Federovskoje (Russland)
Eddy-Covarianz-messungen im Zentrum eines großen Windwurfgebietes
Beschreibung & Geschichte
Der Versuchsstandort befand sich im zentralen Waldgebiet der Region Tver, ca. 300 km westlich von Moskau im europäischen Teil Russlands (220–270 m a.s.l.). Dieses Gebiet steht unter Schutz und wird für wissenschaftliche Versuchszwecke seit 1931 genutzt (Vygodskaya et al. 2002). Es erstreckt sich über ein Gebiet von 21380 ha, umgeben von einer Pufferzone von 43000 ha. Das Klima des Gebiets ist gemäßigt kontinental, mit einer durchschnittlichen Jahrestemperatur von 3.9°C und einer jährlichen Niederschlagsmenge von 711 mm, wobei von Mai bis September 397 mm Niederschlag fallen. Die Schneeschmelze beginnt im späten März oder Anfang April, während der erster Schneefall gewöhnlich im frühen bis mittleren November auftritt.
Der geologische Untergrund besteht aus quartären lehmigen Sedimenten welche devonischen Kalksteine überdecken. Aufgrund saurer und dichter Lehmböden und der flachen Topographie wird das Gebiet von großen Sümpfen und Wäldern mit schlecht entwässerten schweren Böden beherrscht.
Die Flora weist die typische Charakteristik der südlichen Taiga auf, einschließlich Linnaea borealis L., Trientalis europaea L. and Maianthemum bifolium L. (F.W. Schmidt), obwohl das Reservat aufgrund seiner geographischen Lage zur nemoralen Laubwaldzone eingeordnet werden könnte. Dominant Baumarten sind Fichte (Picea abies (L.) H. Karsten), Birke (Betula pendula Roth, Betula pubescens Ehrh.)und Espe (Populus tremula L.) (Miniaev & Konechnaya 1976).
Große Teile des Waldreservats zeigten deutliche Schäden von vergangenen Windwurfereignissen, doch diese scheinen zu den natürlichen Mechanismen dieser Region zu gehören. Viele tausende Hektar waren von diesen schweren Sturmereignissen betroffen.
Die Vegetation im Sumpf wird geprägt von Sphagnum ssp., welches in überfluteten Senken wächst, während Höhenrücken über der Wasseroberfläche von Erica Sträuchern (Vaccinium microcarpum, V. uliginosum) und anderen krautigen Pflanzen, wie Eriophorum vaginatum, Rubus chamaemorus, Carex pauciflora dominiert werden (Kurbatova et al., 2002).
Die Eddy-Covarianz-messungen fanden im Zentrum eines großen Windwurfgebietes statt, zu dessen Zerstörung es 1996 kam, die Fläche erstreckte sich dabei 1000 m von Nord nach Süd und 400 m von Ost nach West. Das Gebiet umfasste eine lange leicht südexponierte Hanglage, die eine Vielfalt an Nährstoff- und Feuchtebedingungen lieferte.
Vor dem Windwurfereignis waren die vorherrschenden Arten in der ersten Schicht Fichten, mit einer Zumischung von Birken und Espen. An flachen oligotrophen Stellen (15% des Gebietes), wurden Weiden und Vogelbeeren in der Schicht darunter gefunden und grüne Mose und manchmal Sphagnum in den untersten Schichten. Die drainierten Teile des Hanges zeigten eine reichere Vegetation mit Linde, Ahorn und Hasel in der Sub-Baumschicht und nemorale Kräuter am Boden. Fast alle älteren Bäume waren entwurzelt. Einige regenerierende Bäume hatten schon begonnen zu übernehmen, nachdem die Deckschicht zerstört war und hatten dabei schon einige Meter an Wachstum zugelegt. Der Windwurf war umgeben von einem a 25 m hohen Fichtenwald (Knohl et al., 2002).
Zur gleichen Zeit, wie auf der Windwurffläche, wurden Messungen mit dem gleichen instrumentellen Setup in einem nahe gelegenen Wald (Picea abies, 110&thinspyr, nicht bewirtschaftet mit von Torf überlagertem Boden) und in einem Sphagnum-Moor durchgeführt (Kurbatova et al. 2002; Milyokova et al. 2002).
Die Flüsse von Kohlendioxid, Wasserdampf, fühlbarer Wärme und Impuls wurden, unter Nutzung der eddy covariance technique, in einer Höhe von 8 m mit einem 30 × 30 cm soliden Aluminium Turm, vom 11. Jul ibis 10 Oktober 1998 gemessen (Aubinet et al. 2000).
Die Energie wurde mittels Solaranlage (ASE 50-PWX, ASE GmbH, Germany) in Kombination mit einem Generator (Honda EX 1000, Honda, Tokyo, Japan) bereitgestellt, die sich am Rande der Windwurffläche quer zur Hauptwindrichtung befanden. Der Generator wurde nur in solchen Situationen genutzt, an denen 2 Tage in Folge der Himmel im Oktober bedeckt war, und das Sonnenlicht nicht ausreichte, um die Batterien des Solarsystem zu laden.
