Masterarbeit
Wasserdampfkonzentrationsmessungen in großen Höhen und bei niedrigen Temperaturen
Daniela Pfab (05/2010-03/2011)
Betreuer: Thomas Foken, Johannes Lüers
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Luftfeuchtemessung auf dem tibetischen Plateau im Winter. Das tibetische Plateau liegt im Himalayagebirge auf einer Höhe von 4700 m und zeichnet sich im Winter durch sehr kalte Witterungsverhältnisse und geringe feuchtege-halte der Luft aus. Diese Arbeit wurde im Rahmen eines Forschungsprogramms, gefördert durch die Europäische Union, angefertigt. Im Projekt wird sowohl mit Fernerkundungsdaten als auch Daten von Bodenstationen, darunter Eddy-Kovarianzmessungen, gearbeitet. Für Eddy-Kovarianzmessungen steht die Nam Co Comprehensive Research Station der Chinesischen Akademie der Wissenschaften auf dem tibetischen Plateau zur Verfügung. Zusätzlich zum CSAT-3 Anemometer der Firma Campbell Sci. sind ein Infrarot-Gasanalysator LI-7500 zur Mes-sung von Luftfeuchte sowie Kohlenstoffdioxid und ein HMP (HMP45A Firma Vaisala Inc.) zur Referenzmessung von Luftfeuchte und Temperatur installiert. In früheren Untersuchungen wurde vor allem in den Wintermonaten eine Übersättigung der Luft mit Wasserdampf durch das LI-7500 gemessen. Dies war Grund zur Annahme, dass die Messung mit dem LI-7500 nicht korrekt ist. Daher wurde im Februar 2010 ein Experiment der Abteilung Mikrometeorologie der Universität Bayreuth im Rahmen des Projekts an der Nam Co Comprehensive Research Station gestartet. Hierbei wurde ein UV-Hygrometer (KH20, Firma Campbell) zur bereits vorhandenen Luftfeuchtemessung mit dem LI-7500 hinzugefügt. Der Vorteil des KH20 ist eine mobile Kalibriereinheit, entwickelt von der Abteilung Mikrometeorologie der Universität Bay-reuth in Kooperation mit der Gesellschaft für Akustik und Fahrzeugmesswesen mbH, Zwickau. Die Kalibriereinheit ermöglicht eine Kalibrierung vor Ort, durch die Änderung des Abstandes der Kryptonröhren des KH20 bei konstantem Wassergehalt der Luft. Durch diese Art der Kalibrierung vor Ort kann im Experiment im Februar 2010 eine gute Anpassung der Luftfeuchte-werte des KH20 im Vergleich mit den Referenzwerten des HMP erzielt werden. Im Gegensatz dazu zeigt die Analyse der Luftfeuchtewerte von LI-7500 zu hohe Werte der absoluten und relativen Luftfeuchte im Vergleich mit den Referenzwerten des HMP. Dieses Ergebnis spiegelt das Resultat der mit Wasserdampf übersättigten Luft früherer Studien am Nam Co wieder. Zieht man die Luftfeuchtemessungen des Jahres 2009 der Nam Co Comprehensive Research Station in die Betrachtung mit ein, so scheint eine Drift der Messwerte des LI-7500 mit einem plötzlichen Temperaturabfall im November 2009 zusammenzuhängen. Die weitere Analyse betrifft das Kalibrierungspolynom des LI-7500, in Bezug auf den Einsatz in einem Gebiet wie dem tibetischen Hochplateau mit geringer Luftfeuchte, niedrigen Temperaturen und niedri-gem Luftdruck. Aus dieser Analyse ergibt sich, dass der Fehler durch geringe Verschiebung des Kalibrierungspolynoms im niedrigen Feuchtebereich 6 % und mehr betragen kann. In vorher- 6 gehenden Studien wurde davon ausgegangen, dass relative und absolute Luftfeuchte zwar falsch gemessen werden, dies aber keinen Einfluss auf den latenten Wärmestrom hat. Ein Ver-gleich des gemessenen latenten Wärmestroms mit LI-7500 und KH20 zeigt einen um 30 % hö-heren latenten Wärmestrom beim KH20. Aus diesem Ergebnis sowie aus dem Vergleich mit vorhergehenden Experimenten folgt, dass die Luftfeuchtemessung entweder mit einem ande-ren Messgerät durchgeführt werden muss oder das LI-7500 viel häufiger kalibriert werden sollte.