Bachelorarbeit

Statistische Zusammenhänge zwischen Feuchtigkeitsfilmen auf Fichtennadeln und Umweltparametern

Milan Flach (07/2012-09/2012)

Betreuer: Andreas Held

BSc-Arbeit, Universität Bayreuth, 43 S.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von Umweltparametern auf die Blattfeuchte zu untersuchen. Feuchtigkeitsfilme auf Nadeln der norwegischen Fichte (Picea abies) werden am Waldstein im Fichtelgebirge (Nordosten von Bayern) anhand von Spannungssensoren gemessen. Alle 2 min werden an jeweils 8 Sensoren in den Messhöhen 12 m und 21 m über dem Grund in der Frequenz 2 kHz Daten aufgezeichnet, deren Korrelation mit Umweltparametern (relative Luftfeuchte, Temperatur, Windgeschwindigkeit, Niederschlag, kurzwellige Globalstrahlung, Zeit nach letztem Niederschlagsereignis) anhand einer Hauptkomponentenanalye statistisch untersucht wird. Trockene und feuchte Deposition chemischer Verbindungen wird mit einem Modell über mittlere Konzentrationen im Nebel abgeschätzt. Die Daten werden im Gesamten, den 15 % der trockensten Fichtennadeln, 10 % der feuchtesten Fichtennadeln, in der Nacht (17:30 MEZ bis 4:00 MEZ) und am Tag (8:00 MEZ bis 16:00 MEZ), sowie in bestimmten Einzelereignissen getrennt analysiert. Die Signifikanz der Hauptkomponentenanalyse wird anhand einer parallelen Analyse eines vergleichbaren virtuellen Datensatzes normalverteilter Daten abgeschätzt. Im gesamten Datensatz besteht eine signifikante negative Korrelation zwischen Spannung an den Fichtennadeln und relativer Luftfeuchte (r2 = 0.74). Entgegen der Erwartung kann keine signifikante Korrelation zwischen Windgeschwindigkeit und Blattfeuchte festgestellt werden. Die trockensten Fichtennadeln zeigen Zusammenhänge der Feuchtigkeitsfilme, wie sie nach Verdunstungsmodellen zu erwarten wären. Die feuchtesten Fichtennadeln hingegen führen nicht zu einer Zunahme, sondern einer Abnahme der Spannung mit demWind, was auf höhere Durchlässigkeit der Blattgrenzschicht hindeutet und weitere Messungen erfordert. Zwischen den zwei Messhöhen treten in der Hauptkomponentenanalyse nur geringe Unterschiede auf. Eine Betrachtung stündlicher Boxplots zeigt, dass es in den Morgenstunden und Nachmittags in den feuchtesten 50 % der Daten im unteren Kronenraum feuchter ist als im oberen Kronenraum. Zudem können Niederschläge und Nebel insbesondere in der Nacht feuchtere Situationen im oberen Kronenraum verursachen. In Einzelereignissen wird das Auftreten von Hysterese der Blattfeuchte und extremen Veränderungen an bestimmtenWerten der relativen Luftfeuchte bei deren Absinken gezeigt. Eine statistische Quantifizieung verdeutlicht einen signifikanten Unterschied zwischen befeuchtenden und trocknenden Trends der relativen Luftfeuchte mit der Blattfeuchte. Die Blattfeuchte trocknender Trends zeigt eine Hysterese, welche nicht mit einer zeitlichen Verschiebung der Daten erklärbar ist. Es gibt Hinweise, dass Deliqueszenz - und Rekristallisationspunkte am Waldstein deponierter Verbindungen einen Einfluss auf die Blattfeuchte haben. Ein Zusammenhang zwischen Hysterese und Rekristallisation wird vermutet, der weiterer Forschung bedarf.