Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)

4. szám - Móricz Norbert–Gálos Borbála–Gribovszki Zoltán: Az erdők intercepciójának mérési és modellezési lehetőségei

MÓRICZ M. - GÁLOS B. - GRIBOVSZKI Z.: Az erdők intercepciója ... 43 - Csapadékesemény közbeni párolgás üteme. - Az állomány tározási kapacitása és a kiszáradás gyakorisága (Gash 1979). A Gash féle modell egy csapadékesemény analízisre épül. A csapadékot, mint diszkrét eseményt használja, melynek három különböző fázisát különítette el: - Benedvesedési fázis: a csapadékhullás kezdetétől, amíg az állomány telített lesz, - Telítettségi fázis, - Kiszáradási fázis, a csapadék végétől, amíg az állomány teljesen ki nem szárad (Valente et al 1997). Feltételezi, hogy a lombkorona és a törzsfelület teljesen kiszárad két csapadékesemény között. A párolgást PenmanMonteith egyenlettel számolja. A Rutter modellhez hasonlóan állomány-szerkezeti paramétereket is igényel. KeletAngliában a Thetford erdőben sikeresen tesztelték (Gash 1979). Viszont a Gash modell „gyérített állományok" intercepciójának szimulálására nem bizonyult alkalmasnak (Teklehaimanot-Jarvis 1991). Ezért Gash módosította a régi modellt (

Gash et al 1995; Valente et al 1997): a párolgást nem talajfelszín egységre, hanem vegetációs felületre fejezte ki. így alakult ki a Gash és Rutter modell „gyérített erdő" modellje. Minkét modell elméleti alapja, hogy a vizsgálati területet két részterületre osztja: egy szabad területre és egy vegetációval borítottra. A vegetációról történő párolgást az eredeti modellhez hasonlóan Penman-Monteith formula szerint számítja, ugyanakkor a szabad terület párolgását zérónak veszi. A modell gyengeségeként megemlíthető, hogy az állomány felszíni ellenállását pontosan kell megbecsülni és az állomány feletti atmoszférikus stabilitás állapotát sem szabad elhanyagolni (Gash et al 1995; Valente et al 1997). A fizikai modellek tehát két változó csoportot használnak. Az egyik a csapadék-esemény közbeni meteorológiai feltételek, a másik pedig az állomány paraméterek. Az előbbi standard meteorológiai mérésekből származik, az utóbbi meghatározására három lehetőség van: (1) irodalmi adatokból, (2) tapasztalati csapadék-állományi csapadék összefüggésből és (3) közvetlen módszerrel. Az irodalmi adatok felhasználásának nagy a bizonytalansága. A második módszer általános gyakorlat, azonban számos probléma adódhat a mérések pontatlanságából, valamint, hogy az áthulló csapadékot használják mind a vegetációs, mind pedig az atmoszférikus változók meghatározására. A közvetlen mérések növényfelületek mesterséges esőztetésének kísérletein alapulnak. Másik közvetlen mérési lehetőség a vízvisszatartás folyamatos mérése, mely azonban meglehetősen drága és technikailag nehezen kivitelezhető (Llorens-Gallart 2000). Sztochasztikus modellek A sztochasztikus modellek típusát Calder (1996) fejlesztette ki. A modellben az állomány nedvesedése az esőcseppek növényi részekkel való ütközésének Poisson eloszlás szerinti valószínűségén alapul. A modell szerint ugyanazon csapadék nagyobb esőcseppek mellett lassabban éri el a maximális tározási kapacitást, valamint kisebb esőcseppek esetén az intercepciós veszteség nagyobb. Calder később az egyszintes modellt továbbfejlesztette kétszintessé, melyben figyelembe vette, hogy a vegetáció nemcsak közvetlenül az esőcseppek által, hanem a felső szintekről lecsöpögő víz által is nedvesedik. A modellt sikeresen alkalmazták trópusi esőerdőben Jáván és Sri Lankán (Calder 1996). Egyéb intercepciós modellek A legtöbb intercepció-modell legnagyobb hátránya, hogy nem veszi figyelembe a csapadék-esemény közbeni szél hatását, valamint a csapadék intenzitását. így azok eredményei csak hasonló klímában a hasonló erdőkre teijeszthetőek ki. A hátrányok kiküszöbölése céljából számos megközelítést dolgoztak ki. Hörmann et al (1996) egy új intercepciós modellt fejlesztett a Gash modellből, melynek alapját a szél által befolyásolt tározási kapacitás képezi. Vizsgálataik szerint a szél jelentősen csökkenti az állományok tározási kapacitását. Az új modell jobban közelítette a mérési eredményeket, mint az eredeti Gash modell. Az intercepció mikrometeorológiai jellemzése céljából Watanabe-Mizutani (1996) egy 40 rétegből álló modellt dolgozott ki. A modell az intercepciós párolgást levelek szintjén számítja az energiaháztartási egyenlet segítségével. A labor és terepi eredmények alapján a modell mind levél, mind pedig állomány szinten jól becsülte az intercepciós veszteséget. Az eredményeik azt mutatták, hogy a párolgási hatékonyság nemcsak az aktuális telítési kapacitástól függ, hanem az állomány szerkezetétől és a meteorológiai feltételektől is. Liu (1997) egy empirikus paraméterek nélküli modellt fejlesztett ki. A modellben szereplő minden paraméterhez önálló fizikai jelentés társul. A fontosabb paraméterek: tározási kapacitás, állomány szárazsági index, állomány záródás és nedves növényfelületről történő párolgási ráta. A modellt világszerte 20 erdőben tesztelték és hasonlították össze sikeresen a Rutter és Gash modell eredményeivel. A modell előnye, hogy egyszerű és többi modellhez képest kisebb paraméter-igényű (Liu 1997, 2001). Az állományi csapadék térbeli eloszlásának vizsgálatára Davie-Durocher (1997a) egy numerikus szimulációs modellt írt le. A modell a törzsek számától és levélfelület indextől (LAI) függő struktúrát hoz létre, mely több rétegből áll. A modellben a csapadék elosztása a Rutter modellhez hasonlóan történik. A modell jól hasznosítható az állomány alatti talajnedvesség mintázat vizsgálatára is. A modellt sikeresen tesztelték az áthulló csapadék térbeli és időbeli változatosságára, valamint a törzsi lefolyásra (Davie-Durocher 1997a, 1997b). Dijk-Bruijnzeel (2001) Gash analitikus modelljét fejlesztették tovább. Kutatásaik szerint az állomány kapacitás lineáris, a telített állomány párolgási rátája pedig exponenciális kapcsolatban áll a LAI-val. A törzsfelületekről történő párolgást a lombkoronához hasonló módon lehet figyelembe venni. Wang et al (2007) laboratóriumi mérési sorozatok alapján összefüggést állapított meg csapadék intenzitása és a LAI egységnek megfelelő maximális intercepció között. A modell az intercepciós veszteséget csapadék intenzitásból és LAI-ból számolja, figyelembe véve az állomány nedvesség indexét. A hó intercepció modellezéséhez Lundberg et al (1998) egy többrétegű modellt használt, mely a látens hő forrásait is figyelembe vette. A modell a párolgást nagy bizonytalansággal számolta. Véleményük szerint a modellek jóval pontosabb légnedvesség méréseket, a folyékony és szilárd intercepció megkülönböztetését, valamint a részben borított állomány párolgásának továbbfejlesztett megközelítését igénylik.