1 Orientierungsprojekt MAKRO vs. mikro Landschafts

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Impressum
Orientierungsprojekt
MAKRO vs. mikro Landschafts- und Geländeklimatologie im Harzer Vorland
Sommersemester 2012
Bachelor Landschaftsplanung und -architektur, 2. Semester
Verfasser
Alexandra Zettl
Christian Rüll
Cosima Seifert
Cortina Feldmann
David Aerni
Lukas Merkel
Mareike Teske
Meline Saworski
Michael Kachnicz
Natascha Winkel
Sebastian Seyffert
Betreuung
Britta Jänicke
Marco Otto
Herausgeber
TU Berlin
Institut für Ökologie
Fachgebiet Klimatologie
Rothenburgstraße 12
D-12165 Berlin
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Orientierungsprojekt MAKRO vs. mikro - Sommersemester 2012
Inhalt
Inhalt ......................................................................................................................................................... 2
Vorwort ..................................................................................................................................................... 6
Einleitung .................................................................................................................................................. 6
1 Projektgebiet............................................................................................................................................ 8
1.1 Beschreibung des Projektgebiets ...................................................................................................... 8
1.1.1 Landschaften des Geoparks Harz: Braunschweiger Land, Ostfalen.......................................... 9
1.1.2 Geologische Entstehung des Harzes .......................................................................................... 11
1.2 Regionalklima Harz ......................................................................................................................... 12
1.2.1 Regionale Klimatologie Mitteleuropas ..................................................................................... 12
1.2.2 Klima Harz .................................................................................................................................13
1.2.3 Schlussfolgerung ........................................................................................................................15
2 Material und Methoden......................................................................................................................... 16
2.1 Niederschlag .................................................................................................................................... 16
2.1.1 Wolken ....................................................................................................................................... 16
2.1.2 Niederschlagsentstehung.......................................................................................................... 16
2.1.3 Niederschlagsmessung .............................................................................................................. 19
2.1.4 Kategorisierung .........................................................................................................................20
2.1.5 Niederschlagsgenese .................................................................................................................20
2.1.6 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung .......................................................... 21
2.2 Lufttemperatur ................................................................................................................................ 22
2.2.1 Definition .................................................................................................................................. 22
2.2.2 Messung .................................................................................................................................... 23
2.2.3 Verteilung der Lufttemperatur in der Atmosphäre ................................................................29
2.2.4 Temperaturinversionen ............................................................................................................31
2.2.5 Schlussfolgerung....................................................................................................................... 32
2.3 Wind ................................................................................................................................................ 33
2.3.1 Entstehung von Wind ............................................................................................................... 34
2.3.2 Messung .................................................................................................................................... 34
2.3.3 Schlussfolgerung ....................................................................................................................... 36
2
Inhalt
2.4 Luftfeuchtigkeit............................................................................................................................... 37
2.4.1 Messmethoden .......................................................................................................................... 37
2.4.2 Entstehung............................................................................................................................... 40
2.4.3 Verteilung ................................................................................................................................. 42
2.4.4 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung ......................................................... 45
2.4.5 Schlussfolgerung ...................................................................................................................... 47
2.5 Globalstrahlung .............................................................................................................................. 48
2.5.1 Globalstrahlung ........................................................................................................................ 48
2.5.2 Betrachtung verschiedener Skalen .......................................................................................... 53
2.5.3 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung.......................................................... 57
2.6 Wärmebilanz.................................................................................................................................. 60
2.6.1 Wärme ...................................................................................................................................... 60
2.6.2 Wärmebilanz ............................................................................................................................62
2.6.3 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung ........................................................ 66
2.7 Messkonzept – Methoden und Standorte ......................................................................................67
2.8 Makro vs. Mikro ............................................................................................................................ 69
2.8.1 Entstehung der Hoch- und Tiefdruckgebiete auf der Nordhemisphäre ............................... 69
2.8.2 Großräumige Wetterlage an den Tagen der Messungen im Rieseberger Moor .................... 71
3 Ergebnisse .............................................................................................................................................. 72
3.1 Beitrag zur klimatologischen Einordnung von Vegetationsstufen im Harz ................................. 72
3.1.1 Einleitung ................................................................................................................................... 72
3.1.2 Material und Methoden ............................................................................................................ 73
3.1.3 Ergebnisse .................................................................................................................................. 74
3.1.4 Diskussion ................................................................................................................................. 77
3.1.5 Schlussfolgerung .......................................................................................................................78
3.2 Geländespezifische Auswirkungen auf den Niederschlag .............................................................79
3.2.1 Einleitung ..................................................................................................................................79
3.2.2 Material und Methoden .......................................................................................................... 80
3.2.3 Ergebnisse ................................................................................................................................ 80
3.2.4 Diskussion.................................................................................................................................82
3.2.5 Schlussfolgerung ....................................................................................................................... 83
3
3.3 Vergleich der Lufttemperatur eines nord- und eines südexponierten Standorts im Harzer
Vorland................................................................................................................................................. 84
3.3.1 Einleitung ................................................................................................................................. 84
3.3.2 Material und Methoden .......................................................................................................... 84
3.3.3 Ergebnisse ................................................................................................................................. 85
3.3.4 Diskussion................................................................................................................................ 88
3.3.5 Schlussfolgerung ...................................................................................................................... 89
3.4 Einfluss von Wind auf die bodennahe Lufttemperatur ................................................................ 90
3.4.1 Einleitung ................................................................................................................................. 90
3.4.2 Material und Methoden ......................................................................................................... 90
3.4.3 Ergebnisse ................................................................................................................................. 91
3.4.4 Diskussion ............................................................................................................................... 94
3.4.5 Schlussfolgerung.......................................................................................................................95
3.5 Untersuchung mikroklimatischer Unterschiede in der Bowen Ratio .......................................... 96
3.5.1 Einleitung ................................................................................................................................. 96
3.5.2 Material und Methoden ...........................................................................................................97
3.5.3 Ergebnisse ............................................................................................................................... 100
3.5.4 Diskussion................................................................................................................................ 101
3.5.5 Schlussfolgerung ..................................................................................................................... 104
4 Schlusswort .......................................................................................................................................... 106
5 Anhang ................................................................................................................................................. 108
5.1 Quellenverzeichnis ........................................................................................................................ 108
5.2 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................... 113
5.3 Tabellenverzeichnis ....................................................................................................................... 116
5.4 Protokolle ....................................................................................................................................... 116
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Inhalt
5
Vorwort
Cortina Feldmann
Das Studium der Landschaftsplanung und Landschaftsarchitektur an der Technischen Universität
Berlin, sieht im Rahmen des interdisziplinären Studiengangs die Durchführung von drei Orientierungsprojekten über je ein Semester, in drei verschiedenen Fachbereichen vor. Diese Bereiche
sind Landschaftsarchitektur, Umweltplanung und Ökologie. Nach diesen drei Semestern schließt
ein Vertiefungsprojekt über zwei Semester in einem dieser drei Bereiche an. In einem Orientierungsprojekt werden den Studenten, neben den fachlichen Inhalten, die Grundlagen des
Wissenschaftlichen Arbeitens vermittelt. Dazu zählt beispielsweise das Erlernen der Fähigkeiten
des richtigen wissenschaftlichen Schreibens, des richtigen Zitierens oder das Erstellen eines
Literaturverzeichnisses. Ebenso erlernen die Studierenden praktische Dinge wie Projektorganisation, das Ausarbeiten und Präsentieren von Referaten, das eigene Moderieren, Protokollieren
sowie das Erfassen von Daten und deren Auswertung. Außerdem sollen die zuvor und begleitend
theoretisch vermittelten Inhalte, Techniken, Methoden und Theorien in einem solchen Projekt
praxisnahe Anwendung finden. Die Projektarbeit wird in einer Projektgruppe, in einem Plenum,
geleistet. Die wesentlichen Inhalte des Projekts werden von den Teilnehmern selbstständig in
Online-Modulen oder Gruppenreferaten erarbeitet. Ebenso gehört zur Projektarbeit die Durchführung einer Exkursion und das Erstellen eines Projektberichts, welcher alle Arbeitsergebnisse des
Projekts in einer abschließend, gemeinsam erarbeiteten, nach wissenschaftlichen Kriterien erstellen Dokumentation zusammenfasst.
Der vorliegende Projektbericht von Studenten des zweiten Semesters der Technischen Universität
Berlin, wurde im Rahmen des Orientierungsprojekts Ökologie im Fachgebiet Klimatologie am
Institut für Ökologie erstellt. Unter dem Thema MAKRO vs. mikro. Landschafts- und Geländeklimatologie im Harzer Vorland wurden Grundlagen der Geländeklimatologie erarbeitet und am
Beispiel des Geopark Harz. Braunschweiger Land. Ostfalen angewendet.
Einleitung
Christian Rüll, Cosima Seifert
In der Geländeklimatologie als Teilgebiet der Klimatologie steht die „kleinräumige Modifikation
des Großklimas durch die spezifischen Wechselwirkungen zwischen Relief bzw. Oberflächentyp
(Wald, Feld, Stadt, etc.) und Atmosphäre“(BENDIX 2004: 5) im Fokus. Obwohl es sich nur um ein
Teilgebiet handelt, gestaltet es sich bereits so umfassend, dass ein einsemestriges Projekt nicht
mehr als einen Einblick geben kann. Um dennoch möglichst viele Erkenntnisse zu gewinnen,
befassten sich die Projektteilnehmer mit einem speziellen Thema. Unter dem Titel MAKRO vs.
mikro dienten die folgenden Fragestellungen zu dessen Erschließung. Was steckt hinter der
Einteilung Makro-Mikro? Welche Phänomene gehören zur Makroskala, welche zur Mikroskala?
Wie wirken sich makroklimatische Phänomene auf die Mikroskala aus?
Der Projektbericht soll eine Synthese aus den Fragestellungen und den erzielten Erkenntnissen
des Orientierungsprojekts liefern. Seine Strukturierung spiegelt den Arbeitsprozess von der
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Vorwort / Einleitung
Grundlagenerarbeitung bis hin zur praktischen Messung und Auswertung der Ergebnisse wieder.
Zum Einstieg erfolgt eine Betrachtung des Untersuchungsgebiets im Harz, wofür zunächst
allgemeine topografische sowie klimatische Verhältnisse erläutert werden. Daraufhin werden im
Kapitel Material und Methoden alle für die Messungen relevanten Klimaelemente und deren
Auswirkungen im Gelände in Form von themen-spezifischen Ausarbeitungen erschlossen.
Weiterhin geht es um das Messkonzept, die für die Exkursion zur Verfügung stehende
Messausrüstung und die Vorstellung der ausgewählten Standorte. Der letzte Unterpunkt stellt
den Bezug zum eigentlichen Thema des Projekts her. Es wird dargelegt, wie stark sich makroklimatische Ereignisse auf das standortbezogene Mikroklima auswirken. Im dritten Kapitel
werden die Messergebnisse und Standortbeobachtungen der Exkursion aufgearbeitet und daraus
Erkenntnisse über die mikro-, meso- und makroskaligen Bedingungen und die damit verbundenen geländeklimatischen Phänomene für das Exkursionsgebiet gewonnen. Im abschließenden Fazit werden sämtliche Ergebnisse bilanziert und ihr Wert unter den gegebenen
Voraussetzungen eingeschätzt, zum Beispiel im Hinblick auf den Messzeitraum. Ferner soll die
Bedeutung des Projekts für das Fachgebiet Landschaftsplanung diskutiert werden. Weitere
Arbeitsresultate, wie Protokolle, sind im Anhang zu finden.
