Diplomarbeit
Einsatzvorbereitung einer REA-Anlage über Wiesenflächen
Jörg Hübner (03/2009-06/2010)
Betreuer: Thomas Foken
Die turbulenten Flüsse einiger Spurengase, sowie deren Isotopenverhältnisse können aufgrund fehlender Analysatoren nicht direkt mit Hilfe der Eddy-Kovarianz-Methode (EC) bestimmt werden. Hierfür sind die Eddy-Akkumulations-Methoden (EA) ein geeignetes Verfahren, indem sie die Eddy-Kovarianz-Methode mit einem Eddy-Akkumulator kombinieren. Ein Eddy-Akkumulator sieht vor, dass die Probenluft abhängig vom Vertikalwind in unterschiedlichen Reservoiren gesammelt wird, um sie später im Labor zu analysieren. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Relaxed-Eddy-Akkumulations-Anlage (REA-Anlage) nach langer Standzeit wieder für den Einsatz vorzubereiten. Durchgeführte Labortests zeigen, dass die REA-Anlage, trotz einiger Modifikationen, wie größere Folienballons als Zwischenreservoir und dem Einbau eines Drucksensors, sehr exakte Ergebnisse für 13C liefert und somit weiterhin sehr gut für die Bestimmung von 13C-Flüssen geeignet ist. Durch den Einbau des Drucksensors konnte eine erhebliche Sicherheitslücke im System geschlossen werden, da mit der Überwachung des Drucks mögliche Lecks erkannt werden können. Auch die neuen Folienballons zeigen keinerlei Einfluss auf die Probenluft und die gemessenen δ13C -Werte weichen nur geringfügig von einer Probe direkt aus der Gasflasche ab. Neben der technischen Vorbereitung der REA-Anlage wurde im Zeitraum vom 31.08.2009 bis 27.09.2009 für acht Golden Days eine Simulation der Hyperbolischen-Relaxed-Eddy- Akkumulations-Methode (HREA-Methode) für den Wiesenstandort „Voitsumra“ im Fichtelgebirge (Nordostbayern) durchgeführt. Die HREA-Simulation liefert einen Anhaltspunkt für die richtige hyperbolische Totbandgröße Hh und den Koeffizienten b für Messungen mit der REA-Anlage im Sommer 2010. Hierbei wurde die HREA-Simulation neben dem Skalar von Interesse (CO2) mit zwei weiteren Proxyskalaren (Temperatur und Wasserdampf) durchgeführt. Die Größe des hyperbolischen Totbandes von Hh = 1.0 erwies sich als geeignetes Auswahlkriterium, um neben ausreichenden Konzentrationsdifferenzen nahezu gleiche Verteilungen der Austauschereignisse zwischen Auf- und Abwinden zu erhalten. Dies ist für eine exakte Bestimmung des 13C-Flusses erforderlich. Die Ergebnisse der Simulation zeigen für fünf der acht Golden Days, bei hoher skalarer Ähnlichkeit zwischen dem Skalar von Interesse und dem verwendeten Proxyskalar, eine gute Anpassung zwischen dem simulierten HREA-CO2-Fluss und dem ermittelten EC-CO2-Fluss. Hierbei liegen die Koeffizienten b für die drei Skalare größtenteils in einem Bereich von 0.16 - 0.27. Die Koeffizienten b zeigten während des Tages erhebliche Schwankungen, woraufhin für die Anpassung des Flusses ein variabler Koeffizient verwendet wurde. Mit Abnahme der skalaren Ähnlichkeit kommt es zu einer Überschätzung des simulierten Flusses von bis zu 20 % für Wasserdampf und bis zu 40 % Unterschätzung für die fühlbare Wärme. Nach dem 21.09.2009 kam der CO2-Fluss in Richtung Bestand aufgrund der Mahd zum erliegen. Durch einen geringen CO2-Fluss vom Bestand weg wurde insgesamt ein positiver EC-CO2-Fluss gemessen. Durch die geringe Flussstärke des EC-CO2-Flusses ergeben sich bei der HREA-Simulation relativ große Fehler, weshalb der simulierte Fluss nicht richtig bestimmt wurde. Es ergab sich ein negativer HREA-Fluss. Aufgrund der unterschiedlichen Richtung der Flüsse, wurden bei der Simulation negative Koeffizienten b berechnet. Auf die Wärmeflüsse und somit auf die beiden verwendeten Proxyskalare hatte die Mahd einen erheblich geringeren Einfluss, was sich in einer signifikanten Abnahme der skalaren Ähnlichkeit zum Skalar von Interesse widerspiegelte. Die Verwendung der Proxyskalare für die Bestimmung des HREA-CO2 -Flusses führte zu einer deutlichen Überschätzung gegenüber dem tatsächlichen CO2 -Fluss.