Diplomarbeit
Auswertung von Turbulenzmessgerätevergleichen unter besonderer Berücksichtigung von EBEX-2000
Matthias Mauder (10/2001-03/2002)
Betreuer: Thomas Foken
Gegenstand dieser Untersuchungen sind fünf Typen von Ultraschallanemometern, die derzeit weite Anwendung für Turbulenzmessungen in der Atmosphäre finden. Diese sind das CSAT3 (Campbell Scientific), Solent HS (Gill Instruments), das New UW-Probe (NCAR), USA-1 (Metek) und das Model 81000 (R.M. Young). Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Auswertung des EBEX-2000 Feldmessgerätevergleichs. Um die Charakterisierung der Geräte zu ergänzen, werden die Ergebnisse weiterer Vergleichsexperimente vergleichend analysiert. Zusätzlich werden drei Typen von Ultraschallanemometern in einer Windkanalstudie näher untersucht. Im Rahmen des Messgerätevergleiches werden die Größen Horizontal-windgeschwindigkeit, Varianz des Vertikalwindes, Varianz der akustischen Temperatur, Schubspannungsgeschwindigkeit und Auftriebsstrom berechnet. Um eine möglichst gute Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, werden die Messdaten nach der Planar Fit Methode transformiert und die Moore-Korrektur spektraler Verluste durch Mittelung über unterschiedliche Messstreckenlängen durchgeführt. Das CSAT3 und das New UW-Probe weisen die höchste Qualität der Messungen auf. Die übrigen Typen von Ultraschallanemometern zeigen besonders bei der Messung der Fluktuationen Vertikalwindkomponente deutliche Abweichungen von der Referenz. Diese bewirken Unsicherheiten bei der Bestimmung der Schubspannungsgeschwindigkeit und der vertikalen Austauschflüsse mit sich. Die Messergebnisse des USA-1 zeigen eine signifikante Abhängigkeit der vom Anströmwinkel, die wahrscheinlich durch Eigenkorrelation unter den Windkomponenten verursacht wird. Beim Young 81000 stimmen die mittleren Schubspannungsgeschwindigkeiten aufgrund einer nicht dokumentierten, internen Korrektur zwar gut mit der Referenz überein, einzelne Messwerte zeigen allerdings stärkere Abweichungen.