Abb. 1: Die Projektgruppe in Beienrode auf dem Gelände des Hauses der helfenden Hände (von linkshinten nach rechts-vorne: Marco, Cosima, Sebastian, Mareike, David, Cortina, Natascha, Britta,
Lukas, Michael, Meline, Alexandra, Christian)
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1 Projektgebiet
Natascha Winkel
Das Projektgebiet ‚Rieseberger Moor’ liegt im Norden des Nationalen Geoparks Harz, Braunschweiger Land, Ostfalen. In diesem Kapitel werden zunächst Definitionen für Geopark bzw.
Nationalen Geopark genannt, die unterschiedlichen Landschaften des Geoparks beschrieben
sowie eine Übersicht zur geologischen Entwicklung dieses Gebietes gegeben.
Danach folgt die klimatologische Einordnung des Projektgebietes. Dafür wird zunächst ein
Überblick zur Allgemeinen Klimatologie und der Klimatologie Europas gegeben und abschließend auf die besonderen Klimabedingungen des Harzes eingegangen.
1.1 Beschreibung des Projektgebiets
Natascha Winkel
Ein Geopark bezeichnet einen Raum, in dem sich eine große Anzahl überregional bedeutender,
seltener, geologischer und geomorphologischer Formationen und Geotope befinden. Geotope
sind z.B. Steinbrüche, Höhlen, Seen, Ton- und Kiesgruben, Bergwerke und natürliche Aufschlüsse. Geoparke haben den Schutz des geologischen Erbes, sowie die nachhaltige regionale
Entwicklung zum Ziel, welches durch die Förderung eines naturnahen Tourismus (Geotourismus)
und eine zeitgemäße Umweltbildung erreicht werden soll. Städte, Gemeinden, Landkreise,
Landes- und Forstämter, Tourismusverbände, Institute, Museen, Firmen und Vereine schließen
sich zusammen, um einer breiten Öffentlichkeit die geologischen Besonderheiten der Region
zugänglich zu machen. Informationszentren und -stellen bieten umfangreiche Bildungsangebote.
Es werden Landmarken herausgestellt und um die Geopunkte angeordnet. Landmarken sind
weithin sichtbare Objekte in der freien Landschaft (Berggipfel, Halden, Fördertürme) oder
besonders populäre Objekte, wie Burgen, Schlösser und Aussichtstürme. Wege und Geopfade/
Geo-Routen, führen den Besucher entlang der Geopunkte (FREILICHT- UND ERLEBNISMUSEUM
OSTFALEN (FEMO E.V.) UND REGIONALVERBAND HARZ E.V. 2012).
Seit dem Jahr 2002 vergibt die GeoUnion Alfred-Wegener-Stiftung in Berlin das Gütesiegel
„Nationaler GeoPark in Deutschland“ an Geoparks, die einem besonders hochwertigen Qualitätsstandards gerecht werden (FREILICHT- UND ERLEBNISMUSEUM OSTFALEN (FEMO E.V.) 2012). In
Deutschland wurden bisher 13 Geoparks mit dem Prädikat Nationaler Geopark ausgezeichnet. In
Abb. 2 sind diese hellgrau unterlegt. Sowohl auf europäischer, wie auch auf weltweiter Ebene,
sind Geoparks in Netzwerken zusammengeschlossen. Dem Europäischen Geopark Netzwerk
(EGN) gehören derzeit 50 Geoparks aus 19 europäischen Ländern an. Das Global Network of
National Geoparks (GNN) der UNESCO hat derzeit Mitglieder von 88 Geopark-Regionen aus 27
Ländern, darunter auch sechs Regionen aus Deutschland, z.B. aus der Region Harz. Braunschweiger Land. Ostfalen (GEOUNION 2012).
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Projektgebiet
Abb. 2: Übersichtskarte der nationalen Geoparks in Deutschland (GEOUNION 2012)
1.1.1 Landschaften des Geoparks Harz: Braunschweiger Land, Ostfalen
Der Nationale Geopark Harz . Braunschweiger Land . Ostfalen umfasst ein Gebiet von ca. 80 km
in Ost-West-Erstreckung (Breite des Harzes) und 120 km Länge in Nord-Süd-Erstreckung,
zwischen Wolfsburg im Norden, Seesen im Westen, Eisleben im Osten und Nordhausen im
Süden. Er liegt auf dem Gebiet dreier Bundesländer: Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und
Thüringen (ZEELMER et al. 2009: 5). Innerhalb des Geoparks vollzieht sich ein naturräumlicher
Wechsel von der Geestniederung des Aller-Flachlandes über das reich gegliederte ostfälische
Hügelland bis hin zum Harzer Mittelgebirge.
Der Harz ist das nördlichste Mittelgebirge in Deutschland. Er verläuft 80 km in West-NordWest/Ost-Süd-Ost Richtung, diese Ausrichtung wird europaweit als herzynisch bezeichnet
(ZEELMER et al. 2009: 5). Der Harz erhebt sich, von Norden aus gesehen, wie ein von Ost nach
West ansteigender Keil aus der norddeutschen Tiefebene. Der Harz wird als gekippte Scholle
(oder auch Pultscholle) bezeichnet, da er eine nach Nordosten fallende Gestalt aufweist (KNOLLE
et al. 1997: 12).
Von Osten kommend (bei Mansfeld) erhebt sich sanft ansteigend eine leicht wellige, mit ausladenden Flusstälern geprägte Offenlandschaft mit Äckern, Grünflächen und Streuobstwiesen bis
zu einer Höhe von 400 m ü. NN. Bei Harzgerode beginnt der Unterharz, der sich bis zu 600 m ü.
NN erhebt. Hier ist eine Bewaldung mit Buche, Eiche, Bergahorn und Fichte vorzufinden. Der
Oberharz steigt bis zu 700 m ü. NN an. Er ist geprägt von Hochflächen, Bergwäldern, Bergwiesen,
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Kerbtälern und Seen. Der ehemalige Bergbau hat diese Landschaft durch die künstlich angelegten
Grabenläufe und Stauseen stark geprägt. (z.B. der Oderteich, Wormkesperre). Der Oberharz fällt
nach Norden, Westen und Süden schnell in die umgebene Tiefebene ab. Der Hochharz liegt fast
mittig, etwas nach Norden verschoben, im Oberharz. Der Brocken ist mit 1.142 m ü. NN der
höchste Berg des Harzes. Die am Brockenhang liegenden Hochmooren sind Quellgebiete der
Ecker und Ilse, der Bode und der Oder (ZEELMER, H. et al. 2009: 5 f.).
Die Karstlandschaft Südharz verläuft von Seesen bis Eisleben, entlang des westlichen und
südlichen Harzrandes. Karstlandschaften sind oberirdische Geländeformen in Karbonatgestein,
die durch Verwitterungen entstanden sind. Charakteristika sind, neben den löslichen Gesteinen
und den spezifischen Oberflächenformen, die unterirdischen Entwässerungssysteme (FU BERLIN
2006). Sie ist geprägt von Gipsgestein und schroffen Dolomitklippen. Durch die hohe Wasserlöslichkeit des Gesteins entstanden Erdfälle, Höhlen, Versickerungsstellen, Trockentäler und
Karstquellen. Unzählige Hohlräume prägen den Untergrund und stürzen immer wieder ab. Der
Ostrand des Harzes zwischen Sangershausen und Hettenstedt, Mansfeld und Eisleben ist geprägt
von 800 Jahren Bergbau und die dafür typischen Schlacke einstiger Kupfer -und Silberbergbaus.
Dort befinden sich ca. 2000 Halden unterschiedlicher Formen und Größen.
Zwischen dem südlichen Harzrand, den Höhenzügen der Windleite und dem Kyffhäuser und
zwischen Nordhausen bis nach Artern, befindet sich die von der Helme durchflossene Senke
‚Goldene Aue’. Der Name rührt von der gold-gelben Farbe des reifen Korns und der Stoppelfelder
her. Diese Region steht für die hohe Fruchtbarkeit der Böden. Sie zählt zu den ertragsreichsten
Gebieten Deutschlands (ZEELMER et al. 2009: 7).
Nördlich des Harzes schließt das hügelige Braunschweiger Land an, das dann in das norddeutsche Flachland übergeht. Aus dem Flachland ragen lang gestreckte oder schildförmig
aufgewölbte Salz-Sattel, die sich durch langsame Aufwärtsbewegung des Salzes bildeten: die
ostfälische Hügellandschaft. Diese Salzstrukturen verlaufen in zwei Richtungen. Im östlichen Teil
überwiegt die Ausrichtung parallel zur Erstreckung des Harzes (herzynische Richtung): Alltertalgraben, Dorm, Elm, Asse-Heeseberg Zuges, Fallsteins, Huys Harlys und Lichtenberge.
Im westlichen Teil dominiert eine Nord-Süd Ausrichtung (rheinische Richtung): Hainberge,
Oderwald Oesel, Lutter Sattel (ZEELMER et al. 2009: 7). Das Untersuchungsgebiet befindet sich im
Norden des Harzvorlandes, im Naturschutzgebiet Rieseberger Moor.
Die nördliche Grenze des Geoparks bildet das Allertal als Übergang vom Harzvorland zum
norddeutschen Flachland. Die Flechtinger Scholle liegt etwa 60 km nördlich, parallel zum Harz
ausgerichtet und taucht wie der Harz nach Südwesten ab. Die nördliche Lössgrenze verläuft in
West-Ost Richtung (ZEELMER et al. 2009: 9).
Das nördlich von Königslutter gelegene Naturschutzgebiet Rieseberger Moor, hat eine Größe von
145 ha. Der Niedermoorbereich des Rieseberger Moors weist einen bis zu drei Meter mächtigen
Torfkörper, die Gesamtheit aller Torfschichten, auf. Typisch sind ausgedehnte Bruchwaldkomplexe, die mit Birken und Schwarzerlen bestanden sind. In der Randzone stehen Eichen, die die
Nähe von Mineralböden anzeigen, Weidengebüsche und kleinflächig Quellsümpfe mit der
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Projektgebiet
Stumpfblütigen Binse. Neben mesophilem und feuchtem Grünland, Großseggenriede, sowie
Röhrichten und Hochstaudenfluren, beinhaltet das Gebiet auch eine trockene Heidefläche und
kleinräumig Magerrasen. Im Zentrum der Moorfläche ragt eine 7 m hohe Sandinsel heraus.
Hervorzuheben ist die besondere biogeographische Lage, die sich aus der Grenzlage des Gebiets
zwischen Tief- und Hügelland sowie aus der Übergangslage zwischen subatlantischem und
subkontinentalem Klima ergibt. So wachsen im Gebiet einige Pflanzenarten, die hier am Rand
ihrer regionalen Verbreitungsgrenze vorkommen, wie z.B. Faden-Segge, Kammfarn und
Englischer Ginster (NLWKN 2012).
Die Moorentwicklung des Rieseberger Moores setzte vor rund 7.000 Jahren v. Chr. ein. Das Moor
bildete sich in einer etwa 1 x 1 km großen Landschaftssenke. Als Ursache kommt steigender
Grundwasserstand infrage, möglicherweise gab es auch zeitweise offene Wasserflächen. Seit Mitte
des 18. Jhd., bis zur Umwandlung in ein Naturschutzgebiet in den 1950er Jahren, erfolgte im Moor
der Torfabbau. Das Rieseberger Moor ist ein gutes Beispiel der mittlerweile selten gewordenen,
ungestörten Niedermoorgebiete. Die meisten Niedermoore wurden nach Entwässerung und
Abtorfung in Wiesen und Weiden umgewandelt. Die größte Bedrohung heute geht von der
Absenkung des Grundwasserstandes aus (REGION BRAUNSCHWEIG 2007).
