Published January 10, 2019 | Version v1
Publication Open

Understanding variability in root zone storage capacity in boreal regions

Creators

  • 1. Eduardo Mondlane University
  • 2. Delft University of Technology
  • 3. University of Oulu

Description

Abstract. The root zone storage capacity (Sr) of vegetation is an important parameter in the hydrological behaviour of a catchment. Traditionally, Sr is derived from soil and vegetation data. However, more recently a new method has been developed that uses climate data to estimate Sr based on the assumption that vegetation adapts its root zone storage capacity to overcome dry periods. This method also enables one to take into account temporal variability of derived Sr values resulting from changes in climate or land cover. The current study applies this new method in 64 catchments in Finland to investigate the reasons for variability in Sr in boreal regions. Relations were assessed between climate-derived Sr values and climate variables (precipitation-potential evaporation rate, mean annual temperature, max snow water equivalent, snow-off date), detailed vegetation characteristics (leaf cover, tree length, root biomass), and vegetation types. The results show that in particular the phase difference between snow-off date and onset of potential evaporation has a large influence on the derived Sr values. Further to this it is found that (non-)coincidence of snow melt and potential evaporation could cause a division between catchments with a high and a low Sr value. It is concluded that the climate-derived root zone storage capacity leads to plausible Sr values in boreal areas and that, apart from climate variables, catchment vegetation characteristics can also be directly linked to the derived Sr values. As the climate-derived Sr enables incorporating climatic and vegetation conditions in a hydrological parameter, it could be beneficial to assess the effects of changing climate and environmental conditions in boreal regions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص. تعد سعة تخزين منطقة الجذر (Sr) للغطاء النباتي معلمة مهمة في السلوك الهيدرولوجي لمستجمعات المياه. تقليديا، يتم اشتقاق الرقم المسلسل من بيانات التربة والغطاء النباتي. ومع ذلك، تم في الآونة الأخيرة تطوير طريقة جديدة تستخدم البيانات المناخية لتقدير الرقم التسلسلي بناءً على افتراض أن الغطاء النباتي يتكيف مع سعة تخزين منطقة الجذر للتغلب على فترات الجفاف. كما تمكن هذه الطريقة المرء من مراعاة التباين الزمني لقيم الرقم التسلسلي المشتقة الناتجة عن التغيرات في المناخ أو الغطاء الأرضي. تطبق الدراسة الحالية هذه الطريقة الجديدة في 64 مستجمعًا في فنلندا للتحقيق في أسباب التباين في Sr في المناطق الشمالية. تم تقييم العلاقات بين قيم Sr المشتقة من المناخ والمتغيرات المناخية (معدل التبخر المحتمل للتهطال، متوسط درجة الحرارة السنوية، الحد الأقصى لمكافئ ماء الثلج، تاريخ تساقط الثلوج)، خصائص الغطاء النباتي التفصيلية (غطاء الأوراق، طول الشجرة، الكتلة الحيوية للجذر)، وأنواع الغطاء النباتي. تظهر النتائج على وجه الخصوص أن اختلاف الطور بين تاريخ تساقط الثلوج وبداية التبخر المحتمل له تأثير كبير على قيم الرقم التسلسلي المشتقة. علاوة على ذلك، وجد أن (عدم)مصادفة ذوبان الثلوج والتبخر المحتمل يمكن أن يسبب انقسامًا بين مستجمعات المياه ذات القيمة العالية والمنخفضة. تم استنتاج أن سعة تخزين منطقة الجذر المشتقة من المناخ تؤدي إلى قيم Sr معقولة في المناطق الشمالية وأنه، بصرف النظر عن المتغيرات المناخية، يمكن أيضًا ربط خصائص الغطاء النباتي لمستجمعات المياه مباشرة بالقيم Sr المشتقة. نظرًا لأن Sr المشتقة من المناخ تمكن من دمج الظروف المناخية والغطاء النباتي في معلمة هيدرولوجية، فقد يكون من المفيد تقييم آثار تغير المناخ والظروف البيئية في المناطق الشمالية.

Translated Description (French)

Résumé. La capacité de stockage (Sr) de la végétation dans la zone racinaire est un paramètre important dans le comportement hydrologique d'un bassin versant. Traditionnellement, le Sr est dérivé des données sur le sol et la végétation. Cependant, plus récemment, une nouvelle méthode a été développée qui utilise les données climatiques pour estimer Sr en supposant que la végétation adapte sa capacité de stockage de la zone racinaire pour surmonter les périodes sèches. Cette méthode permet également de prendre en compte la variabilité temporelle des valeurs de Sr dérivées résultant des changements climatiques ou de la couverture terrestre. La présente étude applique cette nouvelle méthode dans 64 bassins versants en Finlande pour étudier les raisons de la variabilité du Sr dans les régions boréales. Les relations ont été évaluées entre les valeurs de Sr dérivées du climat et les variables climatiques (taux d'évaporation du potentiel de précipitation, température annuelle moyenne, équivalent en eau de neige maximum, date de déneigement), les caractéristiques détaillées de la végétation (couverture foliaire, longueur des arbres, biomasse racinaire) et les types de végétation. Les résultats montrent en particulier que la différence de phase entre la date de déneigement et le début de l'évaporation potentielle a une grande influence sur les valeurs de Sr dérivées. En outre, il est constaté que la (non-)coïncidence de la fonte des neiges et de l'évaporation potentielle pourrait provoquer une division entre les bassins versants ayant une valeur de Sr élevée et faible. Il est conclu que la capacité de stockage de la zone racinaire dérivée du climat conduit à des valeurs de Sr plausibles dans les zones boréales et que, en dehors des variables climatiques, les caractéristiques de la végétation du bassin versant peuvent également être directement liées aux valeurs de Sr dérivées. Comme le Sr dérivé du climat permet d'intégrer les conditions climatiques et végétales dans un paramètre hydrologique, il pourrait être bénéfique d'évaluer les effets des conditions climatiques et environnementales changeantes dans les régions boréales.

