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Parameterizing tree growth with standard meteorological data

Anita Christine Zolles

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Meteorologie

Betreuer*in

Michael Hantel

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DOI

10.25365/thesis.57805

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-10773.29975.273265-5

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

In dieser Arbeit sollen zwei neue Methoden zur Parametrisierung von phänologischen Baumparametern über meteorlogische Standardmessungen diskutiert werden. Konkret untersucht werden dabei der Start des Baumumfangswachstums und der Leaf-Area-Index (LAI). Die zu diesem Zwecke verwendeten Daten, werden vom Bundesforschungszentrum für Wald (BFW) und der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) zur Verfügung gestellt. Die zu untersuchenden Daten wurden über sieben Jahre (2011-2017) von drei verschiedenen Messstationen in der näheren Umgebung von Klausen Leopoldsdorf, Niederösterreich aufgezeichnet. Dabei befindet sich eine der Stationen direkt im Bestand (Bestandsstation), die zweite im Bereich des Waldrands (Klimastation) und bei der dritten Station handelt es sich um eine Freilandstation außerhalb Des Waldgebietes (Referenzstation). An allen drei Stationen werden meteorologische Messungen durchgeführt, wobei für diese Arbeit lediglich die Strahlungsmessung an der Klimastation (in einer zeitlichen Auflösung von 15 Minuten) und die Temperaturmessungen an der Bestandsstation (in einer zeitlichen Auflösung von 15Minuten) sowie der Referenzstation (täglich Werte des Maximum-,Minimum- und Mittelwerts) verwendet werden. Zusätzlich werden Messungen der Baumumfangsänderung (in stündlicher Auflösung) an sieben verschiedenen Bäumen und jährlichen LAI Messungen (ermittelt über hemisphärische Fotografien an 16 verschiedenen Messpunkten) verwendet, beide Messungen erfolgen an der Bestandsstation. Für die erste beschriebene Methode werden die jährlichen akkumulierten Strahlungssummen aus der Klimastation verwendet, um den Start des Baumumfangswachstums zu parametrisieren. Dabei zeigt sich, dass der Start des Baumumfangswachstums dann auftritt, wenn eine Strahlungsssumme von etwa 800000MJ/m2 erreicht wird, wobei der mittlere absolute Fehler bei rund zehn Tagen liegt. Bei der zweiten Methode wird die Differenz zwischen der täglichen Maximumtemperatur der Bestandsund Referenzstation (DMAX) verwendet um den LAI zu parametrisieren. Nach der grafischen Darstellung des mittleren Jahresgangs von DMAX werden zwei charakteristische Belaubungsphasen identifiziert: Die Phase maximaler Belaubung im Sommer, sowie die Phase ohne Belaubung, die ab dem Spätherbst beginnt und bis in den Vorfrühling reicht. Der Vergleich zwischen dem über DMAX parametrisierten und dem gemessenen LAI zeigte eine hohe Korrelation von 0,9. Ein weiterer Vergleich des parametrisierten LAI mit dem Baumumfangswachstum zeigt, dass die Korrelation beider Parameter ihr Maximum von 0,48 erreicht, wenn die Zeitreihe des parametrisierten LAIs um 48 Tage nach Hinten verschoben wird. Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass meteorologische Größen für die Parametrisierung von charakteristischen Baumparametern geeignet sind.

Abstract

(Englisch)

This study presents two novel methods to parametrize phenological tree parameters, namely stem growth start and leaf-area-index (LAI), using standard meteorological data. For the purpose of this study phenological as well as meteorological data was provided by the Austrian Research Centre for Forests (BFW) and the Austrian Central Institute for Meteorology and Geodynamics (ZAMG). Used data stems from three different measurement sites in the vicinity of Klausen Leopoldsdorf in Lower Austria across seven years (2011-2017). The first site is located directly in the forest (forest site), the second site is at the edge of the forest (climate site) and the third site is an open ground site outside the forest area (reference site). Meteorological measurements are carried out at all three measurement sites. Where, for this study only the solar radiation measurement at the climate site (with a temporal resolution of 15 minutes) and the temperature measurements at the forest site (with a temporal resolution of 15 minutes) and the reference site (which provided measurements of daily minimum, maximum and mean) are used. In addition, measurements of growth in tree girth at seven different trees (with a temporal resolution of one hour) and annual LAImeasurements (using hemispherical photographs at 16 points) are conducted at the forest site. The first method described in this study uses the annual accumulated solar radiation sum at the climate site to parametrize stem growth start. Results indicate that stem growth start is observed when an accumulated solar radiation sum of roundabout 800000MJ/m2 is reached with the obtained mean absolute error being approximately 10 days. For the second method the difference in daily maximum temperature at the forest site and the reference site (referred to as DMAX) is used to parametrize the LAI. For DMAX the average course of the year is plotted and the graph is sectioned into two different foliage phases: A maximum foliage phase during summertime and a no foliage phase ranging from late autumn to early spring. Comparison of the LAI parametrization derived from DMAX and the average LAI obtained via measurements showed a high correlation of 0,90. Further comparison of the parametrized LAI to measurements of growth in girth showed that the correlation of both parameters is maximised to 0,48 when a shift of 48 days was applied to the parametrized LAI time series. The findings of this study provide support for the hypothesis that stem growth start and LAI can be parametrized using standard meteorological data.

Autor*innen

Anita Christine Zolles

Haupttitel (Englisch)

Parameterizing tree growth with standard meteorological data

Paralleltitel (Deutsch)

Parametrisierung des Baumwachstums mit Hilfe von meteorologischen Routineparametern

Publikationsjahr

2019

Umfangsangabe

30 Seiten : Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Michael Hantel

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.84 Meteorologie: Sonstiges ,

43 Umweltforschung > 43.11 Umweltüberwachung

AC Nummer

AC15485762

Utheses ID

51050

Studienkennzahl

UA | 066 | 614 | |

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