1.1.2 Geologische Entstehung des Harzes
Im Erdaltertum (Paläozoikum bis vor ca. 400 Mio. Jahren) war die Region des Harzes von einem
Meer bedeckt, auf dessen Grund sich Tonschiefer, Grauwacke, Kieselschiefer, Kalk und Quarzit
ablagerten. Während der Gebirgsbildung in der Steinkohlenzeit (Karbon vor ca. 360–290 Mio.
Jahren) wurde die Erdoberfläche zu Satteln und Senken gefaltet und aus dem Meer herausgehoben. Vor ca. 300 Mio. Jahren drangen Magmaströme durch Schwachstellen der Erdkruste ein,
die nach Abkühlung als Granitmassive zurück blieben. Nachfolgende Abtragungsprozesse führten zu einer Einebnung und Absenkung des Gebirges, das in der Zechsteinzeit (vor ca. 250 Mio.
Jahren) wiederholt vom Meer überflutet wurde. Zuflüsse aus Skandinavien und anderen Festlandgebieten brachten umfangreiches Sedimentmaterial mit, welches in wechselnden Schichten
Ablagerungen von Salzen und Gips bildete. Spannungen in der Erdkruste waren Auslöser für die
im Trias (vor ca. 220 Mio. Jahren) beginnenden und bis zum Tertiär (vor ca. 70 Mio. Jahren)
anhaltende so genannte "saxonische Gebirgsbildung". An Schwachstellen gebrochene Erdschollen
gerieten in Bewegung. Während einige Schollen sich absenkten, wurden andere herausgehoben.
Durch horizontale Bewegungen kam es zur Überschiebung von Erdschollen. Die "Harznordrandstörung" war maßgebend für das Herausheben des Harzes. Weil der Harz sich dabei gleichzeitig
nach Norden bewegte, wurden die jüngeren Ablagerungen am Nordrand steil aufgerichtet und
teilweise überkippt. Durch das Überschieben erhielt die Pultscholle des Harzes ihre Neigung in
Nordwest/Südost-Richtung. Während des Tertiärs, unter subtropischem Klima, sorgten
Abtragungsprozesse zur Einebnung des Gebirges. Das widerstandsfähigere Granitgestein wurde
freigelegt und bildet heute die Harzgipfel. Es entstanden die Harzhochflächen. Im Quartiär (ab
vor ca. 2 Mio. Jahren) kühlte sich das Klima ab. Flüsse schnitten sich in die Harzhochflächen ein
und es entstanden die Täler von Bode und Selke. Während der Elster-Eiszeit berührten die Eismassen nur einen kleinen Teil des Unterharzes. Die Eismassen der Saale-Eiszeit kamen bis an den
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Harznordrand. Die Ablagerungen der Gletscher und ihre Schmelzwasser sind heute Basis für
Kies- und Sandabbaue im nördlichen Harzvorland und in der goldenen Aue. Beim Abschmelzen
des Eises entstanden die Urstromtäler Großer Bruch und Allertal. Die im Eis mitgeführten
Geschiebe (Granite, Porphyre, Gneise und Sandsteine) wurden unter dem Gewicht des Eises
gegeneinander und über den Untergrund geschliffen. Sande lagerten sich in Form von Löss ab
und bildeten die mineralstoffhaltige Grundlage für die fruchtbaren Schwarzerden (FREUNDESKREIS
SELKETALBAHN E.V. 2012; MÜLLER 2009: 12 f.; HANLE 2009: 8 f.).
1.2 Regionalklima Harz
Sebastian Seyffert
Bevor in diesem Kapitel auf das Regionalklima sowohl Mitteleuropas, als auch des Harzes, wird
die Klimatologie im Allgemeinen beschrieben. Klimatologie ist die Lehre vom Klima und befasst
sich mit dem Zustand der Atmosphäre und der darunter liegenden Erdoberfläche. Der Begriff
Klima bezeichnet eine, von der mittleren Sonnenneigung abhängige Erwärmung der bodennahen
Atmosphäre. Die Neigung ist durch die geografische Breite bedingt und führt dazu, dass
großräumig in Klimazonen unterschieden wird (SCHÖNWIESE 2008: 11 ff.).
Klima ist somit der Zustand an einem Ort, der durch den Raum und die Zeit bestimmt wird. Der
Raum umfasst die Geographie (z.B. Relief.) und die damit verbundene Betrachtungsebene, die das
Klima in Mikro-, Meso- und Makroklima einteilen. Das Mikroklima kennzeichnet sich durch
Wettererscheinungen in einem Längenbereich < 2 km aus, wohingegen das Mesoklima einen
Bereich von 2-2000 km und das Makroklima einen Bereich > 2000 km abdeckt. Die Zeit schließt
den Wetter- und Witterungsablauf ein, der sich durch die Klimaelemente Temperatur, Luftdruck,
Luftfeuchtigkeit, Niederschlag und Wind beschreiben lässt. Des Weiteren beeinflussen Klimafaktoren die Klimaelemente. Zu diesen Klimafaktoren zählen die geographische Breite und die
Land- Wasserverteilung (LAUER & BENDIX 2004: 10 ff.).
Um auf das Klima im Harz eingehen zu können, soll im Folgenden das vorherrschende Klima in
Mitteleuropa beschrieben werden.
1.2.1 Regionale Klimatologie Mitteleuropas
Ausschlaggebend für das Klima in Europa ist die geografische Lage und somit die Lage in der
gemäßigten Zone. Gekennzeichnet ist diese durch den rhythmischen Ablauf der Jahreszeiten und
durch die Westwinde, da der Anteil dieser ganzjährig überwiegt. Grund dafür ist das Luftdruckgefälle zwischen den niedrigen und hohen Breiten, unter Einwirkung der Corioliskraft (Drehung
der Erde um die eigene Achse). Daraus ableitend liegt Mitteleuropa im Feuchtklima, da der vom
Meer kommende Westwind Feuchtigkeit mitbringt. Somit findet in Mitteleuropa ein Übergang
vom Maritim- zum Kontinentalklima statt. Das bedeutet, dass nach Osten hin die Niederschlagsmengen abnehmen und die Temperaturschwankungen zunehmen. Die Klimadiagramme in Abb.
3 verdeutlichen diesen Übergang. Regelmäßige, lange Trockenzeiten fehlen, da zu allen
Jahreszeiten Niederschläge fallen (BENDIX & LAUER 2004: 235 ff.). Regionen wie der Harz, weisen
jedoch spezifische Klimaeigenschaften auf, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.
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Projektgebiet
Abb. 3: Klimadiagramme der Gemäßigten Zone (verändert nach FORKEL 2009)
1.2.2 Klima Harz
„Durch seine exponierte Lage ist der Harz auch in klimatischer Hinsicht eine Besonderheit“
(KNOLLE et al.: 22). Diese Aussage kann durch die Höhenlage und die Lage zur Hauptwindrichtung, die die entscheidenden Klimafaktoren sind, begründet werden. Die Nordwest-SüdostAusdehnung des Harzes zwingt den Westwind das Gebirge zu übersteigen. Der dadurch
ausgeprägte Luv-Lee-Effekt und der damit verbundenen Stau- und Föhnprozess sorgen für die
entscheidenden Einflüsse auf die Klimaelemente. Das führt dazu, dass unterschiedliche
Luftmassen die Wetterverhältnisse bestimmen und somit das Klima des Harzes von anderen
Mittelgebirgen abweicht. Die nachfolgende Ausführung verdeutlicht die Auswirkungen auf die
einzelnen Klimaelemente durch den Harz (ebd.).
Grundsätzlich nimmt mit zunehmender Höhe ü. NN, aufgrund des geringeren Luftwiderstandes,
die Windgeschwindigkeit zu. Daneben wirkt im Harz, wie bereits erwähnt, die Lage zur
Hauptwindrichtung als lokaler Faktor. Die Luftmassen strömen den Harz aus westlicher Richtung
an, stauen sich auf westlicher Seite des Harzes und steigen auf. Die Folge ist, dass die
Windgeschwindigkeit verstärkt wird. Beispielhaft kann hier die Windgeschwindigkeit des
Brockens mit einem Jahresdurchschnitt von 10,8 m/s und die von Wernigerode im Unterharz auf
östlicher Seite (240 m ü. NN) mit 3,6 m/s verglichen werden. Deutlicher wird der Einfluss der
Lage bei der Betrachtung der Windrichtung. Wo auf westlicher Seite die Westwinde überwiegen,
strömt der Wind in Wernigerode zunehmend aus nordwestlicher Richtung (WINDFINDER.COM
GMBH & CO. KG 2012). Die gestauten Luftmassen werden um den Westharz und seinen Erhöhungen herum geführt und strömen vermehrt aus nordwestlicher Richtung in den Ostharz und
das Harzvorland. Auf der Luv-Seite des Harzes wird der Wind verstärkt und ablenkt, wohingegen
auf der Lee-Seite neben der Abschwächung des Windes auch eine Änderung der Windrichtung
stattfindet. Westliche Winde sind aber auch im Ostharz und im Harzvorland zu messen, da durch
die Ausrichtung der Talrinne nach Osten hin abfallende Winde sich diesem Verlauf anpassen.
Auswirkungen auf die Bewölkungsverhältnisse, sowie Strahlungs- und Luftfeuchtigkeitsverhältnisse, lassen sich anhand des Stau- und Föhnprozesses erklären. Beim Aufsteigen der Luft
im Westharz kühlt sich diese zunächst ab, bis das Kondensationsniveau erreicht ist und die
relative Luftfeuchte 100 % beträgt. Die Luft kann den Wasserdampf nicht weiter behalten und es
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kommt zur Wolkenbildung. Die Luft steigt solange auf, bis sie am Bergkamm angekommen ist.
Von dort aus sinkt sie ab, erwärmt sich und die Wolken lösen sich auf (DWD 2012).
Das bedeutet, dass die Bewölkung auf der Luv-Seite des Harzes viel stärker ausgeprägt ist.
Folglich sind Luftfeuchtigkeit, Bedeckungsgrad und die Anzahl der trüben Tage höher. Zum
einen kann daraus geschlussfolgert werden, dass die Sonneneinstrahlung geringer ist. Zum
anderen kommt es zur Niederschlagsbildung, da die Luft die Feuchte beim Aufstieg nicht weiter
halten kann. Mehrere Klimadiagramme (LÜBKER 2009), basierend auf den Daten des Deutschen
Wetterdienstes, und veröffentlichte Messungen (GLÄSSER 1994: 271 ff.) zeigen, dass die Niederschlagsmenge nach Osten des Harzgebietes im Durchschnitt bis zu 50 % abnehmen. Durch die
Abb. 4 und 5 kann dieser Unterschied in der Niederschlagsmenge veranschaulicht werden, wobei
die beiden Orte in der Luftlinie nur ca. 38,5 km auseinander liegen. Als Vergleichswert sind hier
blaue Bänder verwendet worden, die deutsche Durchschnittswerte wiedergeben.
