Diplomarbeit
Parameterization of the roughness sublayer above low and tall vegetation
Friederike Rütz (02/2008-06/2010)
Betreuer: Thomas Foken, Katharina Köck (Staudt), Johannes Lüers
In dieser Diplomarbeit wurde der Versuch unternommen die raue Unterschicht über niedriger und hoher Vegetation zu parametrisieren. Die Datenerhebung für hohe Vegetation erfolgte im Rahmen des EGER (ExchanGE processes in mountainous Regions) Projekts IOP2 (Intensive Observation Period) im Jahr 2008. Flussmessungen erfolgten mit Hilfe eines 32 m hohen Messturms, über einem Fichtenbestand mit einer durchschnittlichen Höhe von 25 m, auf der Untersuchungsfläche “Walstein-Weidenbrunnen” (Fichtelgebirge, Deutschland). Die Eddy-Kovarianz Messungen erfolgten in 36 m Höhe an einem Turbulenzmast. Die Datenerhebung über niedriger Vegetation erfolgte im Rahmen des COPS (Convective and Orographically induced Precipitation Study) Projekts im Jahr 2007. Gemessen wurde über einem Maisfeld, mittels eines Turms zur Flussmessung und eines Turbulenzmasts. Die Messhöhen an beiden Masten wurden, in Abhängigkeit zu dem wachsenden Maisfeld, verändert werden. Zur Parametrisierung der rauen Unterschicht wurden die Profilmessungs- und Eddy-Kovarianz Daten des COPS Experiments verwendet, um mittels der Profilgleichung unter Berücksichtigung des Schichtungseinflusses, Halbstundenwerte der Korrekturfunktion für die raue Unterschicht sowohl für die Windgeschwindigkeit wie auch für die Temperatur zu berechnen. Die daraus resultierenden Halbstundenwerte wurden mit Halbstundenwerten der Korrekturfunktion für die raue Unterschicht – resultierend aus den EGER Daten – zusammengefasst. Eine Funktion für die Windgeschwindigkeit, sowie für die Temperatur wurde an diese Daten angepasst. Neben der bereits bekannten Abhängigkeit der Korrekturfunktion von der Höhe innerhalb der rauen Unterschicht, zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit zur Schubspannungsgeschwindigkeit. Eine angepasste Funktion, zunächst an die Korrekturfunktionswerte für die Windgeschwindigkeit zeigt einen exponentiellen Verlauf. Es lässt sich vermuten, dass unterschiedliche Korrekturfunktion in Abhängigkeit zu verschiedenen Schubspannungsgeschwindigkeitsklassen bestehen. Ihnen ist ein exponentieller Verlauf gemein, sie unterscheiden sich aber in ihren empirischen Parametern. Halbstundenwerte für die Korrekturfunktion der rauen Unterschicht für die Temperatur auf Grundlage der COPS und EGER Daten wurden berechnet. Eine Korrekturfunktion wurde allerdings nur an Halbstundenwerte der COPS Daten angepasst, da die Ergebnisse basierend auf den EGER Daten den Wert von 1 deutlich überschreiten und damit zu hoch sind. Die an die Ergebnisse angepasste Funktion zeigt einen linearen Verlauf. Trotz des Mangels an Schubspannungsgeschwindigkeitswerten > 0.6 ms-1 zeigen die vorhandenen, berechneten Halbstundenwerte der Korrekturfunktion für die Temperatur ein sehr ähnliches Verhalten wie vergleichbare Halbstundenwerte der Korrekturfunktion für die Windgeschwindigkeit und legen daher die Vermutung nahe, dass sie ebenfalls abhängig von der Schubspannungsgeschwindigkeit sind. Dies bedeutet wiederum, dass auch für die Korrekturfunktion der Temperatur in der rauen Unterschicht verschiedene Korrekturfunktionen existieren, die einen linearen Verlauf zeigen, sich aber in ihren Parametern – y-Achsenabschnitt und Steigung – unterscheiden. Zusammengefasst wäre es sinnvoll auf Grundlage einer größeren Datenmenge, v.a. einhergehend mit höheren Werten für die Schubspannungsgeschwindigkeit, Funktionen in Abhängigkeit von der Höhe innerhalb der rauen Unterschicht und in Abhängigkeit von im Vorfeld bestimmten Schubspannungsgeschwindigkeitsklassen zu berechnen.