GDK 539 + 2 Prispelo/Received-. 27. 10. 1999 i.^imi znanstveni članek Sprti^Ko/Accepted-. 14. 12. 1999 Original scientific paper MERITVE SONČNEGA SEVANJA V GOZDU - II. METODE NA OSNOVI PROJEKCIJ HEMISFERE NEBA IN KROŠENJ Jurij DIACr, Jean-Jacques THORMANN", Uroš KOLAR*** Izvleček Poznavanje porazdelitve sevanja v gozdu je pomembno za temeljna ekološka proučevanja in za prakso gojenja gozdov. V članku primerjamo tri metode ocenjevanja sončnega sevanja na osnovi preslikave svoda neba in krošenj: fotografijo hemisfere z objektivom "ribje oko", horizontoskop in LAI-2000 Plant Canopy Analyzer. Prikazujemo izkušnje, izboljšave metod ter načrt za podstavek horizontoskopa, ki smo ga razvili na Katedri za gojenje gozdov. Izboljšani stabilni horizontoskop daje, z nekaterimi omejitvami, povsem zadovoljive rezultate za neposredno gojitveno delo. Fotografija hemisfere je primema za oceno svetlobnih razmer v vseh tipih sestojev m je zato uporabna pri raziskovalnem delu. V zadnjem času se metoda intenzivno razvija. Digitalizacija celotnega sistema bo pospešila standardizacijo. Instrument LAI-2000 je posebej primeren za raziskave pomlajevanja v razmerah bujne zeliščne vegetacije na bogatih rastiščih in v spremenjenih sestojih. Ključne besede: ocenjevanje sončnega sevanja, gojenje gozdov, fotografija hemisfere, horizontoskop, LAI-2000, delež direktnega in difuznega sončnega sevanja SOLAR RADIATION MEASUREMENTS IN FORESTS - II METHODS BASED ON THE PRINCIPLE OF HEMISPHERICAL PHOTOGRAPHY Abstract The know-how in the field of solar radiation distribution in forests is important for basic ecological investigations and silvicuUural practice. Three methods of solar radiation assessment based on hemispherical canopy photography are compared in the present article: a hemispherical photography by means of a fish-eye lens, a horizontoscope and the ALI-2000 Plant Canopy Analyzer. Experiences, improved methods and a drawing of a horizontoscope stand which was elaborated at the Chair of Silviculture are presented Fairly good results with some limitations can be achieved with the improved stable horizontoscope in silvicuUural work. Hemispherical photography is appropriate for the assessment of light conditions in all stand types and can thus be used in research work. The method has recently been undergoing intensive development. Digitalization of the entire system will speed up standardization. The ALI-2000 instrument is highly suitable for regeneration research in conditions of abundant plant vegetation, in reach sites and modified stands. Key words: solar radiation assessment, silviculture, horizontoscope, hemispherical photography, LAI-2000, diffuse and direct site factor ^ doc., dr.. Biotehniška fakulteta, Oddelek za gozdarstvo. Večna pot 83, 1000 Ljubljana, SVN Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Profesur für Waldbau, Schweiz Biotehniška fakulteta, Oddelek za gozdarstvo. Večna pot 83, 1000 Ljubljana, SVN VSEBINA CONTENTS 1 UVOD INTRODUCTION..........................................................................179 2 FOTOGRAFIJA HEMISFERE Z OBJEKTIVOM "RIBJE OKO" HEMISPHERICAL CANOPY PHOTOGRAPHY........................179 3 HORIZONTOSKOP HORIZONTOSCOPE.....................................................................187 4 INSTRUMENT ZA POSREDNO MERJENJE ZGRADBE KROŠENJ LAI-2000 THE LAI - 2000 PLANT CANOPY ANALYSER........................190 5 PRIMERJAVA METOD COMPARISON OF THE METHODS...........................................192 6 ZAKLJUČEK CONCLUSION............................................................................ 