Abb. 4: Niederschlag - Braunlage (LÜBKER 2009)
14
Projektgebiet
Abb. 5: Niederschlag - Harzgerode (LÜBKER 2009)
Bei den Temperaturverhältnissen ist zu erwähnen, dass sich bezugnehmend auf den Stau- und
Föhnprozess, im Winter große Unterschiede zwischen den Gebieten des Harzes und seinem
Vorland nicht erkennen lassen. Das liegt daran, dass es auf Grund der Abnahme der Bewölkungsverteilung nach Osten hin zu einer stärkeren Ausstrahlung der Wärme kommt und sich
diese Gebiete schneller abkühlen, als es im Westharz der Fall ist. Im Sommer verursacht die
geringe Einstrahlung jedoch eine schwächere Erwärmung der Hochlagen gegenüber den mittleren Lagen und dem Harzvorland (GLÄSSER 1994: 107 ff.).
1.2.3 Schlussfolgerung
Das Klima des Harzes wird nicht alleine durch seine Höhengliederung bestimmt. Die
geographische Lage in Europa und die Nordwest-Südost-Ausrichtung sind wichtige Klimafaktoren. Auf der Hauptluvseite des Harzes sind die Klimaelemente Bewölkung, Niederschlag und
Luftfeuchtigkeit größer, die Sonnenscheindauer und Strahlung kleiner als in den Hauptleegebieten. Damit erklären sich Klimaunterschiede zwischen dem Westharz und dem Ostharz/
Harzvorland.
15
2 Material und Methoden
Mareike Teske
In diesem Kapitel werden die Referate der Projektteilnehmer vorgestellt. Diese wurden zu Zweit
oder Alleine erarbeitet und in einem 20 minütigem Vortrag den anderen Projektteilnehmern
vorgestellt. Das Übergeordnete Thema dieser Aufgabe sind die Klimaelemente. Klimaelemente
sind messbare Einzelerscheinungen die zur Charakterisierung eines Klimas an einem bestimmten
Ortes beitragen. Die Ausarbeitungen sollen, für die in Kapitel 2.2 beschriebenen Feldmessungen
im Harzer Vorland als Grundlage dienen.
2.1 Niederschlag
Mareike Teske
Das Kapitel 2.1 beschäftigt sich mit der Niederschlagsentstehung und -messung. Es wird zuerst
kurz auf den Entstehungsort Wolke eingegangen. Danach folgen die Niederschlagsentstehungsvorgänge Koagulation und Depositionswachstum. Es wird ein Einblick in die verschiedenen Messtechniken gegeben und abschließend,im Bezug auf die Exkursionswoche auf das Regionalklima
Harz am Beispiel des "Regenfänger Harz" eingegangen.
2.1.1 Wolken
Wolken entstehen durch Kondensation und Deposition von Wasserdampf in der Atmosphäre. Sie
bestehen aus kleinen Wassertröpfchen (Wasserwolken),Eiskristallen (Eiswolken) oder aus einer
Mischform (Mischwolken). Durch die geringe Fallgeschwindgkeit der Wolkenteilchen, resultierend aus dem geringen Gewicht, werden die Teilchen in der Schwebe gehalten (WEISCHET &
ENDLICHER 2008). Es gibt verschiedene Wolken und Wolkenstockwerke (Abb. 6).
Abb.6: Übersicht über die Wolkengattungen und wichtigen Wolkenarten (WEISCHET & ENDLICHER 2008)
2.1.2 Niederschlagsentstehung
Niederschlag entsteht dann, wenn die Wolkenteilchen groß genug werden, um gegen die Schwerkraft oder den Aufwind anzukommen und aus der Wolke ausfallen. Ob der Niederschlag an der
Erdoberfläche ankommt und in welcher Form, hängt von der Lufttemperatur, den Auf- oder
16
Material und Methoden
Abwinden und dem Sättigungsdefizit ab. Der Größenunterschied zwischen Wolken- und Regentropfen liegt in ruhender Atmosphäre bei ca. 100µm. Die Tab. 1 soll die Größenunterschiede noch
einmal verdeutlichen (LAUER, W. & J. BENDIX 2004). Um Niederschlag zu produzieren, ist also ein
Wachstum von Wolkenteilchen nötig. Hier gibt es zwei Arten der Niederschlagsbildung. 1.
Koagulation von Wolkentröpfchen, diese findet in den Unteren und Mittleren Wolkenstockwerken statt und 2. durch die Eisphase mit
Depositionswachstum, welches sich in den
Mischwolken im mittleren und hohem Wolkenstockwerk abspielt(WEISCHET & ENDLICHER 2008).
Tropfendurchmesser [μm]
Fallgeschwindigkeit [m∙s-1]
Großer Regentropfen
5000
8,9
Kleiner Regentropfen
1000
4,0
Feiner Regen
500
2,8
Niesel
200
1,5
Großer Wolkentropfen
100
0,3
Gewöhnlicher Wolkentropfen
50
0,076
Kleiner Wolkentropfen
10
0,003
Tab. 1: Abgrenzung von Wolken- und Regentropfen in einer ruhenden Atmosphäre und Fallgeschwindig
keit (verändert nach LAUER &BENDIX 2004)
Koagulation
Unter Koagulation versteht man den Zusammenschluss von Wassertröpfchen durch Kollision
(Zusammenstoß) und Koaleszenz (Ineinanderfließen, Anhaften) (LAUER 2004). Der Prozess der
Koagulation ist nur in reinen Wasserwolken möglich. In der Regel entstehen Niesel oder kleintröpfiger Niederschlag. Wichtig für die Koagulation, sind die „kolloide Labilität“ und die Koagulationsstrecke. Unter kolloid-labil versteht man das Tropfenspektrum in einer Wolke, dass große
Tröpfchen mit einem Durchmesser von ca. 36 µm sowie kleine Tröpfchen aufweist. Durch diesen
Größenunterschied kommt es zu unterschiedlichen Fall- oder Steiggeschwindigkeiten. Durch die
sich schneller bewegenden großen Tröpfchen, kann es eher zu Zusammenstößen kommen. Die
durch die Koagulation entstandenen großen Tropfen haben nun eine höhere Wahrscheinlichkeit
als Niederschlag an der Erdoberfläche anzukommen (WEISCHET & ENDLICHER 2008). Die Koagulationsstrecke ist abhängig von der Vertikalstreckung der Wolke. Bei einer Wolke ohne Auftrieb, muss die Wolke ca. 1000m mächtig sein, damit die Tropfen groß genug werden und es zu
Niederschlag kommt.
Nieselregen
Ruhige Wolken kommen im tiefen Wolkenniveau vor und werden selten mächtiger als 1000 m.
Bei ruhigen Wolken kann es zu Nieselregen kommen. Findet Auftrieb in der Wolke statt, ist es für
die Tröpfchen nicht möglich gegen den Aufwind anzukommen und es fällt kein Niederschlag.
Ausnahmen bilden hier die Wolken über dem Meer und in den Tropen, wo wasserdampfreichere
Wolkenluft existiert (ebd.).
17
Platzregen
Bei Wolken mit aufsteigendem Wind, müssen die Tröpfchen an Größe gewinnen, um gegen den
Aufwind anzukommen. Bei einer Größe von 5 mm zerplatzen die Tröpfchen allerdings in kleine
Tröpfchen. In einer Wolke mit 8 m/s wachsen Tropfen immer einige Male über ihr Vermögen an
und zerplatzen wieder. Dadurch reichert sich die Wolke mit Tropfen an, die kurz vor ihrer
Maximalgröße stehen und das Wassergewicht in der Wolke nimmt zu. Wenn der Auftrieb
abnimmt, fällt ein starker Regen mit großer Tropfendichte und großen Tropfen zu Boden, der
sogenannte Platz- oder Starkregen (ebd.).
Depositionswachstum
Niederschlagsbildung durch das Depositionswachstum ist nur in Mischwolken möglich, in denen
unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskristalle zusammen vorkommen (WEISCHET & ENDLICHER
2008). Die Mischwolken können in den Mittleren Breiten im Sommer bis zu 5-6 km hoch sein
und müssen über die Eiskeimgrenze reichen. Aus diesem oberen Teil der Wolke, der bis zu -40 °C
aufweisen kann, gelangen große Eispartikel in die tiefere Schicht der Wolke (LAUER 2004). In
diesem Mischverhältnis kommen deutlich mehr Kondensationskerne vor, als Depositions- oder
Eiskerne (WEISCHET & ENDLICHER 2008). Durch den niedrigen Sättigungsdampfdruck über den
Eisteilchen, kann eine Deposition mit dem vorhandenen Wasserdampf stattfinden und die
Wassermoleküle der Wassertropfen werden von den Eisteilchen angezogen. Die Eisteilchen
wachsen an, dadurch verringert sich die Anzahl der Wasserteilchen (LAUER 2004).
Regen
Eisteilchen können größer werden als Wasserteilchen und so ist es möglich, dass höhere Regensummen an der Erdoberfläche ankommen. Die Temperaturschichtung in der unteren Troposphäre entscheidet, ob der Niederschlag in flüssiger oder fester Form ausfällt und am Boden
eintrifft (LAUER 2004).
Graupel oder Hagel
Aus den Eisteilchen bilden sich durch das Ankristallisieren der ankommenden Wassermoleküle
verzweigte Schneekristalle. Wenn die Schneekristalle die Größe von 1mm erreicht haben, nimmt
die Fallgeschwindigkeit gegenüber den Wasserteilchen zu und die Vergraupelung oder Schneeflockenbildung ersetzt das Depositionswachstum. Wenn unterkühlte Wassertröpfchen an Schneekristallen gefrieren, wird Erstarrungswärme freigesetzt. Bei tiefen Temperaturen und geringer
Auftriebsbewegung können die Wassertröpfchen beim auftreffen sofort zu Eis kristallisieren und
es entsteht Reifgraupel. Sind die Temperaturen nicht tief genug, die Bewegung in der Wolke aber
stärker, kommt es erst zur Umschließung des Schneekristalls mit Wasser, welches nicht sofort
gefriert. Gefriert das Wasser um den Schneekristall und bildet eine glatte Oberfläche, ist Frostgraupel entstanden. Bei besonders starken Bewegungen in der Wolke, wachsen diese Graupelkörner zu Hagelkörner an, da eine längere Strecke absolviert wird, in der sich immer wieder
Wasserteilchen um das Korn legen können (WEISCHET & ENDLICHER 2008).
18
Schnee
Schneeflocken entstehen in Mischwolken mit wenig Aufwind und einer großen Zahl an Eiskeimen. Damit Schneeflocken entstehen können, müssen sich mehrere Schneekristalle verbinden.
Dies geschieht mit Hilfe von nicht sehr stark unterkühlten Wassertröpfchen, die sich an einem
Schneekristall anlagern. Durch die Temperatur die nahe dem Gefrierpunkt liegt, gefrieren die
Wasserteilchen nicht sofort und so kann sich ein zweites Schneekristall an dem Wasserteilchen
anlagern. Große Schneeflocken entstehen, wenn weitere Schneekristalle eine Bindung eingehen.
Ist die Temperatur niedriger,
gefrieren
die Wassertröpfchen
schneller und weniger
Schneekristalle können sich verbinden. Es entsteht Pulverschnee. Kältere Temperaturen bedeuten
demzufolge nicht größere Schneeflocken (ebd.).
2.1.3 Niederschlagsmessung
Das Maß des Niederschlags, ist die Menge des Niederschlagwassers, dass an einem Ort der Erdoberfläche, in einem bestimmten Zeitintervall gemessen wird (ebd.) Es gibt verschiedene Formen
der Niederschlagsmessung, welche im Folgenden kurz erläutert werden.
