Über das Licht- und Strahlungsklima einer Hanglage der Ötztaler Alpen bei Obergurgl und seine Auswirkung auf das Mikroklima und auf die Vegetation

Zusammenfassung

Im innersten Ötztal wurde knapp unterhalb der Waldgrenze auf einer Lichtung des Zirben-Lärchen-Waldes in 1940 m Seehöhe an einer Basisstation die Sonnen- und Himmelsstrahlung auf die horizontale Fläche (Globalstrahlung) mittels Sternpyranographen, die Globalbeleuchtungsstärke mittels Selen-Photoelement und Schreiber sowie die Sonnenscheindauer registriert. In der Vegetationsperiode 1953 wurden, ebenfalls registrierend, die Strahlungsverhältnisse in Zirben- und Lärchenbeständen, ferner die Abhängigkeit der Boden- und Pflanzentemperaturen von der Strahlung sowie die Albedo der wichtigsten Pflanzengesellschaften in der Kampfregion untersucht.

Bei wolkenlosem Himmel verursacht der am Untersuchungsort im Mittel um 22° überhöhte Horizont einen Globalstrahlungsverlust von etwa 10% bei den Juni-Tagessummen, von mehr als 60% bei den Dezember-Tagessummen und einen Verlust von 28% bei der jährlichen Strahlungssumme. Die bei dieser Witterung und freiem Horizont erreichbare höchste Strahlungstagessumme beträgt im Juni 850 cal/cm², jene bei tatsächlicher Horizontabschirmung 755 cal/cm². Die registrierten Mittagsintensitäten bei klarem Himmel lagen in jedem Monat der Beobachtungszeit um 11 bis 12% höher als in der Niederung (200 m). Die Tagessummen der Himmelsstrahlung betragen bei Abwesenheit von Wolken zwischen 60 cal/cm² im Juni und 18 cal/cm² im Dezember; sie sind in den Monaten ohne Schneedecke durch den überhöhten Horizont um 15 bis 17% vermindert; eine Neuschneedecke vermag die Himmelsstrahlungssumme bei klarer Witterung durch Vermehrung der multiplen Reflexion und der Hangreflexstrahlung um 40% zu erhöhen.

Bei bedecktem Himmel haben die Tagessummen der Strahlung in allen Monaten eine große Variationsbreite; die Mittelwerte sinken von 225 cal/cm² im Mai auf 35 cal/cm² bzw. 51 cal/cm² bei Neuschneedecke im Dezember ab. Die maximalen Stundenmittel der Strahlung des bedeckten Himmels betrugen in jedem Monat ca. 40% der Globalstrahlung bei wolkenlosem Himmel. Als höchste Momentanintensität diffuser Strahlung wurden im Juli 0,82 cal/cm² min registriert.

Bei wechselnder Bewölkung erreichen die Momentanintensitäten in den Monaten hohen Sonnenstandes häufig Werte von 140 bis nahezu 150% der entsprechenden Globalstrahlungsintensität bei wolkenlosem Himmel. Die absoluten Globalstrahlungsmaxima lagen bei 2,20 bis 2,25 cal/cm²min (Mai bis Juli), das sind 118% der Solarkonstante.

Im Jahresdruchschnitt erhält die Station bei wolkenlosem Himmel um 3% weniger, bei bedecktem Himmel um 30 bis 35% mehr Strahlung als eine freiliegende Stelle in der Niederung (200 m).

Die Globalstrahlung wurde bei den verschiedenen Witterungsfällen in Beziehung gesetzt zur Sonnenscheindauer, zur Globalbeleuchtungsstärke und zur Tagesschwankung der Temperatur oberflächennaher Bodenschichten. Letztere Beziehung weicht ab von bisherigen Kenntnissen aus dem Tiefland und stellte sich als ökologisch wichtige Standortskonstante heraus, indem sie sich nicht jahreszeitlich ändert, sondern von Standort zu Standort je nach dem Grad der Windausgesetztheit.

Die für die Nettoassimilationsleistung von Jungzirben wichtige Nadeltemperatur wird in ihrer Abhängigkeit von der Strahlung untersucht und ihre Bedeutung für sommerliche Hitzeschäden und winterliche Frostschäden erörtert. Auf den Einfluß der winterlichen Strahlungsverhältnisse für assimilationshemmende Chlorophyllzerstörungen sowie auf die UV-Strahlung als begrenzender Faktor für Pilzschäden an der Zirbe wird hingewiesen.

Dichte Zirbenbestände vermindern die bis zum Boden gelangende Strahlung auf durchschnittlich 8% bei sonnigem Wetter, auf 15% bei diffuser Strahlung, bezogen auf die Basisstation. Dadurch wird für die Naturverjüngung des Bestandes nur in den drei Monaten höchsten Sonnenstandes maximale Stoffproduktion aus der Photosynthese sichergestellt. In den übrigen Monaten herrscht Lichtmangel, was zusammen mit der Niederschlagsverringerung auf wenige Prozent des Freilandwertes bewirkt, daß sich diese Beständenicht verjüngen. Eine Lärchenbeimischung von etwa einem Drittel erhöht die Strahlungsdurchlässigkeit auf das doppelte. In reinem Lärchenbestand steigen die bis auf den Boden gelangenden Strahlungsmengen auf den dreifachen Wert des dichten Zirbenbestandes an, was bei Behinderung der Belüftung zu starker Überwärmung des Bodens und vermutlich zu seiner weitgehenden Sterilität (Verarmung der Bodenfauna und-vegetation) führt.

