Uni-Bayreuth

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Diplomarbeit

Anwendung des Evapotranspirationsmodells AMBETI auf die Verdunstungsberechnung im Raum Weißenstadt (Fichtelgebirge)

Christian Neuner (07/2000-12/2000)

Betreuer: Thomas Foken

In der vorliegenden Arbeit kommt eine veränderte Version des SVAT-Modells (Soil-Vegetation-Atmosphere-Transfer) AMBETI (Agrarmeteorologisches Modell zur Berechnung von Evaporation, Transpiration und Interzeption) des Deutschen Wetterdienstes zum Einsatz, um die Evapotranspiration im Weißenstädter Becken, im Nordosten Bayerns, auf mikroskaligem Niveau zu berechnen. Die Evapotranspiration wird dabei in Abhängigkeit von Vegetationsart (Sommergerste und Wiese), Niederschlagsmenge und Bodenprofil für die Jahre 1998 und 1999 bestimmt. Die modellierten Verdunstungswerte werden mit qualitativ hochwertigen Meßdaten des VOITEX-99-Experiments, das im Juli 1999 im Weißenstädter Becken durchgeführt und bei dem die latente Wärme mit der Eddy-Kovarianz-Methode ermittelt wurde, verglichen. In einem weiteren Schritt wird die Turbulenzparametrisierung in AMBETI verbessert, wobei die Parametrisierungsansätze nach Businger in der Normierung nach HÖGSTRÖM (1988) und nach SKEIB UND RICHTER (1984) Verwendung finden. Die Ergebnisse der modifizierten Modelle werden den Ergebnissen der ursprünglichen Version AMBETIs und den Meßwerten des VOITEX-99-Experiments gegenübergestellt. Neben diesen beiden Hauptteilen dieser Arbeit wird eine Sensitivitätsanalyse einiger Modellparameter in AMBETI mit der GLUE-Methode (Generalised Likelihood Uncertainty Estimation) nach BEVEN UND BINLEY (1992) verwirklicht.

Die für die Jahre 1998 und 1999 gewonnenen Ergebnisse der Evapotranspiration zeigen, daß unter den extrem nassen Bedingungen im Weißenstädter Becken die unterschiedlichen Bodenprofile nahezu keinen Einfluß auf die jährlichen Evapotranspirationswerte haben. Auch leicht erhöhte bzw. erniedrigte Niederschlagsmengen führen zu nur geringfügigen Änderungen in den jährlichen Evapotranspirationsmengen. Die Böden im Weißenstädter Becken sind wassergesättigt und als Konsequenz nähert sich die aktuelle Evapotranspiration der potentiellen an. Für die Vegetationsart Sommergerste werden höhere jährliche Verdunstungswerte berechnet als für die Vegetationsart Wiese. Im Vergleich der simulierten Werte der Evapotranspiration mit den Meßwerten des VOITEX-99-Experiments fällt auf, daß die jährlichen und täglichen Evapotranspirationswerte von AMBETI relativ gut wiedergegeben werden können. Bei den stündlich berechneten Werten kann es allerdings zu signifikanten Abweichungen kommen. Der simulierte Verlauf der Evapotranspiration kann der Dynamik des turbulenten Austausches unter extrem labilen Verhältnissen an Strahlungstagen nicht folgen. Die Verbesserungen der Turbulenzparametrisierung nach HÖGSTRÖM (1988) und nach SKEIB UND RICHTER (1984) haben nahezu keine Bedeutung bei der Bestimmung der Evapotranspiration in AMBETI. Bezüglich der ursprünglichen Version AMBETIs treten nur geringfügige Änderungen in der jährlichen Verdunstungsmenge auf. Im Vergleich mit anderen Programmteilen AMBETIs, wie zum Beispiel der Parametrisierung des Gesamt-Stomata-Widerstands, hat die Parametrisierung der Turbulenz nur einen geringen Einfluß auf die Evapotranspiration in dem betrachteten Zeitraum des VOITEX-99-Experiments. Die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse mit der GLUE-Prozedur zeigen zum einen, daß die Parameter minimaler Stomata-Widerstand und Wasserpotential im Boden, ab dem Pflanzenwasserstreß auftritt, gegenüber den auch betrachteten Parametern Blattbreite und Bodenwasserpotential, ab dem die Stomata völlig geschlossen sind, bei der Anpassung des Modells an die Meßwerte eine merkliche Rolle spielen. Es existieren zahlreiche Parametersätze, die die gemessenen Daten mit gleicher Modellgüte beschreiben können. Dies gibt Anlaß zur Überlegung, daß das Modell möglicherweise überparametrisiert ist. Zum anderen demonstrieren die Ergebnisse, daß mit einer geeigneten Wahl der Kalibrierungsparameter AMBETIs eine Verbesserung bei der Kalkulation der Evapotranspirationswerte erzielt werden kann.

Letzte Änderung 12.12.2003