Electrical resistivity imaging in trees

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit ERT-Messungen (Elektrische Widerstands Tomographie) in Bäumen und wie diese mit Saftflussmessungen, beziehungsweise weiteren essenziellen Umweltparametern bezüglich Baumaktivität, zusammenhängen. Dazu wurde ein ERT-Monitoring von Anfang Oktober bis Anfang November im Hydrological Open Air Laboratory (HOAL) in Petzenkirchen, Niederösterreich durchgeführt. Beim ausgewählten Baum handelt es sich um eine Schwarzerle (Alnus glutinosa), die in einem kleinen Wald steht, der aus gleichartigen Bäumen selben Alters und Größe zusammen gesetzt ist. Die gemessenen elektrischen Widerstandsdaten wurden in scheinbar spezifische elektrische Widerstandsdaten umgerechnet und anschließend gefiltert sowie gegäattet. Über eine Spline-Interpolation wurde gewährleistet, dass alle Datensátze auf einem gemeinsamen Zeitstrahl analysiert werden konnten. Anschliesend wurden die scheinbar spezifischen Widerstandsdaten noch einer Temperaturkorrektion unterzogen. Die prozessierten ERT-Daten wurden mit Temperatur-, Saftfluss-, solare Strahlungs- und Dampfdruckdefizit-Daten verglichen. Dazu wurden die Daten visuell, aber auch über Kreuzkorrelationen, analysiert. Es wurde festgestellt, dass ERT-Messungen in der Lage sind die zeitlichen Veränderungen, welche mit dem Saftfluss einhergehen, zu erfassen. Dabei wurden auch die kausalen Zusammenhänge mit den restlichen Umweltparameter untersucht. Bei Messungen im Baum haben die ERT-Daten weiters gezeigt, dass Quadrupole mit einem größeren Abstand zwischen den Dipolen bzw. größerer Länge des Dipols, weniger verrauscht sind. Außerdem konnten Unterschiede zwischen einem „Schönwetter- und Schlechtwetter-Tag“ anhand der gemessenen Daten und dargestellten Zeitreihen identifiziert werden. Je nach Wetterverhältnissen wurden prozentuelle Änderungen von bis zu 60 % in den ERT-Daten zwischen der Messung um Mitternacht und am Nachmittag desselben Tages festgestellt.

This diploma thesis presents ERT measurements (Electrical Resistivity Tomography) in trees and investigates the link between ERT data and essential environmental parameters concerning tree activity. For this purpose, a ERT monitoring was carried out from early October to early November at the Hydrological Open Air Laboratory (HOAL) in Petzenkirchen, Lower Austria. The chosen tree is a black alder (Alnus glutinosa) located in a small forest only containing trees of same species, age and size. The measured electrical resistance data was converted to apparent electrical resistivity data and then filtered and smoothed. Spline interpolation was used to ensure that all data sets could be analyzed on a common time line. Finally, the apparent resistivity data was subjected to temperature correction. The processed ERT-data was compared to temperature, sap flow, solar radiation and vapor pressure deficitdata. For this purpose, the data was analyzed visually, but also via cross-correlation. It was found that ERT measurements are able to capture the temporal changes associated with sap flow. Casual relationships with the remaining environmental parameter were also investigated. ERT-data has shown that quadrupoles with larger dipole length, respectively separation between the dipoles, tend to be less noisy concerning tree measurements. In addition, differences between a ”clear sky day” and a ”bad weather day” have been identified based on the measured data and investigated time series. Depending on the weather conditions a percentage change of up to 60 % was found in the ERT-data between the measurement at midnight and in the afternoon of the same day.