
- das Bodenwasser wird in den Poren des Bodens gespeichert
Messen:
direkte Methode:
- Gravimetrische Methode (Bohrstock)
_indirekte Methoden: _
- Neutronensonde (Streuung von Neutronen am Wasser)
- Gammasonde (Absorption von Gammastrahlen am Wasser)
- TDR-Technik (Time Domain Reflectometry): Laufzeit einer elektromagnetischen Welle durch eine Sonde hin und zurück
Gravimetrische Bestimmung der Bodenfeuchte, Vor- und Nachteile?
_Bohrstockmethode: _
- Probennahme mit Bohrstock
- Wägung des feuchten Bodens (mf)
- Trocknung des Bodens bei 105°C
- Wägung der getrockneten Probe (mt)
Nachteil:
durch die Messung wird das Bodenprofil zerstört
Vorteil: einfach, schnell, präzise
Begriffe: Feldkapazität, Welkepunkt, nutzbare Feldkapazität, Wurzelraumkapazität
Feldkapazität (FK)
- Summe der Volumenanteile der feinen und mittleren Poren des Bodens
- aus einem bis zur FK mit Wasser gefüllten Boden erfolgt praktisch keine Versickerung (Wasser wird gegen die Schwerkraft vom Boden gehalten)
- Versickerung findet erst statt, wenn der Wassergehalt des Bodens
- die FK überschreitet und die Grobporen teilweise oder ganz mit Wasser erfüllt sind
- FK ist meist am Ende des Winters gegeben oder nach ergiebigen Niederschlägen, dann nähern sich die Sickerraten, mit zeitlicher Verzögerung, den Niederschlagsraten weitgehend an
Nutzbare Feldkapazität (nFK) nFK = FK - WP
tatsächlich für die Pflanze zur Verfügung stehende Wassermenge - entspricht im wesentlichen dem Anteil der Mittelporen (Vol.-%)
Welkepunkt (WP) / Permanente Welkepunkt (PWP)
- ist erreicht, wenn die Saugspannung so groß wird, dass die Pflanzen kein Wasser mehr mit ihren Wurzeln entnehmen können
- Pflanzen welken permanent, obgleich zum Teil noch ein bemerkenswerter Vorrat an Bodenwasser vorhanden sein kann
- trocknet der Boden weiter aus, d.h. nehmen die Saugspannungskräfte zu, so beginnt der Boden hygroskopisch zu wirken, d. h. er entzieht der Umgebung und auch der Pflanze Wasser
Wurzelraumkapazität (WK): nFK bezogen auf die durchwurzelte Schicht im Boden
Optimale Werte der nFK für Kulturpflanzenbestände
- 70 - 80% der nFK:
optimale Wachstumsbedingungen (kein Bodenluftmangel)
- < 50 % der nFK:
Beregnung ist erforderlich
- < 30 % der nFK:
starke Ertragsdepressionen durch Wassermangel
- lange > 80 % der nFK:
Ertragsdepressionen durch Bodenluftmangel
Kräfte, die auf das Bodenwasser wirken, Formen des Bodenwassers
- Adsorbtionskraft
- Kapillarkraft
- Gravitationskraft
Formen des Bodenwassers:
- Adsorbtionswasser, Kapillarwasser (Haftwasser)
- Sickerwasser
- vllt. Oberflächenwasser
Begriffe: Evaporation, Transpiration und Evapotranspiration?
Evaporation(E): Verdunstung von freien Wasseroberflächen und unbewachsenen Boden
Transpiration(T): physiologisch regulierte Verdunstung
Evapotraspiration(ET): E+T aslo Verdunstung eines Pflanzenbestandes. Bei geschlossenen Pflanzendecke gilt E < T
Definition des effektiven Niederschlages, Begriffe Interzeption und Blattflächenindex
- Benetzung und Aufsättigung der Pflanzenoberfläche mit Niederschlag bis zum Erreichen der Speicherkapazität (Benetzung u. Aufs. Phase)
- mit Überschreitung der Speicherkapazität- Leerung durch abtropfen (gesättigte Phase)
- Evaporation von Niederschlagswasser in Abhängigkeit von Metreologie
- Absackung der Pfl. oberfläche nach Niederschlagsende (Trocknungsphase)
Potentielle Evapotranspiration (PET), wovon ist die PET abhängig
- ist ein Maß für den maximalen Wasserverlust eines vegetationsbedeckten Standortes durch Verdunstung
- abhängig von Oberflächenbeschaffenheit
Nennen Sie Schätzgleichungen zur Berechnung der PET, Eingangsgrößen
Messung der PET
Zur Berechnung der potentiellen Evapotranspiration existiert eine Vielzahl empirischer Gleichungen, die durch meteorologische Größen parametrisiert werden.
