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Waldstein, 12.05. - 18.07.2003
WALDATEM-2003Von 05/2003 bis 12/2004
Experimentleiter: Thomas Foken
Mitarbeiter: Christoph Thomas, Johannes Ruppert, Theresa Bertolini, Johannes Lüers, Johannes Olesch, Jens-Christopher Mayer, Joel Schröter, Gennady N. Panin
Sommerexperiment WALDATEM 2003 am Messturm Waldstein Weidenbrunnen
Im Rahmen der BITÖK-Forschungen dient dieses komplexe Experiment
der intensiven Untersuchung von kohärenten Strukturen und Kohlenstoffflüssen
in und über einem hohen Fichtenwald, dessen Name sich von den verwendeten
Analysesystemen herleitet (WALD = WaveLet Detection, ATEM = Atmospheric
TurbulencE Measurement) mit umfassender
Instrumentierung des Hauptmessturmes.
Kohärente Strukturen sind niederfrequente gut organisierte Luftwirbel,
die sich in ihren Zeit- und Raumskalen deutlich von der atmosphärischen
Turbulenz unterscheiden und deren z. T. erheblicher Flussanteil durch die
herkömmliche Eddy-Kovarianz-Methode nur unzureichend oder falsch erfasst
wird. Zur Detektion und Analyse wird die selbstentwickelte Software WALDSCHRAT
(WAveLet Detection Software for CoHerent Ramp paTterns) verwendet, die
durch die implementierte Wavelet-Transformation sowohl individuelle kohärente
Strukturen, als auch ihre statistischen Eigenschaften erkennt.
Die Eingangsdaten werden durch ein Vertikalprofil von sechs Ultraschallanemometern
erhoben, das den Stamm- und Kronenraum und Teile der darüber liegenden
rauen Unterschicht umfasst. Vier Messhöhen sind zusätzlich mit
schnellen CO2 und/oder H2O Analysatoren ausgestattet,
um direkt den Kohlenstofffluss und die Verdunstung zu bilanzieren. Neben
diesen zeitlich hoch aufgelösten Windmessungen, werden zusätzlich
durch Schalensternanemometer mittlere Vertikalprofile des Windes im Bestand
erfasst. Nach oben hin wird das Profil durch fernerkundliche
Schallsondierungen mittels SODAR-RASS bis in
eine Höhe von mehreren Hundert Metern über Grund fortgeführt.
Durch die Ergebnisse der intensiven Messungen soll eine exaktere Bestimmung
der ökosystemrelevanten Stoffflüsse ermöglicht und ein detaillierter
Einblick in die Dynamik der Entstehung kohärenter Strukturen geschaffen
werden.
Informationen über die Quellen und Senken des Kohlendioxids und
die Austauschprozesse mit der Atmosphäre soll die Messung von 13C
Isotopen liefern. Im Rahmen des WALDATEM Experiments werden die 13C-Flüsse
mittels der Relaxed Eddy Accumulation (REA) Methode gemessen. Dieses Messsystem
läuft oberhalb des Fichtenbestandes parallel zu den CO2
Flussmessungen des Standardmessprogramms auf 36 m Höhe. Es handelt
sich dabei um ein "whole air" REA System, in dem die Luftproben in einem
Zwischenreservoir gesammelt und anschließend in Glasflaschen abgefüllt
werden. Anschließend werden sie mit hoher Präzision im Isotopenlabor
des Max Planck Institutes für Biogeochemie in Jena analysiert. Aufschluss
über den zeitlichen Verlauf der Konzentrationen innerhalb des Fichtenbestandes
gibt ein kombiniertes CO2- / 13C-Profil.
Neben der Beobachtung von lokalen Prozessen innerhalb des Bestandes
dient es dazu, vertikale advektive Terme in der CO2 Bilanz zu
bestimmen. Zur automatischen Steuerung dieser Systeme verwenden wir die
selbst entwickelte Software ATEM und ATEM_profil. Die advektiven Luftbewegungen
im Stammraum des Bestandes werden an drei weiteren Türmen in 50 Meter
Abstand vom Hauptturm gemessen. In Kombination mit dem CO2-Konzentrationsmesssystem
"Hydra", das am National Center for Atmospheric Research entwickelt wurde,
sollen horizontale advektive Terme in der CO2 Bilanz erfasst
werden. Besonderes Interesse gilt dabei der Suche nach nächtlichen
Kaltluftabflüssen entlang der leichten Hangneigung.
Publikationsliste dieses Experiments
Thomas, C; Foken, T: Organised motion in a tall spruce canopy: temporal scales, structure spacing and terrain effects, Boundary-Layer Meteorology, 122, 123-147 (2007), doi:10.1007/s10546-006-9087-z -- Details |
Thomas, C; Foken, T: Flux contribution of coherent structures and its implications for the exchange of energy and matter in a tall spruce canopy, Boundary-Layer Meteorology, 123, 317-337 (2007), doi:10.1007/s10546-006-9144-7 -- Details |
Ruppert, J; Mauder, M; Thomas, C; Lüers, J: Innovative gap-filling strategy for annual sums of CO2 net ecosystem exchange, Agricultural and Forest Meteorology, 138, 5-18 (2006), doi:10.1016/j.agrformet.2006.03.003 -- Details |
Ruppert, J; Thomas, C; Foken, T: Scalar similarity for relaxed Eddy accumulation methods , Boundary-Layer Meteorology, 120, 39-63 (2006) -- Details |
Thomas, C; Mayer, JC; Meixner, FX; Foken, T: Analysis of the low-frequency turbulence above tall vegetation using a Doppler sodar, Boundary-Layer Meteorology, 119, 563-587 (2006), doi:10.1007/s10546-005-9038-0 -- Details |
Thomas, C; Foken, T: Detection of long-term coherent exchange over spruce forest, Theoretical and Applied Climatology, 80, 91-104 (2005) [Link] -- Details |
Ruppert, J: Woher kommt das CO2 in Universität Bayreuth: Spektrum, Nr. 3, 34-35 (2004) |
Siehe auch:- Diplomarbeit: Characterisation of the Atmospheric Boundary-Layer in a Complex Terrain using SODAR-RASS
- Doktorarbeit: Detection and analysis of coherent structures within and above tall-vegetated canopies
- Projekt: BITÖK-A3: Klimatologie und Deposition von Luftschadstoffen im Fichtelgebirge
- Projekt: BITÖK-A6: Einflüsse kohärenter Strukturen auf den Energie- und Stoffaustausch in hohen Beständen
- Projekt: BITÖK-A7: Messung turbulenter Flüsse von Kohlendioxid und stabilem Kohlenstoffisotop 13 über Pflanzenbeständen mit Hilfe der Relaxed Eddy Accumulation-Methode
- Schwerpunkt: CO2: Kohlendioxid-Flüsse
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