Diplomarbeit
Advektive Einflüsse auf den CO2-Austausch eines Fichtenwaldes
Joel Schröter (06/2004-06/2005)
Betreuer: Thomas Foken, Johannes Ruppert
Wie an vielen anderen Waldstandorten auch, liegt die an der Flussstation Waldstein Weidenbrunnen durch Messung des turbulenten CO2-Flusses und der Speicheränderung ermittelte NEE nachts häufig deutlich unter den Werten, die aufgrund der nächtlichen Respiration des Ökosystems zu erwarten sind. Da sich das Messgelände Weidenbrunnen an einem ausgedehnten Hang befindet, ergab sich die Vermutung, dass dieses spezifisch nächtliche Flussdefizit auf bisher unbeachteten advektiven CO2-Transport im Zusammenhang mit katabatischen Schwereflüssen zurückgeführt werden kann. Um dies zu überprüfen, wurden im Juli 2003 während einer kurzen 20-tägigen Messkampagne im Rahmen des Experiments WALDATEM 2003 Messungen vertikaler und horizontaler CO2-Gradienten und Windkomponenten durchgeführt, die eine dreidimensionale Abschätzung advektiver CO2-Flüsse erlauben. Die Ermittlung der vertikalen Advektion erfolgte in Anlehnung an Lee (1998) durch Messung der vertikalen Windgeschwindigkeit und eines vertikalen CO2-Konzentrationsprofils am 32 m hohen Hauptturm. Die horizontale Advektion im Stammraum wurde durch Messung von Windgeschwindigkeit und horizontaler CO2-Differenzen in zwei Höhen sowohl senkrecht als auch parallel zum Hang ermittelt. Sowohl f¨ur das Windfeld als auch für das Konzentrationsfeld wurde eine Stabilitätsabhängigkeit gefunden, die auf ein systematisches Advektionsregime schließen lassen. Die gemessenen horizontalen und vertikalen advektiven Flüsse liegen beide in der gleichen Größenordnung und folgen einem typischen Tagesgang, haben aber meist entgegengesetztes Vorzeichen. Der horizontale Advektionsfluss ist im Mittel nachts negativ, d.h. es findet ein Eintrag von CO2 in das System statt. Tagsüber zeigen sich leicht positive Werte, was einem CO2-Austrag entspricht. Der vertikale advektive CO2-Fluss ist im nächtlichen Mittel positiv und bewegt sich tagsüber nahe null. An der im Mittel negativen horizontalen Advektion sind sowohl katabatische Schwereflüusse in Richtung der Hangneigung als auch die Hauptanströmung parallel zum Hang in ungefähr gleichem Maße beteiligt. In der Bilanz der advektiven Flüsse überwiegt die nächtliche positive vertikale Advektion, so dass sich rechnerisch ein mittlerer advektiver Kohlenstoffaustrag von 0.59 gC m−2d−1 ergibt. Dies ist verträglich mit der Vorstellung eines durch Advektion verursachten nächtlichen Flussdefizits. Die gemessenen advektiven Flüsse sind allerdings sowohl wegen messtechnischer Probleme als auch aufgrund starker Vereinfachungen im Hinblick auf die r¨aumliche und zeitliche Messabtastung mit großen Unsicherheiten behaftet. Das in ¨Ubereinstimmung mit anderen Untersuchungen (Aubinet et al., 2003; Feigenwinter et al., 2004) gefundene mittlere Advektionsregime ist aber ein deutlicher Hinweis darauf, dass advektive Fl¨usse in erheblichem Maße am CO2-Austausch des Standort Weidenbrunnen beteiligt sind.