Messung der AET
Direkte Methode:
- Messung mittels Lysimeter
Modelierung:
- Penman-Monteith-Gleichung
- Schätzung aus ETP
Indirekte Methoden:
- Bodenwasserbilanzierung
- Energiebilanzmethode
- Austauschmethode
Methoden zur Bestimmung der AET
Ursachen für die Ausbildung bestandestypischer Mikroklimate
- durch geänderte Energiebilanz an der äußeren tätigen Fläche des Bestandes
- durch die Speicherung von Energie im Bestand (
Profile von Nettostrahlung, Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur, Dampfdruck und CO2-Konzentration innerhalb eines Kulturpflanzenbestandes
Welche Möglichkeiten des Hagel-, Wind- und Frostschutzes kenne Sie?
Windschutzpflanzungen:
Reduzierung der Geschwindigkeit durch Reibung, keine Lücken lassen -> Kanalisierung, 2-3 reihige Baum-Strauchstreifen, bei Wind aus mehreren Richtungen Netzwerk anlegen
Frost:
- Maßnahmen zu Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens
- Frostnebeln oder Räuchern -> Nebel = Ausstrahlungsmindernd
- Foliendächer, Abdeckung -> Verhinderung der nächtlichen Ausstrahlung, PVC hält Wärmestrahlung zurück, Vlies verhindert sie erst bei Reifschicht auf der Oberfläche
- Frostschutzöfen
- Luftheizen mit Propangas
- künstl. Luftdurchmischung mit Ventilatoren bei Inversionswetterlagen
- Frostschutzberegnung -> Wärmefreisetzung wirkt Wärmeverlust durch Ausstrahlung entgegen (bis -7°)
Hagelschutz:
- DWD Vorhersage
- Hagelschutznetze
Welche Wirkungen ergeben Windschutzstreifen?
Definition Phänologie, Was sind Phänophasen?
Phänologie: hier werden periodisch wiederkehrende biologische Phänomene, v.a. jahreszeitliche Änderungen, im Bezug auf Witterung und Klima untersucht
Phänophasen: Knospung, Blattfall, …, klar definierte Erscheinungen, die im Jahresverlauf zu einem best. Zeitpunkt auftreten
Nach welcher Skala werden phänologische Phasen beobachtet (Aufbau der Skala)?
BBCH Skala
Dezimalskala, eingeteilt in Mikro- und Makrostadien
Wie können phänologische Eintrittstermine dargestellt werden?
- phänologische Uhr
- regionale phänologische Kalender
- phänologische Karten
Einflussfaktoren auf Pflanzenphänologie?
Klimaänderungen, Boden, Standort (Höhenunterschiede)
Wie können phänologische Eintrittstermine modelliert werden?
- statistisch: empirische Modelle, die den Zusammenhang zwischen Temperatur und Pflanzenentwicklung berücksichtigen
- semi-mechanistisch: grundlegende Prozesse wie Chilling und Forcing werden modelliert, Berücksichtigung von Photoperiodik
- mechanistisch: Modellparameter werden aus Experimenten abgeleitet und sind damit fest vorgegeben
Welche Modellansätze gibt es?
- semi-mechanistische Modellansätze
- mathematische Ansätze
- Chilling Modelle
- Dynamic Model
- Forcing Modelle
Welche Auswirkungen kann der Klimawandel auf die Entwicklung der Pflanzen haben?
Kalte Regionen:
heute: besonders späte Termine, viele Temperaturen < 0°C
Erwärmung: Temperatur im Optimalbereich, Dormanz früher gebrochen
Warme Regionen:
heute: frühe Termine, Temp. im optimalen Bereich
Erwärmung: Temperaturen rutschen aus diesem Bereich heraus, Winterruhe wird später beendet
sehr warme Regionen:
heute: sehr später Termin, fast keine Trends, da Temp. schon außerhalb des Optimums liegt.
Geräte in der Wetterhütte, Aufstellung
Standardmessgrößen an einer Wetterstation
Funktionsweise von Extremthermometern
Messung der relativen Luftfeuchte, Referenzverfahren
Verdunstungsmesser (Evaporimeter)
Bodenfeuchtemessung, Referenzverfahren
