Masterarbeit
Influence of a clear cut on properties and vertical coupling of coherent structures
Fabian Eder (08/2011-01/2012)
Betreuer: Andrei Serafimovich, Thomas Foken
Bisher ist nur wenig über die Bedeutung von kohärenten Strukturen für den atmosphärischen Austausch in Waldökoystemen bekannt, insbesondere an Waldkanten. Deshalb sollen anhand dieser Arbeit die grundlegenden Eigenschaften kohärenter Strukturen zwischen Wald und einer benachbarten Freiflache beschrieben werden. Hierzu wurde ein methodischer Ansatz, der auf einer Waveletanalyse beruht und für homogene Waldbestände entwickelt wurde, auf ein gestörtes Waldökosystem angewandt. Im Rahmen des EGER-Projektes (ExchanGE processes in mountainous Regions) wurden dazu Eddy-Kovarianz Messungen in verschiedenen Höhen quer über eine Waldkante durchgeführt. Aus diesen hochfrequenten Turbulenzdaten wurden die mutmaßlich durch kohärente Strukturen verursachten, dominanten längeren Skalen entnommen. Dann wurden Zeit- und Längenskalen, die Beiträge kohärenter Strukturen zum Gesamtfluss und schließlich die vertikalen Kopplungszustände in Wald und Freifläche untersucht.
Die Zeitskalen zeigen, dass im Stammraum des Waldes bedeutend größere Strukturen zu finden sind. Dies deutet auf intermittierendes Auftreten von kohärenten Strukturen im Wald hin, wohingegen an der Waldkante und auf der Kahlschlagfläche ein vollständig entwickeltes Turbulenzregime vorliegt, was für bessere vertikale Kopplung an der Waldkante spricht. Andererseits tragen kohärente Strukturen an der Waldkante und über der Freifläche weniger zum Gesamtfluss bei als über dem benachbarten Wald. Entsprechend zeigen die vertikalen Kopplungszustände, die auf den kohärenten Flüssen basieren, keine bessere Kopplung an der Waldkante. Aber es könnten sich über der Kahlschlagfläche zusätzliche Strukturen ausbilden, welche die Routine nicht erfassen kann. Direkt an der Waldkante dominieren abwärts gerichtete Böen in der Nacht und Auftriebsbewegungen am Tage. Deshalb wird vermutet, dass es über der Freifläche weitere, größere Zirkulationen vorliegen, die durch Temperaturunterschiede zwischen Wald und Kahlschlag hervorgerufen werden. Diese verursachen in Abhängigkeit von der Tageszeit ein systematisches Ein- und Ausströmen von Luftpaketen an der Waldkante. Des Weiteren werden Böen und Auftriebsbewegungen auch durch das Windfeld an der Waldkante gebildet, je nachdem ob die Waldkante eine Anströmkante oder eine Rückflanke darstellt. Insgesamt zeigen die Beobachtungen, dass zusätzliche Transportmechanismen an der Waldkante vorhanden sind, die jedoch nicht in der verwendeten Routine berücksichtigt werden.