197 7 POVZETEK..................................................................................197 8 SUMMARY...................................................................................199 9 VIRI REFERENCES...............................................................................201 10 ZAHVALA ACKNOWLEDGEMENTS............................................................206 11 PRILOGE APPENDICES................................................................................207 1 UVOD INTRODUCTION V prvem delu članka Mentve sončnega sevanja v gozdu (DIACI 1999) smo primerjali pomembnejše metode in instrumente za merjenje in ocenjevanje sončnega sevanja Ugotovih smo, da so senzorji fotosintetsko uporabnega sevanja (Photosynthetically Usable Radiation - PUR) z ustreznimi merilci zelo primerni za natančna ekološka proučevanja. Omenjena oprema z ustrezno računalniško podporo postaja sicer vse dostopnejša, vendar le, če se zadovoljimo z nekaj senzorji. Postavitev sistema k, bi omogočal sočasne integralne meritve na več mestih v kar nekaj sestojnih vrzelih kot v tipicm raziskavi ekologije pomlajevanja gozdov, pa zaenkrat pomeni velik logistični m finančni zalogaj. Pri gozdoslovnih raziskavah se lahko zadovoljimo z manjšo natančnostjo, hkrati pa nas pogosto zanimajo večletna poprečja sevanja. Zato so idealni instrumenti, ki delujejo na osnovi projekcij hemisfere neba m krošenj. Na projekciji so vidni s krošnjami zastrti m nezastrti deli neba. S prekrivanjem projekcije z ustrezno razdelitvijo za difiizno sevanje oziroma s projekcijami sončnih poti lahko ocenimo direktno m difuzno komponento sevanja. Namen članka je podrobneje predstaviti m med seboj primerjati tri metode ocenjevanja sončnega sevanja s preslikavo nebesnega svoda, m sicer s horizontoskopom, fotografijo hemisfere m instrumentom LAI-2000. Na podlagi izkušenj pri snemanju z omenjenimi instrumenti, ki smo jih dopolmli s študijem literature, predlagamo izboljšanje metod V drugem delu članka predstavljamo rezultate primerjalnih snemanj s horizontoskopom, fotografijo hemisfere in instrument LAI-2000. 2 FOTOGRAFIJA HEMISFERE Z OBJEKTIVOM "RIBJE OKO" HEMISPHERICAL CANOPY PHOTOGRAPHY Najstarejša izmed omenjenih metod je nastala z razvojem skrajno širokokotmh objektivov "ribje oko" (7,5 mm). Z njimi zajamemo celotno hemisfero, od zenita do horizonta, če postavimo fotografski aparat v vertikalno lego (EVANS / COOMBE 1959, ANDERSON 1964, von LÜPKE 1982). Posnete fotografije so krožne in predstavljajo projekcijo okolice pod zornim kotom do 180° (priloga 1). Za snemanje na terenu uporabljamo občutljiv črno bel film (GREIS / KELLOMÄKI 1981). Zaradi skromnih svetlobnih razmer v gozdovih ter nevarnosti premikov v krošnjah zaradi vetra, ki bi jih zabeležili na fotografijah pri daljših časih osvetlitve, je priporočljiva uporaba občutljivejših filmov (400 ASA). Najboljše rezultate dosegamo, kadar fotografiramo pri jasnem nebu, vendar pred pojavom sonca v vidnem polju objektiva, oziroma zvečer, ko se sonce iz vidnega polja objektiva umakne. Ustrezne razmere za fotografiranje so tudi, ko je nebo enakomemo prekrito z oblaki. Zelo kontrastne fotografije, oziroma snemanje v prej omenjenih razmerah, je pomembno pri računalniško podprtem vrednotenju, saj računalnik ne loči med sivinami z različnim ekološkim pomenom (s soncem obsijane krošnje imajo lahko na fotografiji enak odtenek sivine kot oblaki). Pri snemanju je potrebno fotoaparat uravnati tako, daje os objektiva usmerjena natančno proti zenitu, zato ga namestimo na dovolj stabilno fotografsko stojalo ali na stativ teodolita. Na fotografiji morajo biti razpoznavni zenit in strani neba, ki so pomembni pri izračunu meteoroloških modelov. Zenit na fotografiji lahko označimo z nastavkom iz žice, ki sega nad objektiv. Na koncu nastavka namestimo obroček. Strani neba na fotografiji lahko zaznamujemo s trasirko