Overskrift her Navn på oplægsholder Navn på KU- enhed For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Leipzig, May Dias 1 Cosmic-ray neutron intensities at a forest site - determination of biomass and canopy interception Mie Andreasen Department of Geosciences and Natural Ressource Management University of Copenhagen Thanks to: Majken C. Looms, Karsten H. Jensen, Heye Bogena, Marek Zreda and Darin Desilets

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 2 Fieldsites The Danish hydrological observatory, HOBE: - Skjern River catchment (2500 km 2 ) - Three Cosmic-ray neutron fieldsites -Voulund Farmland -Harrild Heath -Gludsted Forest Cosmic-ray neutron probes, CR1000B (Borontrifluorid): - BARE (slow neutrons) - MOD (faster neutrons)

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 3 Determination of biomass and canopy interception There is an inverse relationship between the cosmic-ray neutron intensity and the hydrogen content - not only the hydrogen pooled in the soil, but also hydrogen pooled in and on the vegetation Canopy interception: -is the rainfall intercepted by the canopy of a tree/forest -can be important for the water balance -studied catchment: 16 % forest and app. 200 rainy days per year. Earlier studies estimate canopy interception to be around 40 % of the total forest evaporation (Apr-Oct 2010) -is traditionally measured on a small scale (e.g. through-fall stations) Biomass estimates are important given interests in: -bioenergy -carbon sequestration -wood production

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 4 Methods Measurements -continuous measurements at two heights -profile measurements at different times -measurements above water Modeling -MCNPX, an extended version of the Monte Carlo N-Particle Transport Code (MCNP) -a radiation transport code for simulating nuclear processes -steady state model (represent a given set of conditions)

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 5 Gludsted Forest -latitude: 56°N -approx. 50 m abs. -flat terrain (an outwash plain from the last glaciation) -sandy soils -forest area: approx ha -a coniferious plantage (primarily Norway spruce; 20 and 40 years) -biomass: approx. 100 t/ha above ground dry biomass (from Lidar images, 2006/2007) -thick litterlayer (5-7 cm)

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 6 Gludsted Forest Cosmic-ray neutron probes: MOD and BARE probes are installed at the: -ground surface (1.5 m; “Ground”) -canopy surface (27.6 m; “Tower”) Data is corrected for variations in: -barometric pressure -water vapour -incoming cosmic-ray neutron intensity ”Tower” probes ”Ground” probes

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 7 Stationary Cosmic-ray neutron intensity measurements April 2013 – April 2014 ”Tower” probes ”Ground” probes Data is daily moving average

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 8 Model conceptualization A homogenous forest is simulated using average values for the: -Forest; tree radius, -height, -density -Soil; bulk density, porosity, carbon content Atmosphere  Forest layer  Soil and litter layer  Forest layer seen from above 

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 9 A Cosmic-ray neutron intensity profile - Measurements (November 2013) vs. Model Measurements: Model: Mismatch between the modeled fast/epithermal and the measured MOD neutron intensity

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 10 Field measurements including a cadmium shielded MOD probe Cadmium foil shields out thermal neutrons due to its high cross section at low neutron energies Simultaneous neutron intensities were detected with -a MOD probe shielded with 0.5 mm Cadmium foil (purity %) -an usual MOD probe -an usual BARE probe Field measurements were conducted at: -Ringkøbing Fjord for half a day -Gludsted Forest, at ”Tower” and ”Ground” heights for a week, respectively -Gludsted Forest, a profile Cross section of cadmium as a function of neutron energy (Glasstone and Edlund, 1952)

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 11 Ringkøbing Fjord boat experiment Aim detect the thermal neutrons contamination of the MOD probe compare the count rates of the different probes relate measurements with fjord-model to obtain a MODcad/BARE ratio to determine conversion factors

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 12 Ringkøbing Fjord boat experiment Model: Fast/Thermal=1.81, at energy bins of: eV (Thermal) eV (Fast/Epithermal) Measurements: The cadmium shielded MOD probe detects 18% less neutrons than the unshielded MOD probe MODcad/BARE=1.85

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 13 Gludsted Forest March 2014 The cadmium shielded MOD probe detects: -24% less neutrons than the unshielded MOD probe at ”Ground” height -13% less neutrons than the unshielded MOD probe at ”Tower” height MODcad/BARE = 1.23 at ”Ground” height MODcad/BARE = 2.68 at ”Tower” height

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 14 Cadmium shielded MOD neutron intensity measurements The fraction of BARE neutrons detected by the MOD probe is 0.38 Hourly Daily average

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 15 A Cosmic-ray neutron intensity profile (incl. a cadmium shielded MOD probe) - Measurements (March 2013) vs. Model Measurements: Model: The modeled fast/epithermal neutron intensity is more in line with the measured cadmium shielded MOD neutron intensity

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 16 Corrected stationary Cosmic-ray neutron intensity measurements April 2013 – April 2014 Data is daily moving averages

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 17 Soil water content and corrected MOD neutron intensities The difference between corrected MOD neutron intensity at ”Ground” and ”Tower” heights increases with increasing soil water content (SWC)

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 18 Comparing model results with measurements Actual counts rates: the conversion factor derived from the boat experiment is used Relative to ”Ground” values:

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 19 Biomass modeling The difference between BARE neutrons at ”Ground” and ”Tower” heights is related to the biomass (at SWC >0.10 m 3 /m 3 ) The measurements do not correspond with the model of 100 t/ha biomass Different energy bins were used for Model-Test: eV (before eV) cf Glasstone and Edlund eV

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 20 Energy bins Ringkøbing fjord model Low neutron energy ( eV): Neutron energy ( eV):

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 21 What we need to look more into 1. Energy bins -What is the energy range of the measured neutrons? 2. Model conceptualization Example of two different model conceptualizations

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Department of Geosciences and Natural Resource Management Leipzig, May Dias 22 Reference Glasstone, S. and Edlund, M. C. (1952): The elements of nuclear reactor theory, Van Nostrand, New York