The surface exchange of trace gases in the tropics and savannas

Abstract

ZusammenfassungDie Spurengase NOx (Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2)) haben massgeblichen Einfluss auf die Produktion von OH (Hydroxylradikal) und Ozon (O3) in der Troposphäre. Die Bodenemissionen dieser Gase sind weitgehend unbekannt. Das Ziel dieser Arbeit war, die für die NO Bodenemissionen relevanten Prozesse durch Labor und Feldmessungen zu untersuchen und diese durch Modellsimulationen für zwei Regionen, ein tropisches Regenwaldgebiet in Rondônia (Brasilien) und subtropische Savannen in Zimbabwe abzuschätzen. Unter Verwendung der gemessenen NO Werte ergaben die Simulationen mit einem modifizierten prozessorientierten Modell, dass Abholzung in den Tropen nach einer kurzzeitigen Erhöhung zu einer langfristigen Abnahme der Bodenemissionen führt. Ein 'up scaling' der Modellresultate ergab ausgehend von der ursprünglichen Bewaldung der Region eine Verdopplung der NO Bodenemission bis 1999. Sowohl für nährstoffarme Böden der Tropen als auch für die nährstoffreichen Savannenböden waren Landnutzung und Bodenfeuchte die wichtigsten Einflussgrössen für die Regulierung der Emissionen. Über den Zeitraum eines Jahres waren die Emissionsraten der Tropen (0.49 kgNhayr-1) ungefähr halb so gross wie die der subtropischen Savannen (0.86 kgNhayr-1). Solange die Abholzung der Regenwälder voranschreitet werden die Tropen starken Einfluss auf die troposphärische Chemie haben.

AbstractThe tropospheric trace gases NOx (Nitric Oxide (NO) and Nitrogen Dioxide (NO2)) control the production of the Hydroxyl Radical (OH) and Ozone (O3). Soil sources of NOx are largely uncertain. The objective of this work was to study the processes responsible for soil NO emissions using laboratory-, field measurements and model simulations so as to estimate soil emissions for two regions, the tropical forests of Rondônia (Brazil) and the subtropical savannas of Zimbabwe. Measured NO emissions data were used in a modified process-oriented trace gas model, which showed that forest clearing in the tropics caused periods of elevated soil NO release, which declined over time. The up scaled simulations for 1999 revealed that emissions have doubled since the area was entirely covered by forest. The combination of both land-use and soil moisture were shown to be useful NO emission predictors on the dystrophic tropic and eutrophic savanna soils. Annual soil NO emission rates for the tropics (0.49 kgNhayr-1) were approximately half those estimated for the subtropical savannas (0.86 kgNhayr-1). However, the tropics are expected to play an important role in future tropospheric chemistry as long as forests continue to be cleared.