na terenu, z natančno orientacijo fotoaparata glede na strani neba ali s svetlečimi diodami (slika 1). Pri orientaciji upoštevamo magnetno deklinacijo. Za meritev časa osvetlitve filma priporočamo zunanji svetlomer, ki ga usmerimo v nebo. Za izboljšanje kontrasta med nebom in krošnjami različni avtorji priporočajo rahlo preosvetlitev posnetkov (GREIS / KELLOMÄKI 1981, CHAN et al. 1986, WAGNER / NAGEL 1992). Fotografije hemisfere lahko ovrednotimo ročno. V zadnjem času je postalo računalniško krmiljenje analize fotografij standard (DOHRENBUSCH 1989, LÜSCHER 1990, BRUNNER 1993, WAGNER 1996). Hiter razvoj digitalne fotografije je pripomogel, da nekatere programerske hiše ponujajo v celoti digitalizirane sisteme (Regent instruments 1999), kijih bo v prihodnosti lažje standardizirati. Osnovm pogoj za vse postopke vrednotenja je poznavanje karaktenstik objektiva Algebra projekcij je le redko na voljo prz proizvajalcu. Večinoma so projekcije pnbHžki polarne projekcije. Zaradi individualnosti objektivov istih proizvajalcev je priporočljiva kalibracija kombinacije fotoaparata z objektivom (HERBERT 1986 1987 CI ARK / FOLLIN 1988). ' ' ^^^^ ' Slika 1: Fotografski aparat z objektivom "ribje oko", pritrjen na stabilno fotografsko stojalo. Na objektiv so nameščeni distančniki z diodami, ki označujejo strani neba. Figure 1: A camera .vith a fisheye lerts fi.ed to a tripod. Four ..ire rods ^ith light- emitting diodes (LED) are fixed to a rrameplate rir^g of a lens to mark the four points of the compass. 2.1 ROČNO VREDNOTENJE FOTOGRAFIJ HEMISFERE MANUAL EVALUATION OF HEMISPHERICAL PHOTOGRAPHS Na fotografije položimo folijo s horizontalno projekcijo modela sončnih poti na ustrezni zemljepisni širini. S seštevanjem segmentov, ki predstavljajo ure sevanja po mesecih, je mogoče oceniti potenciahio število ur direktnega sončnega obsevanja v letu (angl "Direct-Site-Factor" (ANDERSON 1964)). Rezultate podajamo v urah ali v razmerju med sončnimi potmi, ki so s krošnjami zastrte in nezastrte. Fotografije hemisfere uporabljamo tudi za oceno deleža razpršenega sončnega sevanja. V ta namen večinoma uporabljamo t.i. "pajkovo mrežo", ki jo sestavlja dvajset koncentričnih krogov z različnim razmikom in petdeset radijev z enakim razmikom' (ANDERSON 1964). Skupaj torej 1000 segmentov kroga različnih velikosti, od katerih predstavlja vsak 0,1 odstotka nebesnega svoda. Za vsak segment je potrebno določiti, ali je s krošnjami nezastrta površina velikosti do tretjine, med tretjino in dvema tretjinama ali večja od dveh tretjin segmenta. Če seštejemo vse delne površine na neprekriti površini neba fotografije, dobimo oceno za relativno razpršeno sevanje. Glavna pomanjkljivost ročnega vrednotenja fotografij "ribje oko" je v tem, da je ocena, ali se določen del rastra ah sončne poti nahaja pod sklenjeno krošnjo ali ne, v veliki meri subjektivna. To še posebej velja za drevesne vrste s svetlimi ali nehomogenimi krošnjami, na primer za bore ali breze. Oceno sicer lahko izboljšamo z vajo ocenjevalcev, vendar sta zaradi subjektivnosti ocenjevanja primerljivost in ponovljivost meritev omejeni (DOHRENBUSCH 1989). Ročna analiza je tudi časovno zahtevna. 2.2 RAČUNALNIŠKO PODPRTO VREDNOTENJE FOTOGRAFIJ HEMISFERE COMPUTERIZED EVALUATION OF HEMISPHERICAL PHOTOGRAPHS Prve poskuse računalniško podprtega vrednotenja fotografij hemisfere najdemo konec šestdesetih let (MADGWICK / BRUMFIELD 1969, DUCREY 1975a, 1975b), prve uporabnejše sisteme pa desetletje kasneje (HOLM 1979 cit. po GREIS / KELLOMÄKI 1981, OLSSON et al. 1982, CHAN et al 1986, CHAZDON / FIELD 1987). Z razvojem računalništva in dopolnilne opreme se je metoda venomer spreminjala in dopolnjevala 'Z^TZrr' ~ I-JOBNORON/M™ COMEAU 1998), kar je eden od pomembnejši vzrokov, da metoda še danes m standard^nana. Sodoben sistem za računalniško podprto anal.o fotografij hem^sfere Jtavljajo skener za diapozitive, PC računalnik z ustrezno programsko opremo m m.