Kahden vesivaraston malli kuvaa metsämaan vesipitoisuuden vaihtelua

Tapio Linkosalo, Metla

ROMUL -hajotusmalli kuvaa karikkeen hajotusta erikseen metsämaan humus- ja mineraalimaan kerroksissa, mutta mallin tapa kuvata maan vedenpidätysominaisuuksia gravimetrisen vesipitoisuuden avulla tekee mallin käytöstä hankalaa, sillä vesipitoisuuden kuvaaminen gravimetrisesti on vaikeasti yleistettävissä, ja vesipitoisuuden laskenta vesimalleissa luontevasti käytettävistä volumetrisista muuttujista on vaikeaa. Tässä tutkimuksessa kehitettiin yksinkertainen vesimalli, joka kuvaa erikseen veden dynamiikkaa humuksessa ja mineraalimaassa, pohjautuu vesitaseen volumetriseen esitykseen, ja muokattin ROMUL-hajotusmallia niin että se toimii volumetrisilla maan vesipitoisuusparametreilla.

Vesimalli kuvaa maan vesivarastoa kahtena varastona, humuskerrokseen ja mineraalimaahan sitoutuneena vetenä. Mallin vesidynamiikan perusperiaatteet ovat:

• Sadanta ja lumen sulaminen täyttävät humuskerrosta kuvaavaa varastoa
• Humuskerroksen varaston täyttyessä ylivuoto valuu kivennäismaata kuvaavaan varastoon
• Kivennäismaan varaston ylivuoto on valuntaa pois metsämaasta
• Tämän lisäksi vesi siirtyy varastojen välillä kapillaarisesti kosteammasta kuivempaan
• Evapotranspiraatio tapahtuu molemmista varastoista, kuitenkin pääosin humuskerroksesta.

Malli sovitettiin SMEAR II mittausasemalla Hyytiälässä mitattuihin maan vesipitoisuuksiin, meteorologisiin muuttujiin sekä Eddy-kovarianssilla mitattuihin evapotranspiraatioihin. Malli kuvaa hyvin maaveden vaihtelua, erityisesti se toistaa uskottavasti maaveden dynamiikan eri maakerroksissa.

ROMUL-mallissa maan vesipitoisuus ohjaa hajotusnopeutta erityisten kerroinfunktioiden avulla, ja nämä funktiot on parametrisoitu maan gravimetrisen vesipitoisuuden suhteen. Taannoisessa tutkimuksessaan Pumpanen ym. (2003) kehittivät kuvaamaan maahengityksen hiilidioksidivuota funktiot, joissa selittävänä muuttujana oli maan vesimäärän suhde huokostilavuuteen. Tämä muuttuja on helppo konvertoida volumetriseksi tilavuudeksi, ja koska toisaalta hiilidioksidivuon ja hajotusnopeuden välillä voidaan olettaa olevan selkeä riippuvuus, sovellettiin tässä tutkimuksessa Pumpasen yhtälöitä ja muokattiin niistä uudet hajotusnopeusfunktiot ROMUL-malliin.

Lopuksi esitetään tuloksia vesimallin ja ROMUL-hajotusmallin toiminnasta eri olosuhteissa.

Linkosalo-Mallitusseminaari 2012 - uusi maavesimalli.pdf