Totalisatoren sind Messgeräte, die den Niederschlag über einen langen Zeitraum messen (z.B 1
Monat oder 1 Jahr) und vor allem in schwer zugänglichen Gebieten aufgestellt werden. Eine
dünne Ölschicht verhindert das Verdunsten des Niederschlagswassers (STOLZENBERGER-RAMIREZ).
Es gibt unter den Totalisatoren, den sogenannten Hellmann-Regenmesser. Dieser wird in ca. 1-1,5
m Höhe angebracht und besteht aus einem Auffangzylinder mit einer genormten Öffnungsfläche
von 200 cm² und einer Kanne, in der das Niederschlagswasser gesammelt wird. Der Inhalt wird
alle 12 bis 24 Stunden gemessen. In den kalten Jahreszeiten wird der Niederschlagsmesser beheizt,
um festen Niederschlag, wie Schnee oder Hagel besser messen zu können. Die Temperatur ist
dabei gering, um Verdunstung zu vermeiden. Durch starken Wind kann es jedoch zu Messfehlern
kommen (LAUER 2004).
Registrierende Niederschlagsmesser verfügen über einen Schwimmer oder eine Wiegevorrichtung. Bei der Niederschlagswippe wird das Wasser auf eine Kippschale geleitet, die ein Auffangvolumen von 0,1 mm aufweist. Ist die Kippschale voll, schlägt die Kippwaage um und löst damit
einen Magnetschalter aus. Die 0,1mm werden dann zur bestehenden Messung addiert (ebd.).
Mit einem Wetterradar können Niederschlagsmengen flächendeckend in einem Radius von ca.
100 km um die Radarantenne gemessen werden. Es werden ausgesendete Mikrowellen von Hydrometeoren reflektiert und mit Hilfe der Radarantenne aufgezeichnet. Die aufgezeichnete
Intensität der Reflektion steht im direkten Zusammenhang mit der Regenrate. Allerdings ist diese
Berechnung noch nicht sehr genau, da z.B. schmelzende Eisteilchen ein überproportionales
Radarecho hervorrufen (ebd.).
19
Abb. 7: links: Hellmannregenmesser, rechts mit Kippwaage (Foto: RENTEL,W.). rechts: Totalisator am
Schönwieskopf (Foto: MAG. CATHLEEN PEER)
Es gibt verschiedene Faktoren, die die Messung beeinflussen können. So wird bei Wind weniger
Niederschlag gemessen, als eigentlich fällt. Um die Auswirkung der Komponente Wind zu minimieren, könnte das Messgerät in den Boden einlassen werden. Allerdings ist hier eine Verfälschung der Messergebnisse durch Spritzwasser möglich. Ein geschützter Standort, könnte
wiederum weniger Niederschlag bis zum Messgerät lassen. Des weiteren kann es zur Verdunstung
von Niederschlagswasser kommen.
2.1.4 Kategorisierung
Niederschlag kann in verschiedenen Kategorien unterteilt werden. Betrachtet man den
Aggregatzustand, so kann in flüssigen Niederschlag (z.B. Regen) und in festen Niederschlag (z.B.
Schnee, Hagel) unterschieden werden. Die statische Einteilung erfolgt in Starkregen,
Schneeschauer, Nieselregen, Dauerregen etc. Man unterscheidet des Weiteren zwischen
fallendem Niederschlag (z.B. Regen, Schnee) und abgesetztem Niederschlag (Tau, Reif). Wenn
man
von
zyklonalen
(Warmfronten),
konvektiven
(Gewitter)
oder
orographischen
(Steigungsregen) Niederschlägen spricht, handelt es sich um Niederschlagsgenese (WEISCHET &
ENDLICHER 2008).
2.1.5 Niederschlagsgenese
Unterscheiden wird zwischen dem Orographischen-, Konvektiven- und Zyklonalen Niederschlag,
welche im Folgenden genauer beschrieben werden.
Orographischer Niederschlag
Orographischer Niederschlag, auch Steigungsniederschlag genannt, ist eine Form des Niederschlags, der durch Hebung der Luft auf der Luvseite und in den Hochlagen eines Gebirges ausgelöst wird. Feuchte Luft wird durch Gebirge dazu veranlasst aufzusteigen. Die aufsteigende Luft
kühlt sich ab und es entsteht Niederschlag. Die Wolke bleibt an dem Gebirge „hängen“, so leitet
sich z.B. auch der Name „Regenfänger Harz“ ab. Die Luft auf der anderen Seite, der sogenannten
20
Lee-Seite ist meist trocken. In Deutschland wirkt der Harz als Klimascheide. Auf Grund des
überwiegend vorkommenden Westwindes, kommt es im westlichen Teil des Harzes (Luv-Seite)
zu deutlich höherem Niederschlag, als im Osten(siehe Abb. 8) (KOCH).
Abb. 8: Harz als Klimascheide (o.A.)
Konvektiver Niederschlag
Bei konvektivem Niederschlag handelt es sich um eine kurze und starke Form von Niederschlag.
Er entsteht durch starke Vertikalbewegung in der Wolke. Wenn durch Erwärmung bodennaher
Luftmassen, eine instabile Luftschichtung entstanden ist, kommt es zum vertikalen Auftrieb mit
entsprechender Kondensation. Voraussetzung ist aufsteigende Luft, die genügend Feuchtigkeit
und somit ausreichenden Auftrieb besitzt (KOCH).
Zyklonaler Niederschlag
Wenn Kaltluftmassen und Warmluftmassen aufeinander treffen, wird die warme Luft zum Aufsteigen gezwungen und es entsteht Niederschlag. Die Luftmassen bewegen sich und so wandert
auch der Niederschlag weiter (KOCH). Dieser Vorgang ist in Abb. 9 noch einmal verdeutlicht.
Abb. 9 : Entstehung von Zyklonalen Niederschlägen an einer Kalt-/Warmfrontgrenze (KOCH)
2.1.6 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung
Die Exkursionswoche führt uns in den Harz. Hier befindet sich der Brocken mit 1142 m Höhe. Wie
in Kapitel 5.1 bereits beschrieben, dient der Brocken als Klimascheide. Das Gebiet westlich vom
Brocken ist durch den Orographischen Regen sehr niederschlagsreich. Während der Exkursionswoche, wird zur Messung des Niederschlags ein Totalisator verwendet. Dieser Totalisator
verfügt über eine Kippwaage, welche die Messdaten digital aufzeichnet. Eine Interessante Fragestellung wäre, in wie weit sich die Messungen an Wind geschützten oder Wind ausgesetzten
Standorten verändern und ob die Vegetation Einfluss auf das Messergebniss nimmt.
21
2.2 Lufttemperatur
Cortina Feldmann, Cosima Seifert
Um die physikalische Größe Lufttemperatur zu verstehen, muss zunächst die Definition
betrachtet und diese anhand von Formeln hergeleitet werden. Des Weiteren gilt es, eine
Abgrenzung zu anderen Klimaelementen wie Luftfeuchte und Niederschlag zu ermitteln um
somit auch Zusammenhänge zu verdeutlichen. Inwieweit wird die Lufttemperatur von anderen
Klimaelementen beeinflusst? Können sogar bei der Messung Rückschlüsse auf andere Beobachtungsgrößen der Klimatologie gehalten bzw. dadurch Prognosen für die Lufttemperaturentwicklung formuliert werden? Wie wird die Lufttemperatur überhaupt gemessen? Der folgende
Text soll Antwort auf diese Fragen geben. Es wird auf unterschiedliche Methoden bei der
Messung eingegangen, die Auswertung von Daten wird beschrieben sowie die Bedeutung dessen
erläutert. Außerdem sollen Kenntnisse über die Verteilung der Lufttemperatur in der Atmosphäre
ebenso wie zur Entstehung von Temperaturinversionen vermittelt werden.
Im Rahmen des Projekts Makro vs. Mikro – Landschafts- und Geländeklima im Harzer Vorland
sollen zusätzlich Bezüge zu den Temperaturverhältnissen in der Region Harz hergestellt werden.
2.2.1 Definition
Temperatur im Allgemeinen beschreibt den Wärmeinhalt eines Körpers. Lufttemperatur ist das
Maß für den Wärmezustand der Luft. Die Lufttemperatur im physikalischen Sinne ist eine
Zustandsgröße, anhand dieser der thermodynamische Sachverhalt eines Systems bestimmt
werden kann (KUTTLER 2009: 49). LAUER & BENDIX (2004) erklären die Lufttemperatur als Betrag
der molekularen Bewegungsenergie in einem Luftkörper und leiten diese Definition aus der
mechanischen Wärmetheorie ab.
m v2
m v2
2
T

3
3 k
k
2
(1)
T = Absolute Temperatur [K], m = Masse [kg], v = Molekulare Geschwindigkeit [m*s-¹],
k = Boltzmann-Konstante 1,381*10-²³ [J*K-¹], m*v²/2 = Kinetische Energie der Molekularbewegung
[kg*m²*s-¹ = J]
Die Gasgleichung für trockene Luft ergibt Aufschluss über die Abhängigkeit der Lufttemperatur
von Luftdruck und Luftdichte.
T
p
  RL
(2)
T = Absolute Temperatur [K], p = Luftdruck [Pa = kg*m-¹*s-²], ρ = Luftdichte [kg*m-³],
RL = Spezifische Gaskonstante trockener Luft, 287,05 [J*kg-¹*K-¹]
Die Lufttemperatur stellt demzufolge neben dem Luftdruck und der Luftdichte eine wesentliche
Beobachtungsgröße in der freien Atmosphäre dar (LAUER & BENDIX 2004: 70, 84).
22
Nach LAUER & BENDIX (2004) IST NACH internationaler Vereinbarung (SI) die verwendete Einheit
für Angaben zur Lufttemperatur Kelvin (K). Weiterhin in der Meteorologie angewandt ist die
Einheit Grad Celsius (°C). Ausnahmen sind hier die USA und Groß Britannien, deren Messungen
in Grad Fahrenheit (°F) angegeben werden. In allen drei Skalen sind Fixpunkte festgelegt worden
(siehe Tab. 2). Der Nullpunkt in der Celsius-Skala ist die Schmelztemperatur von Eis (0 °C) und
der zweite Fixpunkt ist der Siedepunkt von Wasser (100 °C).
In der Tab. 2 ist zu erkennen, dass nur für die Kelvin- und die Celsius-Skala dieselben Fixpunkte
gelten. Sie liegen genau 100 Einheiten auseinander. Der Aufbau der Kelvin-Skala ist so, dass die
tiefste Temperatur (der absolute Nullpunkt mit keinerlei Bewegungsenergie der Moleküle) 0
Kelvin (-272,15 °C) beträgt. Für die Umrechnung gilt daher: T [°C] = T [K] - 273,15. Der Vorteil
einer Kelvin-Skala ist, dass nur positive Temperaturen vorkommen (physikalische Sonderfälle
nicht beachtet), welches die Berechnung erleichtert (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 102; LAUER &
BENDIX 2004: 70 ff.; ZMARSLY et al. 2007: 38).