ška Isv ti t I™'' P— -etna presvethtev vir napak m dodaten trd oreh za standardizacijo. Razvoj strojne in programske opreme za vrednotenje fotografij hemisfere je tako hiter da poteka glavni pretok informacij preko svetovnega spleta (Hemispherical Photography Overview 1999). Za analizo je priporočljivo uporabljat, že razvito programsko oprel P™' Optimas (cit. po WAGNER 1996). Hemimage (BRUNNER 1999), Hemiview (Delta-T 1999) WinSCANOPY (Regent instruments 1999), Canopy (RICH 1989, RICH al 1993 EASTER / SPIES 1994), GLI (CANHAM 1995 cit. po GENDRON / MESSIER COMEAU 1998), ipd, i^^^iJ^K / Programska oprema že vsebuje vse potrebne rutine za analizo: filtri, razpoznavanje objetova, grafični urejevalnik itd. Vrednotenje fotografij hemisfere obsega več različnih korakov: umerjanje sistema, določanje mejnih vrednosti za prepoznavanje sivin, ocena deleža difuznega sevanja m ocena deleža nezastrte projekcije sončne poti za izbrane časovne intervale. Umerjanje je namenjeno prilagoditvi programskega orodja različnim konfiguracijam sfrojne opreme. Za umerjanje moramo poznati karakteristike posameznih členov sistema-objektiva, filma, skenerja. Vsaka preslikava je lahko vir napak (RICH 1989) še posebej pomembno je poznavanje karakteristik objektiva, kijih dobimo z umeritvijo. Programska oprema omogoča uporabo več povečav m različne možnosti za korekcijo posnetkov. Idealne fotografije so, glede na spremenljivost vremenskega dogajanja v naravi in pestrost sestojnih zgradb, bolj izjema kot pravilo, zato je praviloma potrebno posnetke pregledati m korigirati. Pomembna programska nitma je določanje mejnih vrednosti za prepoznavanje sivm (DOHRENBUSCH 1989, WAGNER / NAGEL 1992) V tem postopku na podlagi frekvenčne porazdelitve sivin določimo spodnjo mejo za v postopku belo vrednotene točke (piksle) in zgornjo mejno za črno vrednotene točke Vse sivme z manjšo vrednostjo od mejne vrednost: za belo v nadaljnjem postopku vrednotimo kot bele točke (piksle). Obratno velja za črne točke. Vse vmesne vrednosti (prave sivine) v nadaljnjem postopku vrednotimo po formuli za odvisnost počmitve filma od občutljivosti filma m jakosti osvetlitve (LACINOVÄ 1988). Odvisnost poteka logaritemsko. Preprostejša programska oprema za vrednotenje fotografij sivin ne upošteva. Računalniški algoritem za analizo fotografij uporablja za ocenjevanje relativnega difiiznega sevanja metodologijo Andersenove (1964), ki smo jo že predstavili v poglavju o ročnem vrednotenju fotografij hemisfere (pogl. 2.1). Glede na mejne vrednosti ki jih je določil uporabnik, prešteje računalnik črne in bele piksle, "prave" sivine pa ovrednoti po zgoraj omenjen, formuli. Pn končnem izračunu algoritem upošteva položaj pikslov na fotografiji. Za izračun deleža direktnega sončnega sevanja v sestoju program uporablja algoritem (KUNZ 1983), ki omogoča izris sončnih poti za vsak dan v letu glede na geografsko širino. Iz primerjave s krošnjami zakritega in nezakritega deleža sončne poti v določenem dnevu program izračuna delež potencialnega direktnega sončnega sevanja v sestoju. Dobljene vrednosti je mogoče izboljšati z upoštevanjem oblačnosd preko leta, s čimer dobimo vrednosti za absolutno direktno sevanje. Podatki o oblačnosti so na voljo na najbližji meteorološki postaji. Imbeck m Ott (1987) sta pn primerjavi metod za meritev sevanja v subalpinskem smrekovem gozdu ugotovila, da lahko pri primerljivih rastiščnih razmerah potencialno direktno sevanje povsem zadovoljivo nadomesti vrednosti absolutnega direktnega sevanja. Poenostavitev metode