Diplomarbeit
Bestimmung turbulenter Flüsse auf einer Waldlichtung mit der Modified-Bowen-Ratio-Methode
Georg Jocher (03/2009-10/2009)
Betreuer: Thomas Foken, Johannes Lüers
Das Projekt EGER (ExchanGE Processes in mountainous REgions) fand in den Jahren 2007 und 2008 auf den Messflächen des BayCEER (Bayreuth Center of Ecology and Environmental Research) am Waldstein/Weidenbrunnen statt. Es bestand im Wesentlichen aus zwei intensiven Beobachtungsperioden (intensive observation periods), IOP1 im September/Oktober 2007 und IOP2 im Juni/Juli 2008. In diesem Projekt wurden verschiedene mikrometeorologische, chemische und biologische Prozesse des Bereichs Boden-Vegetation-atmosphärische Grenzschicht nach unterschiedlichen Gesichtspunkten untersucht. Im Zuge dieses Projektes war auf einer Waldlichtung (ca. 100 m Durchmesser) inmitten des 23 m hohen Fichtenbestandes am Messstandort während IOP1 ein Modified-Bowen-Ratio-Mast aufgebaut, während IOP2 erfolgte eine Erweiterung dieses Komplexes auf der Lichtung um Strahlungsbilanzmessungen und Bestimmung verschiedener Bodenparameter. Die Untersuchungen ergaben, dass auf der Lichtung relativ kleine Bowen-Verhältnisse (<1), im Gegensatz dazu über dem Fichtenbestand Bowen-Verhältnisse > 1 anzutreffen sind. Aufgrund der geringen Höhenauflösung der Temperatur- und Feuchtebestimmung auf der Waldlichtung waren die Gradienten jedoch sehr gering, so dass hauptsächlich nur in den Mittagsstunden eine Bestimmung der Bowen-Verhältnisse mit Fehlern < 20% möglich war. Regelmäßig auftretende große Sprünge in den Trockentemperaturen der oberen Messhöhe, vermutlich hervorgerufen durch Strahlungsfehler, erschwerten die Bestimmungen zusätzlich. Im Allgemeinen war die Ermittlung der turbulenten Flüsse aufgrund der größeren Turbulenz im Sommer während IOP2 genauer, und die Flüsse waren dort größer. Die kleinen Bowenverhältnisse auf der Lichtung, die während IOP2 in etwa denen im umgrenzenden Bestand entsprachen, ließen die Lichtung als Feuchtequelle gegenüber den über dem Bestand liegenden Schichten erscheinen, freie Konvektion ( ), ausgehend von der Waldlichtung wurde dadurch begünstigt und war sowohl während IOP1 als auch während IOP2 zu beobachten. Trat diese auf der Lichtung auf, so konnte sie auch über dem Bestand festgestellt werden, und es bestand während dieser Zeit Kopplung zwischen der Lichtung und der Atmosphäre über dem Bestand. Nur in vereinzelten Fällen, hervorgerufen durch starke Einstrahlung, war freie Konvektion über dem Bestand unabhängig von der Waldlichtung zu beobachten. Betrachtungen der integralen Turbulenzcharakteristiken des Vertikalwindes ergaben als Tendenz, dass ansonsten über dem Bestand vorwiegend neutrale Verhältnisse anzutreffen sind, während die Lichtung einem gewissen Stabilitätseinfluss unterliegt. Eine interessante Besonderheit stellt die Tatsache dar, dass die Schließung der Energiebilanz auf der Waldlichtung offensichtlich abhängig von der Windrichtung ist. So war die Diskrepanz zwischen verfügbarer Energie und mit der Modified-Bowen-Ratio-Methode bestimmten turbulenten Flüssen bei Wind aus südlichen und süd-westlichen Richtungen weitaus größer, als sich dies bei Wind aus Nord und Ost zu erkennen gab. Grundsätzlich war die Summe aus fühlbarem und latentem Wärmestrom auf der Waldlichtung größer als die verfügbare Energie, womit hier eine Ähnlichkeit mit dem umliegenden Bestand zu beobachten war (nachgewiesen für IOP2, nur hier gab es eine zusätzliche Strahlungsbilanzmessung auf der Waldlichtung). Das Phänomen der Windrichtungsabhängigkeit der Schließung der Energiebilanz auf der Waldlichtung wurde auf die Einbringung zusätzlicher Energie auf die Waldlichtung durch sekundäre Zirkulationen zurückgeführt. Eine im Süden der Lichtung liegende größere abgeholzte Fläche, sowie die dort ebenfalls befindliche Kyrillschneise sind hier wohl als ursächlich zu nennen.