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Titel: The Spatio-Temporal Distribution of Fog in French Guiana as a Precondition for the Appearance of a new Vegetation Type - the Tropical Lowland Cloud Forest
Autor: Obregón Flores, André
Weitere Beteiligte: Bendix, Jörg (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2016
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2016/0124
DOI: https://doi.org/10.17192/z2016.0124
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2016-01249
DDC: 910 Geografie, Reisen
Titel(trans.): Die raum-zeitliche Nebelverteilung in Französisch-Guyana als Vorbedingung des Auftretens einer neuen Vegetationseinheit - der tropische Tieflandnebelwald

Dokument

Schlagwörter:
Tropischer Regenwald, Nebel, MODIS, Epiphyten, Biodiversität, Nebelbildung, Tropical Forest, Lowland Cloud Forest, Fog, Fog detection, MODIS, Epiphyte diversity

Summary:
Tropical cloud forests are characterized by high epiphyte diversity and abundance with a crucial driver for this being the frequent occurrence of fog that constitutes an additional water source for epiphytic vegetation. The ecological value of fog in these ecosystems is widely recognized and although tropical cloud forests in montane regions are known to be biodiverse and abundant in epiphytes, recent work indicates similar levels of both diversity and abundance in tropical lowland systems. An important question is whether fog plays a similar role in lowland systems as it does in montane areas, particularly since the physical mechanisms for fog formation in the tropical lowland are not well understood. The major aim of the present study was to provide an in-depth investigation of the fog phenomenon in French Guiana, including the spatio-temporal fog dynamics, and with this, to enhance the understanding of the impact of fog on epiphytic vegetation in tropical lowland forests. The main hypotheses suggest the frequent occurrence of radiation fog in valley forests throughout French Guiana, supported by nocturnal katabatic flows, and the formation of the epiphyte-rich “tropical lowland cloud forest” (LCF) as a new vegetation unit, which is restricted to areas frequently affected by fog. Testing these hypotheses required a specific experimental setup, an interdisciplinary approach and the development of a novel fog detection scheme. The first hypothesis concerning the frequent spatio-temporal occurrence of valley fog could be verified by the statistical assessments of the meteorological data derived in the field and the results of the satellite-based fog-detection scheme. The identified meteorological processes confirm the hypothesised mechanism of radiation fog formation and demonstrated that katabatic flows play a role. Therefore, nocturnal cold air drainage, typical in complex terrains of the midlatitudes, should also be regarded as a trigger of fog formation in the tropical lowland. The integrative assessment of canopy microclimate and epiphyte parameters verifies the second hypothesis. It was demonstrated that epiphyte diversity, abundance and biomass are significantly higher in valley forest as a consequence of a more favourable canopy microclimate due to frequent fog episodes. These findings provide strong evidence for the existence of the hitherto neglected tropical lowland cloud forest as a novel forest type. Thus, the results indicate that LCF and LRF should no longer be viewed as a single formation. Epiphyte diversity and distribution in LCF and LRF may represent useful characteristics for discriminating these forests. Further, the results indicate that the region of frequent occurrence of radiation fog in French Guiana can be regarded as optimum habitat for tropical lowland cloud forests. Overall, both hypotheses of this study can be confirmed. The investigations of the presented work have shown that fog formation is a regularly occurring phenomenon in space and time in French Guiana with significant impacts for epiphytic vegetation.

Zusammenfassung:
Tropische Nebelwälder sind gekennzeichnet durch hohe Diversität und Abundanz von Epiphyten. Ein wichtiger Faktor ist hierfür das häufige Auftreten von Nebel, der eine zusätzliche Wasserquelle für die epiphytische Vegetation darstellt. Der ökologische Wert von Nebel in diesen Ökosystemen ist allgemein anerkannt. Obwohl Nebelwälder in tropischen Bergregionen für ihre Biodiversität und Abundanz an Epiphyten bekannt sind, weisen neuere Studien auf ein ähnlich hohes Niveau an Diversität und Abundanz in tropischen Tiefland-Systemen hin. Eine wichtige Frage ist hierbei, ob Nebel in Tiefland-Systemen eine ähnliche Rolle wie in Bergregionen spielt, insbesondere da die physikalischen Prozesse der Nebelbildung im tropischen Tiefland bisher wenig verstanden sind. Hauptziel der vorliegenden Arbeit war eine umfassende Untersuchung des Nebelphänomens in Französisch-Guyana, einschließlich der raum-zeitlichen Nebeldynamik, und somit ein besseres Verständnis der Auswirkung von Nebel auf die epiphytische Vegetation in tropischen Tieflandwäldern. Die Hypothesen dieser Arbeit umfassen das häufige Auftreten von Strahlungsnebel in Tieflandwäldern in Französisch-Guyana, unterstützt von nächtlichen Kaltluftabflüssen, sowie die Bildung des epiphytenreichen „Tieflandnebelwaldes“ (LCF) als neue Vegetationseinheit, beschränkt auf Gebiete unter häufigem Nebeleinfluss. Die Überprüfung der Hypothesen erforderte ein spezifisches Messdesign, einen interdisziplinären Ansatz sowie die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Nebelerkennung. Die erste Hypothese, hinsichtlich der hohen raum-zeitlichen Frequenz von Talnebel konnte anhand der statistischen Auswertungen der meteorologischen Daten sowie der Ergebnisse des satelliten-basierten Nebelerkennungs-Verfahrens verifiziert werden. Die herausgearbeiteten meteorologischen Prozesse bestätigen den vermuteten Mechanismus der Bildung von Strahlungsnebel und zeigten, dass katabatische Flüsse eine Rolle spielen. Daher sollten nächtliche Kaltluftabflüsse, welche typisch in komplexem Gelände der Mittelbreiten sind, auch als ein Auslöser der Nebelbildung im tropischen Tiefland betrachtet werden. Die integrative Bewertung von Mikroklima im Kronenbereich und der epiphytischen Parameter verifizieren die zweite Hypothese. Es wurde belegt, dass Epiphytendiversität, -abundanz und –biomasse signifikant höhere Werte in Wäldern in Tallagen aufweisen infolge eines günstigeren Mikrolimas im Kronenbereich aufgrund häufiger Nebelereignisse. Die Resultate liefern einen deutlichen Beleg für die Existenz des bisher vernachlässigten tropischen Tieflandnebelwaldes als neuer Waldtyp. Demzufolge belegen die Ergebnisse, dass LCF und LRF nicht länger als zusammengehörige Einheit betrachtet werden sollten. Epiphytendiversität und – verteilung in LCF und LRF könnten nützliche Eigenschaften darstellen, um zwischen diesen beiden Waldtypen zu differenzieren. Ferner zeigen die Befunde, dass Gebiete mit häufiger Bildung von Strahlungsnebel als optimale Habitate für tropische Tieflandnebelwälder betrachtet werden können. Zusammengefasst können die beiden zentralen Hypothesen dieser Arbeit bestätigt werden. Die Untersuchungen der vorgelegten Studie haben gezeigt, dass Nebelbildung ein regelmäßig in Raum und Zeit auftretendes Ereignis in Französisch-Guyana darstellt mit erheblichen Auswirkungen auf die epiphytische Vegetation.


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