Doktorarbeit
Eddy-covariance measurements as a tool for ecological and hydrological studies on Tibetan Plateau
Tobias Biermann (03/2009-11/2014)
Betreuer: Thomas Foken
Das Hochland von Tibet zählt zu den emp ndlichsten Ökosystemen der Erde. Trotz eines gesteigerten Interesse in den letzten Jahren ist es in Hinblick auf die möglichen Veränderungen durch den globalen Klimawandel und zunehmende menschliche Aktivit ät aufgrund seiner abgeschiedenen Lage ein immer noch relativ wenig erforschtes Gebiet. Aus diesem Grund wurden turbulente Flüsse (Kohlenstoaustausch und Verdunstung) mit der Eddy Kovarianz Methode über unterschiedlichen Ober ächen auf dem Hochplateau gemessen und so verschiedene Aspekten des Kohlensto- undWasserkreislaufes untersucht. Im Besonderen wurden hier die zwei dominanten Vegetationsformen, alpine Steppe und Kobresia pygmaea-Weiden sowie zu ersten Mal auf dem Hochplateu ein See untersucht. Im Nam Co Einzugsgebiet wurde der Ein uss von unterschiedlicher Bodenfeuchte auf die Flüsse über alpiner Steppe gemessen und auch ein Vergleich zwischen den Flüssen über Land und See angestellt. Die Messungen über den Kobre- sia pygmaea-Weiden wurden genutzt, um den Eekt unterschiedlicher Beweidungesintensit ät und Degradation zu untersuchen. Alle Messungen haben dazu beigetragen, Modelle, welche die Austauschprozesse zwischen dem Ökosystem und der Atmosphäre simulieren, an die Bedingungen des Hochplateaus anzupassen und deren Ergebnisse zu validieren. Insbesondere wurde bei den Messungen ein Augenmerk auf die Bestimmung des latenten Wärmestroms unter Winterbedingungen gelegt. Zu diesem Zweck wurde eine Vergleichsmessung zwischen einem LI-COR 7500 (LI-COR Biosciences) und einem Krypton Hygrometer KH20 (Campbell Sci. Ltd.) durchgeführt, mit dem Ergebnis, dass beide Geräte zwar für den Einsatz zur Bestimmung von turbulenten Flüssen geeignet sind, nicht jedoch für die Bestimmung des absoluten Feuchtegehalts der Atmosphäre. Die Abweichung zwischen den Geräten macht auÿerdem deutlich, dass eine geeignete Kalibrierprozedur nötig ist um eine fehlerfreie Bestimmung von Langzeit-Messreihen zu gewährleisten. Neben diesen Untersuchungen über der alpinen Steppe wurden die Messungen des Kohlenstoaustausches in Kema dazu genutzt den Ein uss von Umzäunungen und dem damit verbundene Beweidungsausschluss zu untersuchen. Jedoch konnte auf der relativ kurzen Zeitskala seit Errichtung der Zäune kein Unterschied zwischen den Flächen auf der Ökosystemskala festgestellt werden. Eine detailliertere Betrachtung des Kohlenstoumsatzes durch die Kopplung der EC Messungen mit einem 13CO2 Markierungsexperiments zeigte auch keinen Unterschied, jedoch konnten so zum ersten Mal absolute Umsatzraten zwischen Boden, P anze und Atmosphäre gemessen werden. Eine wichtige Erkenntnis hierbei war die Identi zierung des markanten Wurzel lzes der Kobresia pygmaea-Weiden als wichtigster Teil für den gesamten Kohlenstoumsatz im Ökosystem. Vor allem vor dem Hintergrund der Degradierung der Weiden, der damit einhergehenden Zerstörung des Wurzel lzes und der Funktion des Graslands als potentieller Kohlenstospeicher ist dies von groÿer Bedeutung. Der Eekt dieser Degradierung, und auch ein möglicher Wechsel der Vegetationsstruktur, wurde mit Hilfe der zuvor angepassten Modelle simuliert. Diese Simulation zeigt, dass in der untersuchten Vegetationsperiode nur eine intakte Kobresia pygmaea-Weide als Kohlenstospeicher dient, die Degradationsstufen sowie die alpine Steppe müssen jedoch als neutral oder leichte Quellen angesehen werden. Während der Kohlenstoaustausch
stark verändert wird ist bei der Verdunstung im Gesamten keine grosse Veränderung zu beobachten, jedoch verschiebt sich das Verhältnis von Evaporations und Transpiration stark. Dies hat wiederum hat, zusammen mit sich verändernden Ober ächen Eigenschaften durch die Degradation, einen erheblichen Ein uss auf die Bildung von Konvektion und Niederschlag, wie in einer Modellstudie gezeigt werden konnte.