Uni-Bayreuth

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Diplomarbeit

Messtechnische und messmethodische Einflussfaktoren bei der Schließung der Energiebilanz am Erdboden

Claudia Liebethal (11/2000-04/2001)

Betreuer: Thomas Foken

(Claudia Bruckmeier)

In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit sich Korrekturverfahren für Energie-flüsse auf die Schließung der Energiebilanz am Erdboden auswirken. Zur Diskussion ste-hen die Effekte der Dome- und f-Korrektur, der Moore-Korrektur und der Webb-Korrektur. Andere Faktoren, die ebenfalls als Ursache für das Residuum gelten, wurden so weit wie möglich vermieden oder werden in dieser Arbeit nicht besprochen (beispielsweise Wärmespeicherung im Boden). Als Grundlage der Untersuchung dienen Daten, die wäh-rend des Energiebilanzexperiments EBEX-2000 erfasst und auf ihre Verwendbarkeit be-züglich der Qualität und der meteorologischen Bedingungen geprüft wurden. Wichtiger Aspekt der Arbeit sind die strahlungsintensiven, heißen und feuchten Bedingungen wäh-rend des Experiments.
Die Dome- und die f-Korrektur eliminieren den Einfluss der Silikonhaube von Pyrgeome-tern bzw. des langwelligen Anteils der solaren Strahlung auf Messungen der atmosphäri-schen Gegenstrahlung. Im untersuchten Datensatz konnten die beiden Korrekturen das Residuum um 7 % senken. Dieser hohe Wert ist auf die intensive Einstrahlung während des Experiments zurückzuführen. Die auf fühlbaren und latenten Wärmestrom anzuwendende Moore-Korrektur gleicht spektrale Verluste bei der Erfassung dieser Flüsse aus. Spektrale Verluste werden durch Zeitkonstanten, Sensordesign und -anordnung und Datenverarbeitung verursacht. Die Kor-rektur kann durch eine Parametrisierung der Effekte verschiedener Faktoren und der theo-retischen Energiedichtespektren erfolgen. Hierbei ist auf die Verwendung korrekter und für die meteorologischen Bedingungen zutreffender Spektren bzw. Kospektren zu achten. Im vorliegenden Datensatz konnte die Moore-Korrektur etwa 10 % des Residuums erklären. Haupteinflussfaktor war die Separation von Messgeräten. Die Webb-Korrektur für den latenten Wärmestrom wird benötigt, da Beimengungsflüsse häufig mit der Kovarianz von Vertikalwind und Partialdichte der Beimengung gleichge-setzt werden. Diese Art der Berechnung vernachlässigt relevante Terme der exakten Be-stimmungsgleichung. Die für eine Korrektur erforderliche Parametrisierung des mittleren Vertikalwinds kann auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden. Die verschiedenen Parametrisierungsansätze erzeugen für die EBEX-Daten wenig unterschiedliche Korrek-turterme und verringern das Residuum um lediglich 3 %. Bei der Anwendung auf andere Beimengungsflüsse (beispielsweise CO2 oder O3) kann die Korrektur eine größere Bedeu-tung erlangen. Die Kombination aller eingesetzten Korrekturverfahren erhöht die Schließung der Ener-giebilanz von 64 % bei den unkorrigierten Daten auf 72 % bei vollständig korrigierten Daten. Dies entspricht einer Senkung des Residuums um 20 %. Somit können die Korrek-turen als wichtiger Schritt zur Schließung der Energiebilanz betrachtet werden.

Letzte Änderung 12.12.2003