Waldstein, 12.05. - 18.07.2003

WALDATEM-2003

Von 05/2003 bis 12/2004

Experimentleiter: Thomas Foken
Mitarbeiter: Christoph Thomas, Johannes Ruppert, Theresa Bertolini, Johannes Lüers, Johannes Olesch, Jens-Christopher Mayer, Joel Schröter, Gennady N. Panin

Sommerexperiment WALDATEM 2003 am Messturm Waldstein Weidenbrunnen

Im Rahmen der BITÖK-Forschungen dient dieses komplexe Experiment der intensiven Untersuchung von kohärenten Strukturen und Kohlenstoffflüssen in und über einem hohen Fichtenwald, dessen Name sich von den verwendeten Analysesystemen herleitet (WALD = WaveLet Detection, ATEM = Atmospheric TurbulencE Measurement) mit umfassender Instrumentierung des Hauptmessturmes.

Kohärente Strukturen sind niederfrequente gut organisierte Luftwirbel, die sich in ihren Zeit- und Raumskalen deutlich von der atmosphärischen Turbulenz unterscheiden und deren z. T. erheblicher Flussanteil durch die herkömmliche Eddy-Kovarianz-Methode nur unzureichend oder falsch erfasst wird. Zur Detektion und Analyse wird die selbstentwickelte Software WALDSCHRAT (WAveLet Detection Software for CoHerent Ramp paTterns) verwendet, die durch die implementierte Wavelet-Transformation sowohl individuelle kohärente Strukturen, als auch ihre statistischen Eigenschaften erkennt.

Die Eingangsdaten werden durch ein Vertikalprofil von sechs Ultraschallanemometern erhoben, das den Stamm- und Kronenraum und Teile der darüber liegenden rauen Unterschicht umfasst. Vier Messhöhen sind zusätzlich mit schnellen CO2 und/oder H2O Analysatoren ausgestattet, um direkt den Kohlenstofffluss und die Verdunstung zu bilanzieren. Neben diesen zeitlich hoch aufgelösten Windmessungen, werden zusätzlich durch Schalensternanemometer mittlere Vertikalprofile des Windes im Bestand erfasst. Nach oben hin wird das Profil durch fernerkundliche Schallsondierungen mittels SODAR-RASS bis in eine Höhe von mehreren Hundert Metern über Grund fortgeführt. Durch die Ergebnisse der intensiven Messungen soll eine exaktere Bestimmung der ökosystemrelevanten Stoffflüsse ermöglicht und ein detaillierter Einblick in die Dynamik der Entstehung kohärenter Strukturen geschaffen werden.

Informationen über die Quellen und Senken des Kohlendioxids und die Austauschprozesse mit der Atmosphäre soll die Messung von 13C Isotopen liefern. Im Rahmen des WALDATEM Experiments werden die 13C-Flüsse mittels der Relaxed Eddy Accumulation (REA) Methode gemessen. Dieses Messsystem läuft oberhalb des Fichtenbestandes parallel zu den CO2 Flussmessungen des Standardmessprogramms auf 36 m Höhe. Es handelt sich dabei um ein "whole air" REA System, in dem die Luftproben in einem Zwischenreservoir gesammelt und anschließend in Glasflaschen abgefüllt werden. Anschließend werden sie mit hoher Präzision im Isotopenlabor des Max Planck Institutes für Biogeochemie in Jena analysiert. Aufschluss über den zeitlichen Verlauf der Konzentrationen innerhalb des Fichtenbestandes gibt ein kombiniertes CO2- / 13C-Profil.

Neben der Beobachtung von lokalen Prozessen innerhalb des Bestandes dient es dazu, vertikale advektive Terme in der CO2 Bilanz zu bestimmen. Zur automatischen Steuerung dieser Systeme verwenden wir die selbst entwickelte Software ATEM und ATEM_profil. Die advektiven Luftbewegungen im Stammraum des Bestandes werden an drei weiteren Türmen in 50 Meter Abstand vom Hauptturm gemessen. In Kombination mit dem CO2-Konzentrationsmesssystem "Hydra", das am National Center for Atmospheric Research entwickelt wurde, sollen horizontale advektive Terme in der CO2 Bilanz erfasst werden. Besonderes Interesse gilt dabei der Suche nach nächtlichen Kaltluftabflüssen entlang der leichten Hangneigung.

Publikationsliste dieses Experiments

Thomas, C; Foken, T: Organised motion in a tall spruce canopy: temporal scales, structure spacing and terrain effects, Boundary-Layer Meteorology, 122, 123-147 (2007), doi:10.1007/s10546-006-9087-z -- Details
Thomas, C; Foken, T: Flux contribution of coherent structures and its implications for the exchange of energy and matter in a tall spruce canopy, Boundary-Layer Meteorology, 123, 317-337 (2007), doi:10.1007/s10546-006-9144-7 -- Details
Ruppert, J; Thomas, C; Foken, T: Scalar similarity for relaxed Eddy accumulation methods , Boundary-Layer Meteorology, 120, 39-63 (2006) -- Details
Göckede, M; Thomas, C; Markkanen, T; Ruppert, J; Mauder, M; Foken, T: On the sensitivity of Lagrangian stochastic footprint modeling to within canopy flow statistics derived from wavelet analysis, Report Series in Aerosol Science, 79, 247-249 (2006)
Ruppert, J; Mauder, M; Thomas, C; Lüers, J: Innovative gap-filling strategy for annual sums of CO2 net ecosystem exchange, Agricultural and Forest Meteorology, 138, 5-18 (2006), doi:10.1016/j.agrformet.2006.03.003 -- Details
Thomas, C; Mayer, JC; Meixner, FX; Foken, T: Analysis of the low-frequency turbulence above tall vegetation using a Doppler sodar, Boundary-Layer Meteorology, 119, 563-587 (2006), doi:10.1007/s10546-005-9038-0 -- Details
Thomas, C; Foken, T: Detection of long-term coherent exchange over spruce forest, Theoretical and Applied Climatology, 80, 91-104 (2005) [Link] -- Details
Ruppert, J: Woher kommt das CO2 in Universität Bayreuth: Spektrum, Nr. 3, 34-35 (2004)


Siehe auch:
  • Diplomarbeit: Characterisation of the Atmospheric Boundary-Layer in a Complex Terrain using SODAR-RASS
  • Doktorarbeit: Detection and analysis of coherent structures within and above tall-vegetated canopies
  • Projekt: BITÖK-A3: Klimatologie und Deposition von Luftschadstoffen im Fichtelgebirge
  • Projekt: BITÖK-A6: Einflüsse kohärenter Strukturen auf den Energie- und Stoffaustausch in hohen Beständen
  • Projekt: BITÖK-A7: Messung turbulenter Flüsse von Kohlendioxid und stabilem Kohlenstoffisotop 13 über Pflanzenbeständen mit Hilfe der Relaxed Eddy Accumulation-Methode
  • Schwerpunkt: CO2: Kohlendioxid-Flüsse
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