Proceedings zur 6. Fachtagung BIOMET - Deutsche ...

Coupling soil water and tree transpiration in the vegetation-boundary-layer model
HIRVAC
Valeri Goldberg, Björn Fischer und Christian Bernhofer
Technische Universität Dresden, Department of Meteorology
Abstract
This study presents an approach to describe the coupling mechanism between soil moisture,
tree transpiration and atmospheric boundary layer by upgrading the coupled vegetation
boundary layer model HIRVAC. For that, several parameters of the included gas exchange
model PSN6 were scaled by the matrix potential to consider the stomatal reaction to changes
in soil water content. This leads to an adaptation in the additional humidity source term in the
basic equation of HIRVAC. As a result the humidity profiles in the canopy air, the latent heat
flux and the energy balance of each canopy model layer are changed.
The new parameterisation in HIRVAC was applied for the VERTIKO special observation
period in May and June 2003 for vegetation parameters adapted to the Anchor Station Tharandter
Wald (experimental site of the Department of Meteorology, TU Dresden). The simulations
showed a realistic decrease of evapotranspiration for dry soil conditions. Without coupling
latent heat flux increased continuously due to an increase of the atmospheric driving
parameters vapour pressure deficit and temperature. Despite some differences during the
night the correlation between measured and simulated LE was adequately moderate.
Kopplung von Bodenwasser und Baumtranspiration im Vegetations-
Grenzschichtmodell HIRVAC
Zusammenfassung
In der vorliegenden Studie wird ein Ansatz zur Beschreibung der Kopplungsmechanismen
zwischen Bodenfeuchte, Baumtranspiration und atmosphärischer Grenzschicht mit Hilfe des
aktualisierten gekoppelten Vegetations-Grenzschicht-Modell HIRVAC vorgestellt. Dazu werden
verschiedene Parameter des in HIRVAC integrierten Gaswechselmodells PSN6 über das
Matrixpotential skaliert, um die Stomatareaktion auf einen geänderten Bodenwassergehalt zu
berücksichtigen. Dies führt zu einer Anpassung des zusätzlichen Quellterms in der Feuchtegleichung
von HIRVAC. Als Ergebnis werden das Feuchteprofil in der Bestandesluft, der
latente Wärmestrom (LE) und die Energiebilanz jeder Bestandesmodellschicht verändert. Die
neue Parametrisierung wurde in einer speziellen Messperiode im BMBF - Verbundprojekt
VERTIKO im Mai / Juni 2003 für die Vegetationszusammensetzung am Experimentalstandort
im Tharandter Wald angepasst. Die Modellsimulationen zeigten einen realistischen Rückgang
der Verdunstung für trockene Bedingungen. Ohne Kopplung von Vegetation und Grenzschicht
stieg LE kontinuierlich an, verursacht durch einen Anstieg der atmosphärischen Steuergrößen
Temperatur und Sättigungsdefizit. Im Vergleich mit der gemessenen Verdunstung
zeigten sich moderate Abweichungen, besonders in der Nacht.
1 Introduction
Latent and sensible heat are important variables in meteorology, hydrology and ecology, as
they interact with local climate by mass and energy exchange between the ground and the
atmosphere. To reduce uncertainty in predictions of surface energy exchange or to fill data
gaps a better understanding of ecosystem processes controlling energy and water balance
components is required (FALGE et al., 2005).
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