E10 Boden-Vegetation-Atmosphäre-Wechselwirkung

Thema

Die Wechselwirkung zwischen Boden, Vegetation und Atmosphäre beschreibt den bidirektionalen Austausch von Energie, Wasser und Kohlenstoff zwischen diesen drei Komponenten, die ein integriertes System bilden. Die Vegetation ist das zentrale Element dieses Systems: Sie verändert die Oberflächenalbedo, erhöht die aerodynamische Rauheit, die vom Wind getroffen wird, fängt einen Teil des Niederschlags mit ihrem Kronendach ab, transportiert Wasser durch Transpiration vom Boden in die Atmosphäre und reguliert den Zugang von atmosphärischem Kohlendioxid zur Photosynthese durch Öffnen und Schließen ihrer Stomata.

Der Stomatawiderstand ist der zentrale Kontrollparameter für diesen Transpirations- und Kohlendioxidaustausch: Stomata schließen sich bei Wasserstress, wenn der Boden trocken ist, bei hoher Verdunstung, wenn die Luft im Verhältnis zu ihrem Wasserdampfgehalt sehr trocken ist, bei extremen Temperaturen oder einfach bei geringer Lichtintensität. Die Kombination dieser vier Stressfaktoren bestimmt zu jedem Zeitpunkt, in welchem ​​Maße sich die Stomata schließen.

Moderne Modelle dieses Boden-Vegetation-Atmosphäre-Systems parametrisieren den Stomatawiderstand als multiplikative Funktion dieser Stressfaktoren und fassen deren Wirkung in einem einzigen Wert zusammen.

Die Kroneninterzeption hält zudem einen Teil des Niederschlags direkt auf den Oberflächen von Blättern und Zweigen zurück; dieses abgefangene Wasser verdunstet rasch wieder in die Atmosphäre, ohne den Boden zu erreichen, und kann 20 bis 40 Prozent des gesamten Niederschlags in einem dichten Wald ausmachen.

Der Rückkopplungskreislauf zwischen Bodenfeuchte, Evapotranspiration und Niederschlag wirkt regional über Zeiträume von einer Woche bis zu einem Monat und ist in beide Richtungen selbsterhaltend: Die Evapotranspiration feuchter Böden erhöht die Feuchtigkeit der unteren Troposphäre, begünstigt die Bildung von Konvektionswolken und lokalem Niederschlag, der wiederum denselben Boden erneut befeuchtet, mit dem der Kreislauf begann. Genau diese Rückkopplung kann sowohl Dürreperioden verstärken, in denen trockener Boden weniger Verdunstung und somit weniger Niederschlag zur Wiederbefeuchtung erzeugt, als auch Feuchtperioden, in denen gesättigter Boden mehr Verdunstung und somit mehr Regen zur Aufrechterhaltung der Sättigung erzeugt.

Das zu erwartende Verhalten dieses gesamten Systems umfasst die saisonale Variation des Blattflächenindex, der Transpiration und Interzeption im Jahresverlauf steuert. Von der Vegetation, mit der dieses Dokument beginnt, bis zu den saisonalen Schwankungen am Ende – einschließlich des Stomatawiderstands, der Interzeption durch das Kronendach und der Rückkopplung zwischen feuchtem Boden, Verdunstung und Niederschlag – bedeutet die Wechselwirkung zwischen Boden, Vegetation und Atmosphäre, dass die Vegetation nicht nur ein passives Element der Landschaft ist, sondern ein aktiver Regulator, der die von der Atmosphäre selbst auferlegten Dürre- und Feuchtperioden auf die eine oder andere Weise verstärkt.

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