Abschließend wird gezeigt, daß die wichtigsten Pflanzengesellschaften der Kampfzone aus dem Strahlungsangebot einen sehr verschiedenen Wärmegewinn ziehen, indem die mittleren Albedowerte bei wolkenlosem Himmel von einer Vegetationseinheit zur anderen zwischen 14 und 28% schwanken. Durch Zeichnung der Tagesgänge der Albedo wird deutlich, daß die Strahlung maximal zur Zeit des örtlichen Sonnenaufgangs absorbiert wird.

Summary

Measurements of solar and sky radiation, of global illumination and of sunshine duration were carried out in a glade of a stone-pine and larch wood somewhat below the upper tree limit at 1940 m altitude in the Ötztal. During the vegetation period 1953, radiation conditions within the stone-pine and larch woods themselves were investigated as well as the influence of radiation on soil and plant temperatures and the albedo of the principal plant communities of the transition region.

With cloudless sky, the elevations of the horizon reaching on the average 22° cause a loss of 28 per cent for the annual sum of radiation. The maximum of the daily radiation sum reaches 755 cal/cm². Midday intensities are always higher by 11 to 12 per cent than those in the lowland (200 m). Daily sums of sky radiation are, in the months without snow cover, somewhat reduced by the natural horizon; fresh fallen snow may raise the sum of sky radiation by 40 per cent, because of multiple reflexion and slope influence. With overcast sky, radiation conditions are more variable; the highest hourly mean values amount to 40 per cent of those with cloudless sky. The highest instantaneous intensity of diffuse radiation was recorded in July, being 0,82 cal/cm². With varying cloudiness and in summer, instantaneous intensities often reach values of 140 to 150 per cent of the global radiation intensity with cloudless sky. On the average of a year, the station gets less radiation with cloudless sky (3 per cent) and more radiation with overcast sky (30 to 35 per cent) than an open place in the lowland (200 m).

Beside other relations the global radiation was studies as function of the daily variation of the surface temperature; it was found not to vary with the seasons, but to depend locally on the degree of exposure to wind.

Dense stone-pine woods reduce the radiation at ground level to 8 per cent, on the average, with sunny weather, and to 15 per cent with diffuse radiation. Therefore, during the three months of highest sun elevation only, photosynthesis is effective enough to make possible the natural regeneration of the wood. There is lack of light during the rest of the year which, in addition to the reduction of the precipitation by the trees themselves, makes a regeneration impossible. If a third of the trees consists of larches the permeability for radiation is doubled. In a pure larch wood the radiation penetrating to the ground reaches the threefold value of the dense stone-pine wood which, because of reduced ventilation, leads to strong overheating of the soil and probably to its great sterility.

The principal plant communities of the transition region absorb different heat quantities from the available radiation according to the mean albedo values varying between 14 and 28 per cent from one vegetation unit to another; most radiation is absorbed at the time of local sunrise.

Résumé

Des mesures de rayonnement solaire et céleste, d'éclairement global et d'insolation ont été faites dans une clairiére d'une forêt de mélèzes et d'arolles de l'Ötztal à 1940 m. d'altitude; elles ont compris en outre pendant la période de végétation de 1953 des enregistrements de rayonnement dans la population forestière même, de la température du sol et des essences ainsi que de leur albédo.

Par temps clair l'horizon relevé entraine une perte de rayonnement global de 28% en moyenne. Le maximum journalier s'élève à 755 cal/cm². L'intensité à midi est supérieure à celle de la plaine. Le rayonnement céleste est un peu réduit par l'horizon naturel; il est par contre accru par réflexion multiple lorsque la neige recouvre le sol.

Par ciel couvert le rayonnement est plus variable; il s'élève en moyenne à 40% de celui des jours clairs. L'intensité instantanée maximum de rayonnement diffus s'observe en juillet avec 0,82 cal/cm²min. Par nébulosité variable les valeurs instantanées atteignent souvent en été le 140 à 150% de celles du rayonnement global par ciel serein. La station reçoit en moyenne par ciel sans nuages moins de rayonnement (3%), par ciel couvert plus de rayonnement (30 à 35%) qu'une station de plaine (200 m).

Le rayonnement global considéré en fonction de la variation diurne de la température superficielle du sol ne varie pas selon les saisons, mais dépend du degré d'exposition au vent.

Un peuplement dense d'arolles diminue du 8% le rayonnement atteignant le sol par temps clair, de 15% par rayonnement diffus. Ainsi le rajeunissement de la forêt n'est-il assuré que pendant les trois mois de hauteur solaire maximum, lors du maximum de l'effet de la photosynthèse; pendant le reste de l'année il y a insuffisance de lumière ce qui, joint à la diminution de la pluie par le peuplement lui-même, ne peut assurer le rajeunissement. Le mélange de mélèzes à raison d'un tiers environ double la perméabilité au rayonnement. Dans un peuplement pur de mélèzes le rayonnement atteignant le sol est trois fois celui du bois dense d'arolles ce qui provoque une surchauffe du sol et entraine probablement sa stérilité partielle.

Les principales populations végétales de la zone de transition vers les hauteurs absorbent des quantités d'énergie radiative très différentes par suite de leur albédo qui varie entre 14 et 28%; cette absorption est maximum au moment du lever local du soleil.