Masterarbeit
Quality assessment tool for flux measurements under changing land use conditions
Wolfgang Babel (10/2008-03/2009)
Betreuer: Thomas Foken
Turbulente Flussmessungen liefern einen wichtigen Beitrag zur Abschätzung von Energie und Wasserbilanzen über Landoberflächen. Die Qualität solcher Messungen kann u.a. durch räumliche Heterogenität der Landoberfläche erheblich vermindert wird. Anknüpfend an bestehende Methoden zur Qualitätsbeurteilung von Flüssen unter Berücksichtigung des Footprints sollen die Auswirkungen des Footprint-Konzeptes auf das Upscaling solcher Flüsse untersucht werden. Damit trägt diese Arbeit zu den kürzlich gestarteten Projekten CEOP-AEGIS und MESO-TiP bei, in denen unter anderem Wasserbilanzen und ökologische Prozesse auf dem tibetischen Plateau auf regionaler Ebene dargestellt werden. Ein Verfahrenskonzept soll hierbei die Qualität der nötigen Punktmessungen sichern, sowie modellgestützte Korrekturen der Flüsse unter Berücksichtigung des Footprints integrieren. Hierbei kommt dem Zusammenhang zwischen der Größe der Flüsse mit der Größe des Footprints besondere Bedeutung zu. Die Arbeit beschäftigt sich zunächst theoretisch mit gemessenen Größen und ihren footprintbedingten Fehlern. Weiterhin wurden gemessene Flüsse wie fühlbarer und latenter Wärmestrom sowie der Impulsfluss als Teil einer Footprint-Klimatologie in einer künstlichen Landschaft mit zwei Landnutzungsklassen ausgewertet. Die benötigten Quellengewichtungsfunktionen wurden durch Simulation Lagrange'scher stochastischer Trajektorien ermittelt, die Messdaten stammen von zwei angrenzenden Versuchsflächen (Roggen und Mais) aus dem LITFASS - Experiment, durchgeführt im Mai/Juni 2003 in Lindenberg, Deutschland. Diese Werte wurden mit simulierten Daten aus dem SVAT - Modell SEWAB verglichen. Zusätzlich zu diesem generellen Vergleich wurden die Messwerte in die virtuelle Landschaft integriert und die Modellgüte in Abhängigkeit des Beitrags der definierten Zielandnutzung beurteilt. Die Verwendung des Footprint-Konzept stellte sich als nützlich heraus, da sich durch den Zusammenhang zwischen der Größe eines Flusses und der Größe des Footprints Besonderheiten ergeben, die sich aus einer generellen Abschätzung der Modellgüte nicht erschließen lassen. Der (quantitative) Einfluss angrenzender Landnutzung auf den Fluss der Ziellandnutzung kann durch die Quantifizierung dieses Zusammenhangs besser erfasst werden. Die Modellgüte hängt erwartungsgemäß sehr stark von der Wahl der Parameter ab, was die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Situationen stark einschränkt. Die Aufgabe stellt besondere Ansprüche an SVAT-Modelle, wie zum Beispiel präzise Vorhersagen gerade im Bereich niedriger Flüsse. Ebenso setzt die geplante Übertragung des Modells auf angrenzende Landnutzungen mit unbekanntem Fluss eine treffende Beschreibung der relevanten Prozesse voraus. Aufgrund der Schwierigkeit, diese Anforderungen in Einklang zu bringen, wird ein statistischer Ansatz zur Abschätzung und Korrektur des footprintbedingten Fehlers als erfolgversprechender angesehen.