Temperatur des schmelzenden
Celsius-Skala
Kelvin-Skala
Fahrenheit-Skala
0 °C
273,15 K
32 °F
100 °C
373,15 K
212 °F
reinen Eises
Temperatur des siedenden reinen
Wassers bei einem Luftdruck von
1013,25 hPa
Tab. 2: Skalen mit Fixpunkten (verändert nach DEUTSCHER WETTERDIENST 2012)
2.2.2 Messung
Die Messung der Lufttemperatur findet mit einem Thermometer oder Messfühler statt, welche im
Wärmegleichgewicht mit der Luft sein müssen. Der Energietransport zwischen dem Messkörper
und der Luft soll ausgeglichen sein, damit das Thermometer die gleiche Temperatur wie die Luft
hat. Um dies zu erreichen, weisen WEISCHET & ENDLICHER (2008) sowie LAUER & BENDIX (2004)
darauf hin, dass die Lufttemperatur unter Ausschluss aller Strahlungseinflüsse gemessen wird.
Das bedeutet, dass die wahre Lufttemperatur die Schattentemperatur ist (WEISCHET & ENDLICHER
2008: 101). Außerdem muss das Thermometer gut ventiliert sein und außerhalb der „bodennahen
Luftschicht“ (ebd.: 102) in einer Höhe von 2 m über dem Erdboden angebracht werden. Der Grund
dafür ist, dass in der bodennahen Luftschicht die Lufttemperatur und auch andere
klimatologische Parameter extreme Änderungen auf kleinster Fläche aufweisen. Von großem
Interesse und charakteristisch sind diese Werte allenfalls mikroklimatologisch, makroklimatologisch beeinträchtigen sie aber die Vergleichbarkeit der Werte (LAUER & BENDIX 2004: 101 ff.).
Analoge Messmethode
Analog wird die Lufttemperatur mit einem mit Quecksilber oder Alkohol gefülltem
Flüssigkeitsthermometer gemessen. Dies basiert auf der Volumenänderung der Flüssigkeiten bei
steigender oder sinkender Temperatur. Nimmt die Lufttemperatur zu, nimmt auch das Volumen
der Flüssigkeit zu und steigt in der Glasröhre, in welcher sie sich befindet, nach oben. Nimmt die
23
Lufttemperatur ab, geschieht das Gegenteil. An der zuvor erwähnten Glasröhre befindet sich eine
geeichte Skala, an welcher die Lufttemperatur abzulesen ist. Quecksilber ist für Messungen
normaler und hoher Lufttemperaturen zu verwenden, erstarrt aber bei einer Temperatur von 38,9 °C. Bei diesen Lufttemperaturen sind mit Alkohol gefüllte Thermometer zu verwenden
(LAUER & BENDIX 2004: 71).
Ein Internationales Standartinstrument ist das Aßmannsche Aspirationspsychrometer (Abb. 10, in
welches neben einem normalen noch ein sog. Feuchtes Thermometer eingebaut ist. Der Sensor
befindet sich in einer hochglänzenden, stark reflektierenden Metallröhre, dem Strahlungsschutz
(WEISCHET & ENDLICHER 2008: 101; LAUER & BENDIX 2004: 72). Vor der Messung wird das
Federwerk für den Antrieb der Belüftung in Betrieb gesetzt, sodass während der Messung ein
ständiger Luftstrom an den Thermometern vorbeigeführt wird. Anschließend wird das
Thermometer in einer Höhe von 2 m über dem Erdboden gehalten, der für eine optimale
Messung Rasen sein sollte. Das Thermometer sollte mindestens 2 Minuten in der Position
gehalten werden, bevor die angezeigte Lufttemperatur abgelesen wird. Hierbei ist darauf zu
achten, dass im rechten Winkel auf die Skala geschaut wird, da sonst ein Messfehler von 1 °C und
mehr auftreten kann.
Abb. 10: Aspirationspsychrometer nach Aßmann (o.A.)
Für eine international vergleichbare Messung, sollten laut LAUER & BENDIX (2004) „Vier
Bedingungen der Messanordnung“ befolgt werden. Erstens, die Messung sollte auf gemähtem
Rasen und entfernt von Gebäuden oder anderen Gegenständen stattfinden. Zweitens, das Thermometer sollte zwei Meter über der Erdoberfläche aufgestellt werden, außerhalb der bodennahen
Luftschicht (siehe Kapitel 2). Drittens, die Schattentemperatur soll gemessen werden, d.h. das
24
Thermometer
muss
vor
Strahlung
geschützt
werden
(siehe
Kapitel
2).
Wäre
kein
Strahlungsschutz existent, würde die Flüssigkeit/das Quecksilber die Strahlung absorbieren und
in Wärmeenergie umwandeln. Viertens, eine gute Ventilation bzw. Umströmung durch einen
Luftstrom muss gewährleistet werden. Diese ist notwendig, um einen ungehinderten Wärmefluss
zu
erhalten.
„Die
aus
dem
Wärmeleitungsgleichgewicht
mit
strahlungsgeschützten
Thermometern gewonnenen Temperaturangaben für die Luft werden als „wahre Lufttemperatur“
bezeichnet“ (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 101).
Digitale Messmethode
Die Lufttemperatur wird gegenwärtig überwiegend elektronisch mit Widerstandsthermometern
durch Messfühler bestimmt, welche mit Halbleitern (Heißleiter-) oder mit Metallen (KaltleiterWiderstandsthermometer) funktionieren. Bei Metallen steigt der Widerstand mit dem Temperaturanstieg, jedoch sinkt er bei Halbleitern in der Regel (Thermistoren). Die Verwendung von
Bimetallstreifen ist ebenso möglich, ist aber weniger genau (siehe Tab. 3). Üblich sind laut LAUER
& BENDIX (2004) Widerstandsthermometer, wie z.B. das Pt-100=Platinum Resistance Thermometer oder Thermistorprinzip. Der hierbei entstehende Widerstandswert wird mit einem transportablen Computer (Datalogger) registriert, mit einer Kalibrierungsgleichung umgerechnet und
gespeichert (LAUER & BENDIX 2004: 71).
Messbereich
Messgenauigkeit
Quecksilberthermometer
-30 - +50 °C
0,1 °C
Bimetallthermometer
-35 - +45 °C
0,5 - 1 °C
Pt 100
-200 - +850 °C
0,1 - 0,2 °C
Tab. 3: Vergleich der drei häufig verwendeten Thermometer (verändert nach DEUTSCHER WETTER
DIENST 2012)
In Abb. 11 ist eine Automatische Wetterstation (AWS) der Technischen Universität Berlin (TUBerlin) abgebildet, wie sie auch auf der Exkursion verwendet wird. Die Sensoren, welche die
Lufttemperatur messen, werden in zwei unterschiedlichen Höhen der AWS befestigt. Bei der
AWS der TU-Berlin handelt es sich um den Temperatur- und Feuchtesensor CS215 der Firma
Campbell, zu sehen in Abb. 12. Die Sensoren werden an sog. Auslegern an dem drei Meter hohen
Mast befestigt. Ein Sensor wird in einem Meter Höhe, der andere in drei Metern Höhe installiert.
Dadurch können zum einen Differenzen und zum anderen die vertikale Verteilung abgeleitet
werden. Da mehrere dieser Stationen an verschiedenen Messorten aufgestellt werden, und bei
allen die Sensoren an gleicher Stelle installiert werden, sind die Messwerte somit mit einander
vergleichbar, nicht jedoch mit Werten des DWDs, dessen Werte in zwei Metern Höhe gemessen
werden (TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN (HRSG.) 2011).
25
Automatische Wetterstation (AWS)
Abb. 11: Automatische Wetterstation (TU BERLIn 2011)
Das Platin-(Pt)-100 Verfahren ist ein häufig verwendetes Messverfahren. Bei Zu- oder Abnahme
der Lufttemperatur ist die Modifikation des elektrischen Widerstands eines der Norm entsprechenden Platindrahtes eindeutig daraus herzuleiten. Der Platinfühler hat bei 0 °C einen Widerstand
von 100 Ohm. Pro 1 °C ändert der Sensor diesen um 0,4 Ohm. Der Messbereich des Temperatursensors CS215 (siehe Abb. 12) liegt zwischen -40 °C und +70 °C. Er hat eine Auflösung von 0,01 °C,
eine Genauigkeit von ±0,3 °C bei 25 °C; ±0,4 °C über +5 °C bis +40 °C; und ±0,9 °C über -40 °C bis
+70 °C. Die Reaktionszeit beträgt <120 s (LAUER & BENDIX 2004: 71; TU BERLIN (HRSG.) 2011).
Abb. 12: Links: Kombiniertes Temperatur- und Feuchte-Messgerät CS215 der Firma Cambell. Rechts:
Digitaler Feuchte- und Temperatursensor SHT75 der Firma Sensiron im Messgerät CS215
(TU BERLIN 2011)
26
Vor- und Nachteile
Die Vorteile Loggergestützter Erfassungsgeräte sind, dass eine kontinuierliche und automatische
Messung in beliebigen Intervallen von Sekunden bis Tageswerten möglich ist. Es ist kaum Personal nötig, die Geräte sind hochauflösender und es treten keine Ablesefehler auf. Aus diesen
Gründen finden heute überwiegend digitale Messmethoden Verwendung. Fehler bei der Messung
können durch elektrische Anschlussfehler hervorgerufen werden (LAUER & BENDIX 2004: 71).
Ein Vorteil des Flüssigkeitsthermometers ist beispielsweise, dass eine mobile Messung möglich
ist, jedoch ist manuelles Ablesen nötig, was Ablesefehler beim Nichteinhalten des 90° Winkels
mit sich bringen kann (ebd.: 72).
Beide Thermometer sind in Wetterhütten verwendbar. Nachteile beider Geräte sind der Alterungsprozess, der Ungenauigkeiten hervorbringt, sowie das eine unkorrekte Eichung oder ein
ungünstiger Standort, verfälschte Werte zur Folge haben kann.
Auswertung der Messwerte
Tagesgang
Abb. 13 zeigt beispielhaft einen Tagesgang im Sommer in unseren Breiten. Der Verlauf der Kurve
während der Einstrahlung am Tage ist fast sinusförmig. Ein regelrecht linear negativer Anstieg ist
nach Sonnenuntergang zu verzeichnen, der je nach Wasserdampfgehalt der Luft und Bewölkung
unterschiedlich stark sein kann.
25
Temperatur [°C]
20
15
10
5
00
:0
0
02
:0
0
04
:0
0
06
:0
0
08
:0
0
10
:0
0
12
:0
0
14
:0
0
16
:0
0
18
:0
0
20
:0
0
22
:0
0
00
:0
0
0
Zeit [hh:mm]
Abb. 13: Tagesgang der Lufttemperatur (verändert nach WETTERKONTOR 2012)
Kurz vor Sonnenaufgang schwächt der negative Anstieg extrem ab und endet vor Beginn der
Sinuskurve zwischen 03:00 und 04:00 Uhr. Zur Zeit des Sonnenaufgangs (ca. 04:30 Uhr) ist ein
Lufttemperaturminimum zu verzeichnen, was durch starke Bewölkung oder Wind, insbesondere
in der Nähe großer Gewässer gemindert wird. Erscheinungen wie Nebel, Tau oder Reif entstehen,
wenn die Lufttemperatur unter die Taupunktstemperatur (Kondensatbildung) sinkt. Nach
Sonnenaufgang ist die schnellste Lufttemperaturänderung des Tages zu verzeichnen. Das Lufttemperaturmaximum ist nicht, wie evtl. zu erwarten wäre, während des Sonnenhöchststands,
sondern verzögert sich, und zwar, je wirksamer die Heizwirkung des Untergrunds ist. Über
großen Wasserflächen handelt es sich dabei um ca. eine halbe Stunde Verspätung, über
27
Kontinenten sogar bis zu drei Stunden bei extremer Einstrahlung. Dies gilt für Sommer sowie
Winter gleich, sofern nicht Einwirkungen wie Wolken, oder Warm- bzw. Kaltluft zu Differenzen
führen (BENDIX 2004: 87 ff.; HORBERT 2000: 49 ff.; LAUER & BENDIX 2004: 74; WEISCHET &
ENDLICHER 2008: 103).
