Zeitreihenanalyse der Temperaturdynamik eines Sandbodens

Abstract

Die Stundenwerte der Temperatur eines Sandbodens wurden schichtweise bis zur Tiefe von 1 m mit Hilfe der Zeitreihenanalyse untersucht. Es wurden die Verzögerung des Tagesganges der Bodentemperatur gegenüber der der Lufttemperatur und die Dämpfung der täglichen Amplitude der Lufttemperatur in Abhängigkeit von der Bodentiefe berechnet.

Die Verzögerung des Temperaturverlaufs in Abhängigkeit von der Bodentiefe wurde durch die Krosskorrelation zwischen einzelnen Temperaturmeßreihen bestimmt. Diese Abhängigkeit war linear: je 10 cm Bodenschicht wurde eine Verzögerung der Temperaturausbreitung um ca. 2 Stunden berechnet. Die Dämpfung der Amplitude des Tagesganges der Temperatur wurde als Zusammenhang zwischen den “saisonalen”; Komponenten des Tagesganges der Temperatur bei “additiver Census‐1‐Decomposition”; und der Bodentiefe bestimmt. Diese Abhängigkeit war exponentiell. Ein Pflanzenbestand wirkte als ein zusätzlicher Puffer sowohl auf die Dämpfung als auch auf die Verzögerung.

Die ermittelten Parameter ermöglichen es, die Bodentemperatur bis zur Tiefe von 30 cm in Abhängigkeit von der Lufttemperatur in 5 cm Höhe mit einer mittleren Abweichung von < + 1,1 K und einem Korrelationskoeffizienten > 0,97 zu berechnen. Die Simulation der Bodentemperatur in 50 und 100 cm Tiefe war mit dem gewählten Ansatz ungenauer.

A time series analysis was used to investigate changes in hourly‐measured temperatures to a depth of one meter in a sandy soil. The delay in the course of daily soil temperatures compared with that of air temperatures, as well as the reduction of the amplitude of temperature changes with soil depth, was calculated.

The delay of temperature changes with the soil depth was determined with a cross correlation function between individual measured variants of soil temperature. The relation was linear; for each 10 cm of soil depth, a 2 hour delay was typical. The amplitude reduction of temperature was exponentially related to seasonal maxima of daily temperature changes as affected by both Census‐1‐Decomposition and soil depth. The presence of a plant canopy increased both the amplitude reduction and lag time of daily soil temperature changes.

The calculated parameters allowed simulation of soil temperature to a depth of 30 cm, based on air temperature 5 cm above the soil, with a mean difference of < + 1.\1 K and a correlation coeffizient of r>0,97. The simulation of soil temperature changes at depth 50 and 100 cm was not accurate with this model.

Stichworter:

• Bodentemperaturdynamik
• Abhängigkeit von der Bodentiefe
• Zeitreihenanalyse
• Modellierung

Key words:

• Soil temperature dynamics
• depth dependence
• time series analysis
• modelling

Notes

Humboldt‐Universität, Theodor‐Echtermeyer‐Weg, D‐14979 Großbeeren, Germany