Master Thesis
Einfluss der Mischungsschichthöhe auf dasWindprofil über einem bewaldeten Standort
Sebastian Varga (05/2013-04/2015)
Support: Thomas Foken, Lukas Pauscher
This master thesis aims to measure the influence of the top of the mixed layer on a hilly forest site. To do this, the top of the mixed layer that was determined with a ceilometer by the software installed in the device and in turn compared with a top of the mixed layer that was made with the slab model. In order to model the windprofile, simple methods (logarithmic windprofile, Power Law) were compared to complex methods which use the top of the mixed layer (Windprofiles from Gryning et al. (2007); Peña et al. (2009b)). However, because of the heterogeneity of the area it was necessary that the roughness was determined in an alternative way that has been not used before and to determine the top of the mixed layer with the method of Peña et al. (2009b). In order to eliminate the anomalies, which occurred in the measured top of the mixed layer the so called cloud correction was developed. The top of the mixed layer that was determined by a ceilometer’s interal software can be corrected with it.To do this, the cloudiness was determined with a Pyranometer and, with the anomalies in the ceilometer’s measurement, detected and finally corrected. The top of the mixed layer that was modelled after the Slab-model shows good quality. The quality of the measured top of the mixed layer could improved by cloud correction. The evaluation shows that the best model quality at day and at night (here the quality is always bad) can be achieved by the power law with the exponents 1/7. I conclude that can there is no relevant influence of the top of the mixed layer on the wind profiles.
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, den Einfluss der Mischungsschichthöhe auf die Windprofile auf einer bewaldeten Hügelkuppe zu bestimmen. Hierfür wurde die Mischungsschichthöhe mit dem Ceilometer und dessen installierter Software bestimmt und mit der, durch das Slab-Modell modellierten, Mischungsschichthöhe verglichen. Für die Windprofile wurden einfache Ansätze (logarithmisches Windprofil, Potenzansatz), mit komplexeren Ansätzen, wel- che die Mischungsschichthöhe berücksichtigen, (Windprofile nach Gryning et al. (2007); Peña et al. (2009b) erstellt und miteinander verglichen. Die Heterogenität des Geländes erforderte, dass einerseits die Rauigkeit abweichend von dem, in der Literatur üblichen Verfahren ermittelt wurde, anderseits war für das Windprofil (nach Gryning et al., 2007) die mittlere Mischungsschichtshöhe nach dem alternativen Ansatz (nach Peña et al., 2009b) zu ermitteln. Um die Ausreißer in der gemessenen Mischungsschichtshöhe zu entfernen, wurde das Verfahren der Wolkenkorrektur, entwickelt, mit dem, durch geräteinterne Parameter des Ceilometers, die bestimmte Mischungsschichthöhe korrigiert werden konnten. Hierfür wurde mittels einem Pyranometer die Bewölkung ermittelt und mittels dieser Ausreißer in der Ceilometermessung als solche detektiert und anschließend korrigiert. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit war die Entwicklung und Programmierung einer automatisierten Auswertungsroutine in Matlab. Das Slab-Modell bildet die Mischungsschichthöhe am Vormittag mit guter Qualität ab. Die Qualität der gemessenen Mischungsschichthöhe konnte mittels der Wolkenkorrektur verbessert werden. Die Auswertung zeigte, dass der Potenzansatz mit dem Exponent 1/7 am Tag und auch in der Nacht (hier ist die Qualität immer schlecht) für die Messhöhe 135 m die beste Modellqualität ergibt. Dies bedeutet, dass die Mischungsschichthöhe auf die Windprofile keinen Einfluss hat.