Einflüsse kohärenter Strukturen auf den Energie- und Stoffaustausch in hohen Beständen

BITÖK-A6

Von 01/2002 bis 12/2004

Projektleiter: Thomas Foken
Mitarbeiter: Christoph Thomas, Jens-Christopher Mayer
Bewilligung: 0339476 D Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Ökosystemen bei veränderter Umwelt

Ziel ist es, ein besseres Verständnis des durch kohärente Strukturen stattfindenden Energie- und Stoffaustausches zu entwickeln. Es handelt sich dabei um räumlich und zeitlich stark lokalisierte Turbulenzaus- und -einbrüche, die durch klassische Verfahren nicht erfasst werden. Für diesen Zweck sollen statistische Verfahren, Wavelets, eingesetzt werden, deren Anwendbarkeit auf Transportprozesse in Waldbeständen nachgewiesen wurde und die in den letzten Jahren in der Abt. Mikrometeorologie der Universität Bayreuth für eine "energieerhaltende Bearbeitung" weiterentwickelt wurden. Ursachen und Dynamik des kohärenten Energie- und Stoffaustausches sollen besser verstanden werden, um seine Größenordnung abschätzen zu können. Es soll sowohl ein Beitrag zur Diskussion über C-Quellen bzw. -Senken und des Verdunstungsprozesses in Waldgebieten als auch zur Verbesserung von im Einsatz befindlichen Bestimmungsverfahren geleistet werden. In erster Linie geht es um die Abschätzung des Einflusses auf die Relaxed-Eddy-Accumulation-Methode (REA) und die Transilient-Modellierung des Energie- und Stoffaustausches in Waldbeständen. Hier ist unter anderem an Verbesserungen der Transilient-Matrix gedacht, die prinzipiell in der Lage ist, kohärente Strukturen abzubilden. Des Weiteren sollen Wege aufgezeigt werden, wie Stoffe aus dem Boden (Wasserdampf, Kohlendioxid) in die Atmosphäre gelangen. Experimentell basiert das Projekt auf dem laufenden Dauermessprogramm für den Energie- und Stoffaustausch durch Wasserdampf- und Kohlendioxidmessungen durch Eddy-Covariance-Methoden (EC) an der Station "Weidenbrunnen", welches fortgesetzt werden soll. Die Messungen sind eingebettet in das meteorologische Routine-Messprogramm mit Zusatzmessungen. Die statistische Bearbeitung erfolgt mit einem Wavelet-Programm. Dabei sollen die charakteristischen Strukturen, Frequenzen usw. von Turbulenzausbrüchen festgestellt werden. Die durch die Wavelet-Analyse vorhandene Möglichkeit, die Energieverteilung in zeitlich lokalisierten Spektren zu bestimmen, gestattet quantitative Aussagen.

Publikationsliste dieses Projekts

Zhang, G; Thomas, C; Leclerc, MY; Karipot, A; Gholz, HL; Binford, M; Foken, T: On the effect of clearcuts on turbulence structure above a forest canopy, Theoretical and Applied Climatology, 88, 133-137 (2007), doi:10.1007/s00704-006-0250-8 -- Details

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

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

Ruppert, J; Thomas, C; Foken, T: Scalar similarity for relaxed Eddy accumulation methods , Boundary-Layer Meteorology, 120, 39-63 (2006) -- Details

Thomas, C; Foken, T: Detection of long-term coherent exchange over spruce forest, Theoretical and Applied Climatology, 80, 91-104 (2005) [Link] -- Details

Thomas, C; Foken, T: Re-evaluation of integral turbulence characteristics and their parameterisations. 15th Conference on Turbulence and Boundary Layers, Wageningen, NL, 15-19 July 2002, Am. Meteorol. Soc., 129-132 (2002)

Thomas, C; Wichura, B; Foken, T: Integrale Turbulenzcharakteristiken - ein Überblick, Österr. Beitr. Meteorol. & Geophys.(Extended Abstract and pdf-file on CD), 27, 223 (2001)

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
• Experiment: WALDATEM-2003: Waldstein, 12.05. - 18.07.2003
• Schwerpunkt: CO2: Kohlendioxid-Flüsse
• Schwerpunkt: QA/QC: Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle mikrometeorologischer Messungen