Diplomarbeit
Untersuchung der lokalen Einflüsse auf die meteorologischen Messungen an der Station ‚Weidenbrunnen' (Waldstein/Fichtelgebirge)
Alexander Mangold (11/1998-05/1999)
Betreuer: Thomas Foken
Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist es, eine Charakterisierung der lokalen Einflüsse eines komplexen Waldgebietes im Fichtelgebirge, nahe Bayreuth in Deutschland, auf Turbulenzmessungen vorzunehmen. Für den Standort Weidenbrunnen ist dies sehr wichtig, da dort u.a. Eddy-Korrelations-, bzw. Relaxed-Eddy-Korrelations-Messungen durchgeführt werden, bzw. geplant sind. Die dieser Arbeit zugrundeliegenden Daten wurden im Juli/August 1998 mit einem zusätzlichen Turbulenzmeßkomplex (CSAT3, KH20, Pt-150 Ohm) ermittelt. Diese Daten wurden mit Meßwerten aus dem dort laufenden EUROFLUX-Projekt verglichen und bewertet. Es wurden die integralen Turbulenzcharakteristika für den Vertikal- und Horizontalwind, sowie für die Flüsse von fühlbarer und latenter Wärme und dem Auftriebsstrom stabilitäts- und windrichtungsabhängig analysiert. Für diese Parameter wurde der Qualitätstest nach FOKEN UND WICHURA (1996) angewandt, um Einflüsse der Unterlage auf die jeweiligen Größen zu charakterisieren. Mit den Parametern Standardabweichung der Windrichtung, Turbulenzintensität und Neigung des Windfeldes wurde eine Charakterisierung des horizontalen Windfeldes vorgenommen. Die Methode der integralen Turbulenzcharakteristika zur Bestimmung von Beimengungsflüssen wurde auf ihre Anwendbarkeit am Standort Weidenbrunnen überprüft. Für die Standortsbewertung wurde auch eine ausführliche Footprint-Analyse anhand des Modells nach SCHMID (1997) durchgeführt.
Für das horizontalwindabhängige turbulente Windfeld konnten die drei Sektoren ESE-SSW, SSW-W und W-NNW voneinander abgegrenzt werden, wobei der Sektor SSW-W gegenüber den beiden anderen Sektoren deutlich höhere Werte für die Standardabweichung der Windrichtung und die Neigung des Windfeldes zeigte. Für die Vertikalwindkomponente wurde jedoch für alle untersuchten Windrichtungen (ESE-NNW) und den untersuchten Stabilitätsbereich (-0,5 < z/L <0,5) keine nach-haltige Störung ermittelt. Für die integrale Turbulenzcharakteristik des Horizontalwinds wurden Hinweise gefunden, daß eine Skalierung nach den Gesetzen der Mischungsschicht, anstelle derjenigen für die bodennahe Schicht adäquater ist. Für die drei untersuchten Wärmeflüsse konnte kein wind-richtungsabhängiger Einfluß ermittelt werden. Die gemessenen Wärmeflüsse konnten mit der Methode der Fluß-Varianz-Ähnlichkeiten bei labiler Schichtung sehr gut beschrieben werden. Bei der Footprint-Analyse ließ sich das Windfeld in die obigen drei Sektoren einteilen. Es wurde ein klarer Zusammenhang zwischen den Dimensionen der Quellgebiete und der Qualität der Fluß-Varianz-Ähnlichkeiten für die Wärmeflüsse nachgewiesen. Der Bestand Weidenbrunnen selbst ist nur zu einem geringen Anteil am Meßsignal beteiligt. Die unterschiedlichen Ergebnisse für das horizontale, bzw. vertikale Windfeld deuteten auf verschiedene Einflußgebiete für Skalare, bzw. Flüsse hin. Insgesamt kann festgestellt werden, daß bei Beachtung einer strengen Qualitätskontrolle am Standort Weidenbrunnen qualitativ hochwertige Turbulenzmessungen durchgeführt werden können.