PLATIN (PLant-ATmosphere INteraction) - a model of biosphere/atmosphere exchange of latent and sensible heat, trace gases and fine-particle constituents
Der Austausch von Energie und Luftbeimengungen zwischen Phytosphäre und bodennaher Atmosphäre wird durch eine Vielzahl von Faktoren bestimmt. Eine Modellierung muss den Zustand der Luft oberhalb und innerhalb des Pflanzenbestandes und ihr Transportvermögen sowie eine Reihe von physikalischen, physiologischen und chemischen Eigenschaften der Vegetation berücksichtigen. Das hier beschriebene SVAT-Modell PLATIN (PLant-ATmosphere-INteraction) beruht wie viele andere SVAT-Modelle auf dem big-leaf-Konzept. Dieses ersetzt die vertikale Differenzierung des Bestandes bezüglich der Quellen- und Senkenverteilung sowie der Transportmechanismen durch die Modellvorstellung eines einzigen „großen Blattes“, dessen Eigenschaften den des gesamten Bestandes und des darunter liegenden Bodens entsprechen. Das Kernmodul von PLATIN berechnet den Austausch von fühlbarer und latenter Wärme zwischen Phytosphäre und bodennaher Atmosphäre unter Berücksichtigung des Energiehaushaltes des Pflanzenbestandes. In Wechselwirkung damit wird der vertikale Austausch von Luftbeimengungen quantifiziert. Zur Verbesserung der Beschreibung des Einflusses der Lichtverteilung im Pflanzenbestand auf den Energie- und Stoffaustausch sowie zur Erweiterung der Möglichkeit zur Validierung wurde PLATIN um ein Sub-Modul ergänzt, das die Abschätzung der für sonnenbeschienene und abgeschattete Blätter unterschiedlichen stomatären Aufnahme von Spurengasen (z. B. Ozon) erlaubt. Hierfür wurde das big-leaf-Konzept mit einer Aufteilung des Pflanzenbestandes in besonnte und abgeschattete Anteile unterlegt. Daraus ergibt sich u. A. der auf eine Blattflächeneinheit normiert stomatäre Leitwert für besonnte Bestandespartien, der als direkte Schnittstelle zu Messungen des Spurengasaustausches auf Blattebene dienen kann.
The exchange of energy and matter between phytosphere and near-surface atmosphere is a complex process controlled by a number of influence factors. Modelling has not only to consider the state of the air above and within the plant canopy (temperature, humidity, flow velocity, gas or particle concentration in the air) and the air’s transport capability, but also several physical, physiological, and chemical properties of the vegetation (plant architecture, vertically varying capability to receive or emit energy and gases, water budget, chemical reactions). The SVAT model PLATIN (PLant-ATmosphere-INteraction) presented here is, like numerous other SVAT models, based on the big-leaf concept in order to reduce modeling complexity. The big-leaf approach replaces the vertical resolution of sources and sinks within the plant stand (including the soil surface beneath) by the idea of a single big leaf with overall properties equivalent to those of the complete plant/soil-surface system. The core module of PLATIN is based on the canopy energy budget and calculates the exchange of sensible and latent heat between phytosphere and near-surface atmosphere. Coupled to this the vertical exchange of matter is quantified. In order to improve the treatment of the influence of the vertical light distribution within the canopy as well as to provide an additional way to validate the model, PLATIN has been extended by a submodule to estimate the stomatal uptake of trace gases (e.g. ozone) by the two different categories of sunlit and shaded leaves. This is achieved by extending the big-leaf concept by subdividing the big-leaf into a sunlit and a shaded fraction. One of the results obtained by this submodule is the stomatal conductance for sunlit leaves normalized by the leaf area index. This stomatal conductance represents an interface to measurements of trace gas exchange on leaf level.
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