Standort
Borealer Wald ( von Nadelhölzern und Feuchtgebieten dominiert)
Fedorovskoye, Wald
Latitude 56.46
Longitude 32.92
Fedorovskoye, Sumpf
Latitude 56.47
Longitude 33.04
Fedorovskoye, Camp
Latitude 56.48
Longitude 33.01
Überblick
- Kampagne 1998
- Eddy Covarianz
- Meteorologie
- Solar Energie/ Generator
- 4 Standorte: feuchter Fichtenwald, trockener Fichtenwald, Sumpf und Windwurffläche
Projekte
- TCOS-SIBERIA
- EUROSIB
Variablen & Instrumente (exemplarisch ... nicht alle Standorte hatten die gleiche Instrumentierung)
Flüsse
- Eddy covariance - CO2, Wasserdampf, Momentum, Heat (Gill R3, LI6262-3)
- CO2 Messungen - Carbocap CO2-Sensor (GMP343)
Meteorologie
- Windgeschwindigkeit - Schalenanemometer A100R, Vector Instruments
- Luftdruck – Druckgeber (Pressure transmitter) PTB101B, Vaisala
- Lufttemperatur und Feuchte - Temperatur- Feuchte -Sensor HMP35D, Vaisala
- Niederschlag - beheizter Kippschaufel-Niederschlagsmesser, Young
- Gesamtstrahlung - Pyradiometer LXG055, Dr Lange
- Fotosynthetisch aktive Strahlung - Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD)-Sensor LI-190SA, LiCor Inc.
- Globalstrahlung und Albedo (Rückstreuvermögen) - Pyranometer CM 14, Kipp und Zonen
Bodenverhältnisse
- Bodenfeuchte - Bodenfeuchtesonde ML-2x, Delta-T
- Bodenwärmestrom in 5 Tiefen - Bodenwärmestromplatten HP3/CN3, Rimco
Datenerfassung
- Meteorologsche Daten - Datenlogger Dl 3000, Delta-T
- Flussdaten - Notebook
- Profildaten - Datenlogger CR23X and CR10X, Campbell Scientific
Publikationen
Knohl, Alexander : Kohlendioxid-, Wasserdampf- und Wärmeaustausch eines durch Windwurf gestörten Waldökosystems in der west-russischen Taiga. - Jena : Max-Planck-Institut für Biogeochemie, 1999
Knohl, A., Kolle, O., Minayeva, T. Y., Milyukova, I. M., Vygodskaya, N. N., Foken, T., Schulze, E.-D. (2002). Carbon dioxide exchange of a Russian boreal forest after disturbance by wind throw. Global Change Biology, 8(3), 231-246.
Lafont, S., Kergoat, L., Dedieu, G., Chevillard, A., Karstens, U., Kolle, O. (2002). Spatial and temporal variability of land CO2 fluxes estimated with remote sensing and analysis data over western Eurasia. Tellus, Series B - Chemical and Physical Meteorology, 54(5), 820-833
Langendörfer, U., Cuntz, M., Ciais, P., Peylin, P., Bariac, T., Milyukova, I., Kolle, O., Naegler, T., Levin, I. (2002). Modelling of biospheric CO2 gross fluxes via oxygen isotopes in a spruce forest canopy: a 222Rn calibrated box model approach. Tellus, Series B - Chemical and Physical Meteorology, 54(5), 476-496
Kurbatova, J., Arneth, A., Vygodskaya, N. N., Kolle, O., Varlargin, A. V., Milyukova, I. M., Tchebakova, N. M., Schulze, E.-D. (2002). Comparative ecosystem-atmosphere exchange of energy and mass in a European Russian and a central Siberian bog I. Interseasonal and interannual variability of energy and latent heat fluxes during the snowfree period. Tellus, Series B - Chemical and Physical Meteorology, 54(5), 497-513.
Milyukova, I. M., Kolle, O., Varlagin, A. V., Vygodskaya, N. N., Schulze, E.-D., Lloyd, J. (2002). Carbon balance of a southern taiga spruce stand in European Russia. Tellus, Series B - Chemical and Physical Meteorology, 54(5), 429-442
Ramonet, M., Ciais, P., Nepomniachii, I., Sidorov, K., Neubert, R. E. M., Langendörfer, U., Picard, D., Kazan, V., Biraud, S., Gusti, M., Kolle, O., Schulze, E.-D., Lloyd, J. (2002). Three years of aircraft-based trace gas measurements over the Fyodorovskoye southern taiga forest, 300 km north-west of Moscow. Tellus, Series B - Chemical and Physical Meteorology, 54(5), 713-734.
Schulze, E.-D., Lloyd, J., Kelliher, F. M., Wirth, C., Rebmann, C., Lühker, B., Mund, M., Knohl, A., Milyukova, I. M., Schulze, W., Ziegler, W., Varlagin, A. B., Sogachev, A. F., Valentini, R., Dore, S., Grigoriev, S., Kolle, O., Panfyorov, M. I., Tchebakova, N., Vygodskaya, N. N. (1999). Productivity of forests in the Eurosiberian boreal region and their potential to act as a carbon sink - a synthesis. Global Change Biology, 5(6), 703-722.
Schulze, E.-D., Vygodskaya, N. N., Tchebakova, N. M., Czimczik, C. I., Kozlov, D. N., Lloyd, J., Mollicone, D., Parfenova, E., Sidorov, K. N., Varlagin, A. V., Wirth, C. (2002). The Eurosiberian Transect: an introduction to the experimental region. Tellus, Series B - Chemical and Physical Meteorology, 54(5), 421-428.
Wirth, C., Schulze, E.-D., Lloyd, J., Kelliher, F. M., Rebmann, C., Lühker, B., Vygodskaya, N. N., Schulze, W., Ziegler, W., Milukova, I., Valentini, R., Sogachev, A., Varlagin, A., Panfyorov, M., Grigoriev, S., Kusnetzova, W., Zimmermann, R. (1998). Productivity and carbon sink capacity of russian boreal forests.International workshop: Ecological and economic problems in the woodlands of Russia.