omogoča znaten prihranek časa in sredstev. Metoda ocenjevanja sevanja s fotografijo hemisfere omogoča različna vrednotenja pretvorbe in izboljšave (HOLBO / CHILDS / McNABB 1985, MacDONALD / MORRIS / MARSHALL 1990, RICH al. 1993, CANHAM al. 1994). Ustrezne vrednosti direktnega m razpršenega sončnega sevanja v sestoju za vsako uro preko dneva v Wm-2 lahko izračunamo z upoštevanjem ustreznih deležev sevanja in kota sonca po meteoroloških formulah (von LÜPKE 1982). Za izračun vrednosti fotosintetsko aktivnega sevanja (PAR) v razmerah brez oblačnosti je potrebno upoštevati, da je delež PAR-energije v globalnem sončnem sevanju večji v razpršeni kot v direktni komponenti sevanja. Za pretvorbo lahko uporabimo formule z različnimi faktorji za direktno m razpršeno sevanje (ROSS 1981 cit. po WAGNER 1994, CHAZDON / FIELD 1987 RJCH al. 1993). V vegetacijski sezoni znaša pretežm del dneva faktor za pretvorbo globalnega sončnega sevanja v PAR energijo 0,41. Pri popolm oblačnosti pa znaša faktor 0,42. Za preračunavanje ocen direktnega in difuznega sevanja, dobljenih z metodo fotografije hemisfere v PAR, lahko uporabimo tudi natančnejše regresijske modele pri 1994) vremenske razmere (EASTER / SPIES Wagner m Nagel (1992) sta primerjala ocene sončnega sevanja s fotografijo hemisfere in natančnim: meritvami fotosmtetsko uporabnega sevanja (PUR) z instrumentom, ki so ga razvili Dohrenbusch m sodelavci (1995). Ugotovila sta presenetljivo dobro ujemanje rezultatov (R2=0,95). Večja odstopanja sta zabeležila v naslednjih primerih- 1) zelo kratkih časovnih intervalov direktnega sevanja (sončne packe) metoda s fotografijo ne zazna , 2) na merilnih točkah z manjšimi vrednostmi direktnega sevanja so ocene s fotografijo nekoliko precenjene, 3) pri zelo majhnih vrednostih difuznega sevanja pod skknjenim sestojem (<0,10) so ocene sevanja s fotografijo podcenjene. Avtorja zaključujeta, da natančnost ocene zadošča za gozdoslovne raziskave. Podobne ugotovitve navajajo tUdI drugi avtorji (CHAN e/a/. 1986, mCYietal. 1993, EASTER/SPIES 1994 GENDRON / MESSIER / COMEAU 1998). Deleže direktnega in razpršenega sevanja v sestoju, ki smo jih ugotovili z interpretacijo fotografij hemisfere, lahko pomnožimo z vrednostmi realnih meritev s PUR ali PAR senzorjem skozi daljše časovno razdobje m tako dobimo vsote direktnega in difuznega sevanja na izbrano časovno enoto. Realne vrednosti sevanja, izmerjene na prostem (potrebujemo vsaj eno referenčno meritev), že upoštevajo podatke o oblačnosti Z dobljenim modelom lahko izboljšamo ocene sevanja na stojiščih, kjer smo sevanje ocenjevali le s fotografijo (WAGNER 1996). Namesto referenčnih meritev na prostem je mogoče uporabiti tudi standardne meteorološke enačbe za izračunavanje sevanja (LUPKE 1982, WAGNER / NAGEL 1992). '' ' ""'""J""' -gubo informacj o Trnih" Metoda fotografije hemisfere omogoča tudi izračun ocene mdeksa listne površine preko ocene frakcije vrzeli (gap fraction). V uporabi sta predvsem dve metodi: izračun preko rwTjr rrf ° -del (WANG / MILLER 1987, MARTENS / USTIN / ROUSSEAU 1993, RICH .. al 1995 WHITFORD et. al 1995). 2.3 PREDNOSTI IN POMANJKLJIVOSTI METODE advantages and disadvantages of the method Prednosti m pomanjkljivosti metode se nanašajo na umerjen sistem z računalmško analizo fotografij. Prednosti sistema so naslednje: - celoten sistem ohranja natančnost s staranjem m zahteva relativno nizke stroške za vzdrževanje, - delo na terenu m zahtevno, saj lahko v enem dnevu posnamemo tudi do 100 fotografij, - ocenjujemo lahko delež razpršenega m direktnega sončnega sevanja ter z ustrezno uporabo meteoroloških podatkov m transformacij tudi PAR in PUR sevanje - z uporabo referenčnega senzorja za PAR (PUR) sevanje se približamo natančnosti