Jahresgang
Im Jahresgang, welcher auf Tages- oder Monatsmitteln (vgl. Kapitel 2.5.3) als langjährige Durchschnittswerte basiert, zeigt sich für den Brocken der in Abb. 14 abgebildete Verlauf. Es ist zu
erkennen, dass die Kurve des Jahresgangs erhebliche Ähnlichkeit mit der des Tagesgangs hat. Die
Monate Dezember, Januar und Februar bilden die kältesten Monate, von März bis Mai zeigt sich
eine rasche Zunahme der Lufttemperatur. Doch, ähnlich wie im Tagesgang, verzögert sich das
Lufttemperaturmaximum auf Juli/August, obwohl der längste Tag und der maximale
Sonnenstand schon im Juni erreicht werden. Von September bis Dezember ist eine rasche
Abnahme der Lufttemperaturen zu verzeichnen (WETTERKONTOR (HRSG.) 2012; LAUER & BENDIX
D
ez
ov
N
kt
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-2
-4
-6
-8
Ja
n
Temperatur [°C]
2004: 75).
Monat
Abb. 14: Jahresgang der Lufttemperatur der Monatsmittel der Jahre 2011, 2008, 2005 auf dem Brocken
(verändert nach WETTERKONTOR 2012)
Tagesmittel
„Die gemessene Temperatur gibt nur den augenblicklichen Zustand wieder“ (LAUER & BENDIX
2004: 72). Die Bildung des Tagesmittelwerts der Lufttemperatur dient dazu, die Angaben für
vergleichbare Zeiten oder Zeitabschnitte festzusetzen. Als Ausgangsbasis dient hierzu, laut
WEISCHET & ENDLICHER (2008) der Tagesmittelwert der Lufttemperatur.
Historisch sind mehrere Methoden der Mittelbildung existent. Um einen repräsentativen Wert
eines Tages zu erhalten, kann man aus dem arithmetischen Mittel der 24-Stundenwerte das
„wahre Tagesmittel“ (ebd: 103 ff.) der Lufttemperatur berechnen, indem man die Summe der
gemessenen Lufttemperaturen jeder vollen Stunde durch 24 dividiert. Da dies laut WEISCHET &
ENDLICHER (2008) sehr aufwendig ist und die Lufttemperatur, wie in Kapitel 2.5.1 zu lesen, einen
Tagesgang aufweist, hat sich in weiten Teilen der Welt eine einfachere Methode durchgesetzt,
welche weniger Beobachtungen und eine einfachere Berechnung benötigt, die „Mannheimer
Stunden“. Der Name ruht daher, dass dieses Verfahren in Mannheim eingeführt wurde. Bei
28
diesem Verfahren werden die Summe der Temperaturen um 07:00, 14:00 und 21:00 Uhr durch vier
dividiert.
Die USA verwendete hingegen eine noch einfachere, jedoch ungenauere Methode, bei welcher
das Mittel aus der höchsten und tiefsten Lufttemperatur des Tages gebildet wurde (ebd.: 104). Die
Abweichungen der Mittelbildung aller drei Methoden zeigt Abb. 15.
Abb. 15: Effekt der unterschiedlichen Mittelbildung auf den Temperaturmittelwert einer stündlichen
Messreihe aus dem Lötschental (LAUER & BENDIX 2004: 73)
Die heutigen, automatisierten Messtechniken sind hingegen noch genauer. Aus 24-Stundenwerten oder stellvertretend den vier synoptischen Hauptterminen 00, 06, 12, 18 UTC (Unified
Time Code = Greenwich Mean Time) wird seit 2004 das Tagesmittel gebildet. Aus diesen Werten
können Repräsentationswerte für längere Zeiträume bis hin zu mehreren Jahren berechnet
werden. Die sogenannten „klimatolongischen Mittelwerte“ (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 104).
International sind dafür als Normalperioden die 30-jährigen Reihen 1901-1930, 1931-1960, 1061-1990
etc. festgesetzt worden (ebd.).
2.2.3 Verteilung der Lufttemperatur in der Atmosphäre
Die Atmosphäre ist eine dünne Gashülle der Erde und erstreckt sich von der Erdoberfläche bis in
400 km Höhe. Sie wird in verschiedene Stockwerke aufgeteilt: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Maßgeblich entscheidend für klimatologische Betrachtungen ist die unterste Schicht: die Troposphäre. Sie erstreckt sich vom Erdboden 7 bis 18 km in
die Höhe und ist geprägt durch turbulente, thermodynamische und mechanische Durchmischung. Eine wichtige Rolle nimmt dabei die Lufttemperatur mit ihrer vertikalen und horizontalen Verteilung ein.
29
Horizontaler Temperaturgradient
Um die horizontale Verteilung der Lufttemperatur auf der Erde kartographisch darzustellen,
werden Isotherme verwendet. Isotherme sind Linien gleicher Lufttemperatur und stellen eine
Verbindung zwischen Orten mit einheitlichen Lufttemperaturen her. Dabei wird in wahre bzw.
absolute und in reduzierte Isotherme unterschieden. Die wahren Isotherme geben die real
gemessenen Werte, also das tatsächliche Wärmebild wieder. Somit zeichnet sich auf dem
Festland praktisch das Relief ab, da es mit zunehmender Höhe kälter wird. Diese wahren
Isothermenkarten bieten als Vorteil einen schnellen Lufttemperaturüberblick. Bei den reduzierten Isothermen werden die Werte unter Verwendung des hypsometrischen Temperaturgradienten auf Meeresspiegelniveau heruntergerechnet. Der hypsometrische Temperaturgradient
ist das Maß für die höhenbedingte Lufttemperaturabnahme (siehe folgender Abschnitt). Vorteil
dieser Darstellung ist, dass der Einfluss des Höhenreliefs und die Verteilung von Land und
Wasser besser erkennbar sind (LAUER & BENDIX 2004: 79 ff.; BLÜTHGEN 1980: 130 ff.).
Vertikaler Temperaturgradient
Im Normalfall herrscht ein Temperaturgefälle von der Bodenschicht bis in die hohe Schicht der
Troposphäre (in der Stratosphäre nimmt die Lufttemperatur nicht mehr mit der Höhe ab). Dies
ist mit dem Strahlungsumsatz der Globalstrahlung zu erklären. In der Atmosphäre herrscht im
Gegensatz zur Erdoberfläche eine negative Strahlungsbilanz, da aufgrund von solarer Einstrahlung der Erdboden stärker erwärmt wird. Es wird nach dem Auftreffen der kurzwelligen Sonnenstrahlen auf den Boden, langwellige Energiestrahlen in Form von latenter Wärme und fühlbarer
Wärme freigesetzt. Die bodennahe Schicht wird erwärmt und die Temperatur der Luft nimmt mit
steigender Höhe ab (WEISCHERT & ENDLICHER 2008: 108). Eine weitere Begründung für die
Lufttemperaturabnahme mit der Höhe ist anhand der Gasgleichung für trockene Luft (siehe
Formel 1 im Kapitel 2.2.1) zu erkennen: Die Lufttemperatur steht in Abhängigkeit zu Luftdichte
und Druck. Luftdichte sowie Luftdruck nehmen mit zunehmender Höhe in der Atmosphäre ab,
folglich nimmt auch die Lufttemperatur ab (LAUER & BENDIX 2004: 84). Das Maß für die
Lufttemperaturabnahme mit der Höhe ist der hypsometrische Temperaturgradient. Er
kennzeichnet wie schnell die Lufttemperatur mit der Höhe abnimmt, d. h. wie unterschiedlich
die Lufttemperatur in verschiedenen Schichten der Atmosphäre ist, unabhängig von sich vertikal
bewegenden Luftpaketen. Der hypsometrische Temperaturgradient wird in K pro 100 m
angegeben (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 108).
Der Mittelwert des hypsometrischen Temperaturgradientens beträgt zwischen 0,5 und 0,6 °C/100
m (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 42). Die Größe des hypsometrischen Temperaturgradienten ist
zeitlich und räumlich variabel. Ein Beispiel für die räumliche Variabilität ist, wenn Luft durch ein
Hindernis (z.B. der Brocken im Harz) gezwungen wird aufzusteigen, dann können sich hier
abweichende Temperaturgradienten ergeben, die sich vom Mittelwert unterscheiden. Da die
Ursache der vertikalen Temperaturabnahme die Erwärmung am Grund und die Energieabgabe in
der Höhe der Atmosphäre ist, folgt daraus, dass im Tagesmittel und Jahresmittel die Temperaturunterschiede über einem Gebiet zum Mittag und im Sommer am höchsten sind im Gegensatz zur
Nacht und zum Winter. Daraus lässt sich ableiten, dass der hypsometrische Temperaturgradient
30
auch zeitlich variabel ist. Genauso verschieden verhält sich der Temperaturgradient über einem
Gebirge und in gleicher Höhenlage in der freien Atmosphäre. Durch die Höhenlage des Brockens
gibt die Berggipfeloberfläche durch die solare Einstrahlung fühlbare und latente Wärme an die
sich darüber befindliche Luft ab. In gleicher Höhenlage, in der freien Atmosphäre, wird die
dortige Luftschicht maßgeblich weniger durch die Ausstrahlung des Erdbodens beeinflusst.
Aufgrund der negativen Strahlungsbilanz kühlen sich der Boden auf dem Gipfel und die darüber
liegende Luft während der nächtlichen Ausstrahlungszeit stärker ab. Diese Kaltluft fließt dann
hinsichtlich ihres höheren Gewichts die Berghänge hinunter. Daraufhin kommt „neue“ Luft aus
der oberen Atmosphäre, welche bezüglich der adiabatischen Zustandsänderung relativ warm ist.
Somit kann davon ausgegangen werden, dass die Luft über dem Brocken wärmer ist, als in
gleicher Höhe in freier Atmosphäre (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 109).
Während der hypsometrische Temperaturgradient die Temperaturverteilung in der Höhe innerhalb der Schichten bestimmt, kennzeichnet der adiabatische Temperaturgradient die Veränderung innerhalb eines aufsteigenden bzw. absinkenden Luftpakets (Erläuterung zum Luftpaket
in LAUER & BENDIX 2004: 85). Die Zustandsänderung des Luftpakets wird als adiabatisch
bezeichnet, weil hier eine Veränderung ohne Zufuhr oder Abgabe von Wärmeenergie erfolgt, also
ein in sich geschlossenes System vorhanden ist. Der Begriff adiabatisch bedeutet wörtlich
übersetzt „nicht passierbar“ (KUTTLER 2009: 54 ff.).
2.2.4 Temperaturinversionen
Im Vorangegangenen wurde festgestellt, dass die Lufttemperatur mit der Höhe abnimmt. Es kann
aber auch zu einer Umkehrung, also zur Erwärmung mit zunehmender Höhe kommen. Dieses
Phänomen wird als Temperaturinversion bezeichnet und ist von besonderer Bedeutung für den
vertikalen Luftaustausch. Denn Inversionen sind thermostabile Sperrschichten und verhindern
den Austausch von Luftpaketen. Aus diesem Grund führen sie über Industriegebieten und großen
Städten oft zu einer bodennahen Ansammlung von Luftschmutzpartikeln, auch Smog genannt.