Translated Description (Spanish)

Resumen. La capacidad de almacenamiento de la zona radicular (Sr) de la vegetación es un parámetro importante en el comportamiento hidrológico de una cuenca. Tradicionalmente, el Sr se deriva de los datos del suelo y la vegetación. Sin embargo, más recientemente se ha desarrollado un nuevo método que utiliza datos climáticos para estimar el Sr basado en el supuesto de que la vegetación adapta su capacidad de almacenamiento de la zona radicular para superar los períodos secos. Este método también permite tener en cuenta la variabilidad temporal de los valores de Sr derivados resultantes de los cambios en el clima o la cubierta terrestre. El estudio actual aplica este nuevo método en 64 cuencas en Finlandia para investigar las razones de la variabilidad del Sr en las regiones boreales. Se evaluaron las relaciones entre los valores de Sr derivados del clima y las variables climáticas (tasa de evaporación potencial de precipitación, temperatura media anual, equivalente máximo de agua de nieve, fecha de nevada), características detalladas de la vegetación (cobertura foliar, longitud de los árboles, biomasa de la raíz) y tipos de vegetación. Los resultados muestran que, en particular, la diferencia de fase entre la fecha de nevada y el inicio de la evaporación potencial tiene una gran influencia en los valores de Sr derivados. Además de esto, se encuentra que la (no)coincidencia del derretimiento de la nieve y la posible evaporación podría causar una división entre las cuencas con un valor de Sr alto y bajo. Se concluye que la capacidad de almacenamiento de la zona radicular derivada del clima conduce a valores de Sr plausibles en áreas boreales y que, aparte de las variables climáticas, las características de la vegetación de la cuenca también pueden vincularse directamente con los valores de Sr derivados. Dado que el Sr derivado del clima permite incorporar las condiciones climáticas y de vegetación en un parámetro hidrológico, podría ser beneficioso evaluar los efectos del cambio climático y las condiciones ambientales en las regiones boreales.

Files

hess-23-125-2019.pdf.pdf

Files (2.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2aea395da3d0bb1e693d36ebc174229b
2.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
فهم التباين في سعة تخزين منطقة الجذر في المناطق الشمالية
Translated title (French)
Comprendre la variabilité de la capacité de stockage de la zone racinaire dans les régions boréales
Translated title (Spanish)
Comprender la variabilidad en la capacidad de almacenamiento de la zona radicular en las regiones boreales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2909321003
DOI
10.5194/hess-23-125-2019

Is supplement to
https://openalex.org/W4280633793 (Other)
https://openalex.org/W4205407389 (Other)
https://openalex.org/W3093150799 (Other)
https://openalex.org/W2662533946 (Other)
https://openalex.org/W2488577384 (Other)
https://openalex.org/W2291835616 (Other)
https://openalex.org/W2080460749 (Other)
https://openalex.org/W193819561 (Other)
https://openalex.org/W175061559 (Other)
https://openalex.org/W11644078 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mozambique

References

  • https://openalex.org/W1555702925
  • https://openalex.org/W1949692868
  • https://openalex.org/W1955556093
  • https://openalex.org/W1964423658
  • https://openalex.org/W1969404831
  • https://openalex.org/W1972168894
  • https://openalex.org/W1976095361
  • https://openalex.org/W1995098243
  • https://openalex.org/W2031006456
  • https://openalex.org/W2032213247
  • https://openalex.org/W2057347310
  • https://openalex.org/W2060719566
  • https://openalex.org/W2073089247
  • https://openalex.org/W2073194947
  • https://openalex.org/W2113791829
  • https://openalex.org/W2120004639
  • https://openalex.org/W2120741355
  • https://openalex.org/W2126400871
  • https://openalex.org/W2140414279
  • https://openalex.org/W2144536790
  • https://openalex.org/W2148654450
  • https://openalex.org/W2153880261
  • https://openalex.org/W2156154076
  • https://openalex.org/W2233510150
  • https://openalex.org/W2290736281
  • https://openalex.org/W2292621132
  • https://openalex.org/W2293141016
  • https://openalex.org/W2298850945
  • https://openalex.org/W2327798565
  • https://openalex.org/W2461776678
  • https://openalex.org/W2495978272
  • https://openalex.org/W2505041825
  • https://openalex.org/W2560158340
  • https://openalex.org/W2610818908
  • https://openalex.org/W2625175624
  • https://openalex.org/W2765160863
  • https://openalex.org/W2784746841
  • https://openalex.org/W4213327538