neposrednih meritev sevanja z mrežo senzorjev ob veliko nižjih stroških, - sistem je mogoče uporabljati za širok spekter ekoloških raziskav (BURGER 1972) - fotografija poleg ocen o sevanju hram tudi mnoge druge zanimive informacije kot'so obhka m velikost krošenj, tekmovalne razmere, struktura krošenj. Metoda je zato primerna za spremljanje razvoja sestojev (krošenj) na trajmh raziskovalnih ploskvah. Pomanjkljivosti metode so naslednje: - manjša natančnost od neposrednih meritev na terenu, - ocena razpršenega sevanja je popačena zaradi razlik med občutljivostjo fotografskega filma in rastlinskih pigmentov, - metoda zaradi kompleksnosti še ni standardizirana, - problem lahko predstavlja precenjevanje prepuščenega sevanja, osiromašenega PUR delu spektra (problem pri različnih aspektih olistanja), - raziskovalci si niso enotm o tem, ali fotografska metoda upošteva odbiti del sevanja ali ne. v --- - vsak ^^^ ^ ™.od, „e p„ceso. „ „„„J prikujemo ve^ja „ds.op.nj. v „.„k,h i,„cev " - c.».„a „™j„ev snemanja. Zadosten k.n.as, .a raCunalnSko anal.zo f„,„g,afij 3 horizontoskop horizontoscope V se je l„,..n,„sk„p uveljav.l v a,hi,ek,„n .a „oddnanje „v.„i,ve Pnncpn ,p„,, 2). Ce.on,. nebesni svod „80, . „o okj.eo (s.avb „v ^ n«ak,„o pov™„ neba se „ca,i „a konveksni pioskv, i. p,o» J p,.s«„ Ze fi mrežo m ocenimo delež difuznega sevanja (pnm. pogl. 2.1), zastrto niti povsem nezastrto z listi (OIOJR BLO^Tg^^^^ n,ti povsem 3.1 STABILNI HORIZONTOSKOP STABLE HORIZONTOSCOPE Prva poskusna snemanja s horizontoskopom v Sloveniji zaradi nestabilnosti horizontoskopa in zamudnega ocenjevanja na terenu niso dala zadovoljivih rezultatov (Diaci 1993). Še posebej zahtevno je bilo vrednotenje deleža difuznega sevanja, ki lahko zahteva dolgotrajno štetje. Da bi povečali zanesljivost ocen sevanja s horizontoskopom, smo skonstruirali aluminijasto mizico za pritrditev horizontoskopa na fotografski stativ (slika 2). Tako smo omogočili natančno uravnavanje horizontoskopa tudi na zahtevnem terenu in, kar je še pomembnejše, večkratno menjavanje stojišč pri vsakem posameznem posnetku situacije. Menjavanje stojišč je nujno, saj je z enega mesta večinoma nemogoče v celoti izrisati zapleteno projekcijo krošenj na robovih vrzeli. Poleg tega je menjavanje stojišč, kadar držimo horizontoskop v rokah, zaradi možnega zamika horizontoskopa, velik vir napak. Izboljšan "stabilni horizontoskop" omogoča pritrditev prosojnega papirja (folije) na ravno površino pod plastično kupolo horizontoskopa. Na ta način lahko projekcijo krošenj s horizontoskopa z risanjem prenesemo na prosojni papir in izrišemo t.i. horizontogram (priloga 2). Horizontograme kasneje ovrednotimo v pisarni, kar prispeva k večji zanesljivosti ocen (TONNE 1954, MOSANDL 1984). Vrednotenje je lahko ročno ali pa je preko digitalizacije horizontogramov računalniško podprto. Postopek je v obeh primerih identičen s postopkom vrednotenja fotografij hemisfere (prim. pogl. 2.1 in 2.2). Horizontogrami omogočajo kontrolo terenskega dela ter tudi serije snemanj na istih točkah skozi več let. Mizica horizontoskopa je sestavljena iz prirobnice zgoraj (priloga 3a) m okrogle ploščice spodaj (priloga 3b), obe sta nekoliko večjega premera od horizontoskopa, in treh distančnikov (priloga 3c). Zgornja pnrobnica ima utor, v katerega namestimo horizontoskop s prosojnim papirjem, v sredini pa veliko odprtino, ki omogoča risanje (slika 2), Spodnja ploščica ima na sredini navoj za pritrditev na fotografski stativ. Zgradba priprave je razvidna iz priloženih skic (priloge 3a,b,c,č) m slike 2, ki kaže tudi, kako horizontoskop vstavimo v mizico. Vsi deli priprave so iz aluminija ali kakšne druge nemagnetne snovi. M zne 30 druge izboljšave ocen sončnega sevanja s stabün.n: honzontoskopom. Vehko boljše ocene dosegajo posamezniki z nekohko snnsla za nsanje in večj:m potrpljenjem. V vsakem primeru je pred začetkom dela potrebno daljše obdobje privaja- Tvetir'' -i porazdelitvijo intenzivnosti difuznega sevanja (ANDERSON 1964). Velika ovira risanju sta kompas m libela v horizontoskopu. Oba je mogoče s podlage odstraniti m ju pn Jti na mizico s^bilnega horizontoskopa. Kakor za risanje je tudi kakovost ročnega "s^i^sr ^"" " ~ Nebesni svod, ki se zrcali na polobli honzontoskopa, je mogoče s posebnim nastavkom tUdI fotografirati od zgoraj (SMOLEJ 1999). Fotografije po prej omenjenem postopku (pogl. 2) ovrednotimo v pisarni, Za podporo ovrednotenju so razvili ustrezen računalniški program. Slika 2: Stabilni horizontoskop z mizico, ki jo pričvrstimo na fotografsko stojalo J^igure 2: Stable horizontoscope on an aluminium stand which is fixed to a tripod 3.2 PREDNOSTI IN POMANJKLJIVOSTI METODE ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF THE METHOD Prednosti in poxnanjklj:vosti metode se nanašajo na stabüm honzontoskop. Prednost, sistema so naslednje: - cenenost in robustnost priprave; snemanje je mogoče tudi v rahlem dežju - ocene so dovolj zanesljive za praktično uporabo pri gojenju gozdov (pogl 5) - z izvezbanim risarjem m računalniško podporo vrednotenja horizontogrlmov se ocene sevanja za določene sestojne tipe (pogl. 5) približajo ocenam s fotografijo hemisfere, - horizontoskop odlikuje velika didaktična vrednost, saj neposredno snemanje na terenu pripomore k poznavanju zakonitosti sončnega sevanja v gozdu - s honzontoskopom lahko grobo ocenimo direktno komponento sončnega sevanja že na terenu, kar je pomembno pri načrtovanju pomladitvenih sečenj v zahtevnih razmerah ter pn zastavitvah raziskav. Ocenjevanje difuzne komponente sevanja neposredno na terenu je zahtevnejše. Metoda ima naslednje pomanjkljivosti: - natančnost je močno odvisna od izvežbanosti ocenjevalcev, zato je primerljivost ocen odvisna od njih, - natančnost ocen je manjša od metode ocenjevanja sevanja s fotografijo hemisfere m veliko manjša od neposrednih meritev, - za določene tipe sestojev z razpršeno pres vetij enimi krošnjami (pogl. 5) je metoda praktično neuporabna. 4 INSTRUMENT ZA POSREDNO MERJENJE ZGRADBE KROSENJ LAI-2000 THE LAI - 2000 PLANT CANOPY ANALYSER LAI-2000 je optično-elektronska naprava. Deluje na principu optičnega senzorja ki simulira objektiv "ribje oko". Senzor je sestavljen iz leče s kotom zaznave 148° usmerjevalmh ogledal in leč, filtrov ter detektorja sevanja (LI-COR 1992) Detektorje sestavljen iz petih senzorskih koncentričnih polj, ki avtonomno zaznavajo lastnosti rt:::™™— ko„sm.k,„,ji tastmmen,. izognili J ""Z'"'™' ^-l»»«. » »mer so s. -ov .o.;' "Lt^rrr^ - 4.1 PREDNOSTI IN POMANJKLJIVOSTI INSTRUMENTA advantages and disadvantages of the instrument Prednosti LAI-2000 so naslednje: - men,ve po.ekajo hi.o, „eri.ev so „, voljo neposredno „a „renn ocenjevanje indeksa lislne površine ni destmktivno ekiirrr rre::::»-- - - - - - oc»J.va„j ..radbe vegetacijske odej. di„„n.ij, „d i ant t " '' "P""»». P les zastiranja krosenjzammatndi zastiranje pritalnevcgetac,je. Poglavitne slabosti instrumenta so naslednje: - visoka nabavna cena; za zadovoljive rezultate pri raziskavah v gozdovih sta potrebna dva senzorja z dvema ločenima merihiikoma, - v razmerah malopovršinskega gospodarjenja, kot v Sloveniji, je velikokrat težko najti dovolj veliko odprtino v gozdu za referenčne meritve, - LAI-2000 ne daje ocen za globalno in direktno sončno sevanje, - pri praktičnem delu z instrumentom v gozdu se je izkazalo, da so zanesljive ocene sevanja in drugih parametrov mogoče le pri enakomerno zastrtem nebu ali pri jasnem nebu, vendar brez neposrednega sončnega obsevanja kroženj. Osončene krošnje namreč instrument pogosto zabeleži kot nezastrto nebo. Tako so meritve z instrumentom v gozdu omejene praktično le na zgodnje jutranje ali pozne popoldanske ure ali na enakomerno oblačne dneve. 