Diplomarbeit
Messtechnische und messmethodische Einflussfaktoren bei der Schließung der Energiebilanz am Erdboden
Claudia Liebethal (11/2000-04/2001)
Betreuer: Thomas Foken
(Claudia Bruckmeier)
In der vorliegenden Arbeit wird untersucht,
inwieweit sich Korrekturverfahren für Energie-flüsse auf die
Schließung der Energiebilanz am Erdboden auswirken. Zur Diskussion
ste-hen die Effekte der Dome- und f-Korrektur, der Moore-Korrektur und
der Webb-Korrektur. Andere Faktoren, die ebenfalls als Ursache für
das Residuum gelten, wurden so weit wie möglich vermieden oder werden
in dieser Arbeit nicht besprochen (beispielsweise Wärmespeicherung
im Boden). Als Grundlage der Untersuchung dienen Daten, die wäh-rend
des Energiebilanzexperiments EBEX-2000 erfasst und auf ihre Verwendbarkeit
be-züglich der Qualität und der meteorologischen Bedingungen
geprüft wurden. Wichtiger Aspekt der Arbeit sind die strahlungsintensiven,
heißen und feuchten Bedingungen wäh-rend des Experiments.
Die Dome- und die f-Korrektur eliminieren den Einfluss
der Silikonhaube von Pyrgeome-tern bzw. des langwelligen Anteils der solaren
Strahlung auf Messungen der atmosphäri-schen Gegenstrahlung. Im untersuchten
Datensatz konnten die beiden Korrekturen das Residuum um 7 % senken. Dieser
hohe Wert ist auf die intensive Einstrahlung während des Experiments
zurückzuführen. Die auf fühlbaren und latenten Wärmestrom
anzuwendende Moore-Korrektur gleicht spektrale Verluste bei der Erfassung
dieser Flüsse aus. Spektrale Verluste werden durch Zeitkonstanten,
Sensordesign und -anordnung und Datenverarbeitung verursacht. Die Kor-rektur
kann durch eine Parametrisierung der Effekte verschiedener Faktoren und
der theo-retischen Energiedichtespektren erfolgen. Hierbei ist auf die
Verwendung korrekter und für die meteorologischen Bedingungen zutreffender
Spektren bzw. Kospektren zu achten. Im vorliegenden Datensatz konnte die
Moore-Korrektur etwa 10 % des Residuums erklären. Haupteinflussfaktor
war die Separation von Messgeräten. Die Webb-Korrektur für den
latenten Wärmestrom wird benötigt, da Beimengungsflüsse
häufig mit der Kovarianz von Vertikalwind und Partialdichte der Beimengung
gleichge-setzt werden. Diese Art der Berechnung vernachlässigt relevante
Terme der exakten Be-stimmungsgleichung. Die für eine Korrektur erforderliche
Parametrisierung des mittleren Vertikalwinds kann auf unterschiedliche
Arten durchgeführt werden. Die verschiedenen Parametrisierungsansätze
erzeugen für die EBEX-Daten wenig unterschiedliche Korrek-turterme
und verringern das Residuum um lediglich 3 %. Bei der Anwendung auf andere
Beimengungsflüsse (beispielsweise CO2 oder O3) kann die Korrektur
eine größere Bedeu-tung erlangen. Die Kombination aller eingesetzten
Korrekturverfahren erhöht die Schließung der Ener-giebilanz
von 64 % bei den unkorrigierten Daten auf 72 % bei vollständig korrigierten
Daten. Dies entspricht einer Senkung des Residuums um 20 %. Somit können
die Korrek-turen als wichtiger Schritt zur Schließung der Energiebilanz
betrachtet werden.