5 PRIMERJAVA METOD COMPARISON OF THE METHODS Zanesljivost ocenjevanja svetlobnih razmer s stabilnim horizontoskopom smo preveril, s primerjalnimi snemanji s fotografijo hemisfere in z instrumentom LAI-2000. Ocene za direktno komponento sevanja je mogoče primerjati samo med horizontoskopom in fotografijo, saj mstrument LAI-2000 teh ocen ne omogoča. Primerjavo direktne komponente sevanja je pri poskusu z naravnim pomlajevanjem v subalpinskem smrekovem gozdu v Sedrunu v Švici izvedla Frehnerjeva (1989, 1990 cit po THORMANN 1997a). Njeni rezultati so potrdili zanesljivost ocen potencialnega direktnega sevanja, pridobljenih s horizontoskopom, v primerjavi s fotografijo hemisfere, saj so se vrednosti koeficientov korekcije za ocene sevanja gibale med 0,93 do 0,94. 5.1 PREDSTAVITEV METOD IN OBJEKTA RAZISKAVE PRESENTATION OF THE METHODS AND THE INVESTIGATION OBJECT Za primerjavo ocen relativnega difuznega sevanja po treh zgoraj predstavljenih metodah smo v letih 1995 in 1996 izvedli serijo snemanj na raziskovalnih ploskvah ETH Zürich v švicarskih Alpah. V vrzelih subalpinskega smrekovega gozda na severnem in vzhodnem --- z vsako me,od analizira/! sončno sevanje na 82 točkah Za fo, r f na fotopafsk, slaov, in snemanja . ,nstt„men,„m LAI-2000 (senzor BI K„I T smo .U, .er^LZ-"—^ relativnega difuznega sevanja DIFN (Diffuse non-interceptance) (LI-COR 1992). 5.2 REZULTATI RESULTS P™.rj.v. oeen relativnega d,f„zneg. sevanja s fotografijo h.mrsfere ,n s st.b.lnim o n v"'"" " P- ,M0). verjetno so „godn. rezultat, posled.c. starej.l, vrzeli v smrek vem sestljo' kontrast med vrzeljo ,n sestojem. Do podobnth rezultatov smo v zadnjem čas« pnšli tudi pn ocenah sevanja na Pokljuki (KRAIGHER 1999), P »11 tudi Difuzno sevanje - Diffuse Site Factor (ANDERSON 1964) r = .983 70 O 10 20 30 40 50 60 70 Stabilni horizontosl ■ Fotografija hemisfere Fisfi-eye 60 70 Inter, zaup. 95% Regress, confid. Grafikon 2: Primerjava ocen reladvnega difuznega sevanja mstrumenta LAI-2000 Plant z ocenain. s fotografijo hemisfere (N=80) Graph 2: DJfuse-sUe^ctor e.aluaUon compaHson of the LAI-2000 Plant Canopy Analyser (DIFN) Mth that of a fish-eye photography (N^80). Pnmerjava ocen relativnega difuznega sevanja, dobljenih z instrumentom LAI-2000 Plant Canopy Analyser (DIFN). z ocenami preko fotografije hemisfere (grafikon 2), ka.e z lo dobro ujemanje 97; p^O.OOO). Meritve z instrumentom LAI-2000 sm izvajal idealnih pogojih - enakomerno oblačnem nebu. Pn manj idealmh pogojih npr p„ rahl «n^skumuli,smo zabele.111 velike razl^^^ Pn direktnem osončenju merilnih mest ali pri osončenju krolenj so bile ocene relativnega corT: zt: (LI 40 /o manjsi od realnih vrednosti, pri naših meritvah smo ugotovüi odstopanja do 70 o/, etm^ : ° - 'aI v majhnt rezuha! ^ '' ^^^ --rja, rezultatov v primerjavi s fotografijo hemisfere niso bistveno izboljšali. P„ uporab pokrovčka Cap" 90° je znašal koeficent korelacye za odv.snost med ocenan. relaüvnega difuznega sevanja z LAI-2000 m ocenami s fotografijo hemisfere O 90*- pri coT ^^ ^^ ^ ^ P—- ('i- COR Inc. 1992) nase mentve ne potrjujejo upravičenosti uporabe pokrovčkov senzorja Tudi Gendron m sodelavci (1998) odsvetujejo uporabo pokrovčka "View Cap" 270°. Primerjava ocen relativnega difuznega sevanja v idealnih pogojih (grafikon 3) je potrdila veliko stopnjo ujemanja v ocenah med instrumentom LAI-2000 Plant Canopy Analyser m stabilnim horizontoskopom (R2=0,95; p=0,000). Difuzno sevanje - Diffuse Site Factor (ANDERSON 1964) r = .974 10 20 30 40 50 Stabilni horizontosl