Temperaturinversionen können sowohl in der niedertroposphärischen Grenzschicht als auch in
der höheren Atmosphäre (z.B. in der Tropopause) auftreten (LAUER & BENDIX 2004: 92).
In der niedertroposphärischen Grenzschicht kommt es häufig zu Strahlungsinversionen, welche
aufgrund ihres Auftretens in Bodennähe auch Bodeninversionen genannt werden. Dieses Ereignis
ist die Folge von nächtlicher Ausstrahlung bei windarmem Hochdruckwetter. Nach dem Sonnenuntergang, wenn die Ausstrahlungsperiode beginnt, besitzt der Erdboden infolge der hohen
solaren Einstrahlung am Tag, eine höhere Temperatur als die Luft. Somit gibt er wesentlich mehr
Wärmestrahlung an die umgebene Luft ab und kühlt rascher und stärker aus. Da nur ein
schwacher Wind herrscht und dementsprechend eine geringere turbulente Durchmischung vorhanden ist, bewegen sich die stark ausgekühlten Luftpakete am Boden erst mit großem
Zeitrückstand allmählich nach oben. In der ersten Nachthälfte beschränkt sich die Bodeninversion meist auf den unteren Metern der bodennahen Luftschicht und weist eine Lufttemperaturzunahme vom Boden bis zur Inversionsobergrenze auf. Bis zum Morgengrauen
besteht die Möglichkeit, dass die Inversionsschicht bis auf einige hundert Metern angewachsen
ist. Durch die beginnende solare Einstrahlung am Morgen wird die Unterlage wieder erwärmt
31
und es kommt zur Durchmischung von Luftpaketen. Durch die Erwärmung der Unterlage wird
die Inversionsschicht angehoben, somit grenzt sich die Bodeninversion mit einer klaren Oberund Untergrenze ab. Einsetzender Wind führt außerdem zum Abbau der Inversionsschicht,
sowohl von der Unterseite als auch von der oberen Seite.
Vor allem im Sommer der mittleren Breiten, löst sich eine Inversionswetterlage relativ schnell am
Vormittag auf. In den Wintermonaten kann es durch die schwächere Einstrahlung und den
flacheren Einstrahlungswinkel zum tagelangen Bestehen einer Inversion kommen. Die Mächtigkeit der Inversionsschicht hängt von der Länge und der Intensität der Ausstrahlung und
demzufolge auch von der Einstrahlung ab. So ist ein geringer Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre für die effektive Ausstrahlung und eine Hochwetterlage für die Einstrahlung optimal
(BENDIX 2004: 90 ff.).
In Deutschland liegen die größten Mächtigkeiten von Inversionen bei 150 bis 200 m. Einen
weiteren Einfluss auf die Mächtigkeit bildet die Zunahme an turbulenter Durchmischung. Beispielsweise führt der Kaltluftabfluss bei Tälern zu einer höheren Mächtigkeit als bei reinen
Strahlungsinversionen im Flachland. Vor allem im Mittelgebirge nehmen solche Talinversionen
am Ende der Nacht das komplette Tal ein, sodass das Tal bedeckt ist und die Berggipfel von der
Sonne bestrahlt werden (LAUER & BENDIX 2004: 92; BENDIX 2004: 90; 104 ff.).
Die Lufttemperatur steht zum einen bei der Klimaklassifikation und zum anderen auch bei der
Erfassung der Klimageschichte im Vordergrund. Die klimatologischen Eigenschaften eines
Gebietes lassen sich besonders gut aus dem Tagesgang und evtl. dem Jahresgang der Lufttemperatur schlussfolgern. Um gemessene Werte der Lufttemperatur vergleichen zu können,
werden sie weltweit unter genormten Bedingungen durchgeführt. Außerdem ist hier die Bildung
von Mittelwerten nötig. Weiterhin hat die Lufttemperatur eine große klimatologische Bedeutung,
da sie in dichtem Zusammenhang und Korrelation mit anderen klimatischen Größen wie
Luftdruck, relativer Feuchte, Wind und Niederschlag steht, und somit bedeutenden Einfluss auf
das Wettergeschehen hat. Relief, Boden und Vegetation haben einen hohen Einfluss auf die
Lufttemperatur und bewirken Schwankungen, ebenso wie der anthropogene Einfluss. Außerdem
sind andere Messgrößen wie Feuchte, Wind, Strahlung und Druck indirekt über die Messung der
Lufttemperatur zu erschließen.
32
2.3 Wind
Michael Kachnicz
Wind ist bewegte Luft und somit eines der wichtigsten meteorologischen Elemente. Im Gegensatz
zu anderen meteorologischen Größen handelt es sich bei dem Wind nicht um eine skalare Größe,
sondern um eine vektorielle Größe im dreidimensionalen Raum, da zur Beschreibung des
Windes die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung notwendig sind. Die Windrichtung
gibt an, woher der Wind kommt und die Windgeschwindigkeit ist eine gerichtete Größe, welche
die zurückgelegte Strecke der Luft pro Zeiteinheit im Raum beschreibt. Die Windgeschwindigkeit hat einen Einfluss auf die Umgebungstemperatur. So führt Starkwind zum Beispiel zu einer
stärkeren Lufttemperaturdurchmischung in der vertikalen Ebene (Abb. 17). Turbulenzen verhindern, dass der Wind gleichmäßig mit parallel zueinander liegenden Stromfäden weht. Meist
wird nur die horizontale Komponente der Luftströme als Wind bezeichnet, in der Mesoskala ist
jedoch die vertikale Luftströmungskomponente für die Wolken- und Niederschlagsbildung bedeutsam (FLEMMING 1991: 54). Nicht nur in den meteorologischen Prozessen hat der Wind einen
überaus wichtigen Stellenwert. In der Geschichte der Menschheit hat er schon immer eine
essentielle Funktion erfüllt: Bereits seit Jahrhunderten nutzen Menschen den Wind als Antriebskraft für Segelschiffe um weite Strecken auf Meeren oder Seen zu überwinden und heutzutage
werden Windräder genutzt, um Strom aus Windkraft zu generieren. In die Kreisläufe der Natur
ist der Wind fest eingebettet: Zum Beispiel als Bestäubungsvermittler zwischen Pflanzen oder zur
Ausbreitung von Pflanzenarten durch Sporen und Samen. Als Transportmittel aller Lufteigenschaften, insbesondere Wärme und Luftfeuchte, ist der Wind nach der Sonne der einflussreichste
Klimafaktor. Ob mikroklimatisch oder makroklimatisch, überall nimmt der Wind Einfluss.
Abb. 16: Einfluss der Windgeschwindigkeit auf die Bodennähe: Starker Wind führt infolge der besseren
vertikalen Durchmischung zu ausgeglichenen Temperaturen (FLEMMING 1991)
33
2.3.1 Entstehung von Wind
Bei der Entstehung von Wind spielen verschiedene Faktoren eine Rolle: Die Erddrehung mit ihrer
wirkenden Corioliskraft, die Verteilung der Wasser- und Landoberfläche und die Sonneneinstrahlung. Über dem wärmeren Gebiet steigt erwärmte Luft, spezifisch leichtere Luft auf, über dem
kälteren Bereich sinkt die abgekühlte, spezifisch schwerere Luft ab (Abb. 16). So entstehen Luftdruckunterschiede, die wiederum zu Ausgleichsbewegungen der Druckgradientenkraft führen.
Aus Gebieten mit hohem Luftdruck strömen Luftteilchen dorthin, wo der Luftdruck niedriger ist.
Je größer der Druckunterschied zwischen den Luftmassen, desto stärker weht der Wind. Durch
die Reibungskraft erfährt der Wind einen Widerstand an der Erdoberfläche, der entgegensetzt
zum Strömungsverlauf gerichtet ist. Die Corioliskraft ist die Auswirkung der Massenträgheit bei
allen Bewegungen auf den Oberflächen rotierender
Körper. In der nördlichen Erdhemisphäre kann ein mitrotierender Beobachter eine Ablenkung
aus der eigentlichen Bewegungsrichtung nach rechts feststellen, analog in der südlichen Hemisphäre nach links (HÄCKEL 1999: 239). Ein Hoch bewegt sich also auf der Nordhalbkugel im
Uhrzeigersinn und ein Tief entgegen dem Uhrzeigersinn.
Windrichtung
Die Windrichtung ist die Richtung, aus der der Wind weht. Die Windrichtung kann mit
verschiedenen Messinstrumenten gemessen werden. Besonders präzise Messwerte erhält man mit
dem 3D Ultraschallanemometer, da es Vertikalströmungen aufzeichnen kann. Wind weht
nämlich nicht nur in der horizontalen Ebene (Nord-, Ost-, Süd-, Westwind) sondern auch in der
Vertikalen Ebene. Die exakt gemessene Windrichtung, bestehend aus Vertikal- und Horizontalströmungsmessung, könnte Aufschluss darüber geben, ob die bewegten Luftmassen aufsteigend
oder absteigend sind. Einfache Messinstrumente sind zum Beispiel der Wetterhahn oder der
Windsack. Diese Windrichtungszeiger können jedoch nur die horizontale Windrichtung anzeigen
und eignen sich für grobe Windrichtungsbestimmungen. Der Vorteil am Windsack ist, dass er
sich bei verschiedenen Windstärken unterschiedlich verhält. Bei schwachem Wind hängt er und
bei starkem Wind bläht er sich auf. Diese Verhaltensweisen eignen sich vor allem auf Flugzeugund Hubschrauber-Landeplätzen. Die Windrichtung hat einen wichtigen Einfluss auf die Temperaturverhältnisse. Nordwinde bringen Kälte mit, wogegen Wärme mit dem Südwind einhergeht.
2.3.2 Messung
Wind wird in den Einheiten km/h, m/s und Knoten (1kn = 1,852 km/h = 0,514 m/s) angegeben.
Die Messung der Windgeschwindigkeit erfolgt mit dem Anemometer. Es gibt viele verschiedene
Formen des Anemometers, welche sich in ihrer Funktion und in ihrem Einsatz unterscheiden.
Das Staurohranemometer eignet sich zum Beispiel besonders gut für Messungen in Rohren, in
denen Luft- und Gasmassen durchströmen. Das Schalenkreuzanemometer eignet sich dagegen
für Messungen im Freien. In diesem Text wird im Folgenden vor allem explizit auf die
Messmethode des Schalenkreuzanemometers und des 3D Ultraschallanemometers eingehen.
34
Abb. 17: Entstehung thermischer Zirkulaltionen (Strömungsverlauf in Bodennähe vom kalten zum
warmen Gebiet) (FLEMMING 1991)
Bevor man mit einer Messung beginnt, sollte man bestimmte Festlegungen beachten, damit die
Winddaten im Nachhinein sinnvoll weiterverarbeitet werden können. Die Aufstellungshöhe von
10 m über einer freien Fläche wurde von der World Meteorological Organization festgelegt. Ein
Gelände wird dann als frei angesehen, wenn die Entfernung zu Hindernissen mindestens der
zehnfachen Höhe der Hindernisse entspricht. Solche Aufstellbedingungen sind aber nur selten
vorzufinden, deshalb wird empfohlen das Messinstrument in einer Höhe aufzustellen, die
weitgehend gleiche Messwerte liefert, die sich bei Messungen in 10m Höhe beim Fehlen der
Hindernisse ergeben würde (HÖHNE 2000: 18). Eine Mittelwertbildung einer Messung ist in
diesem Falle sinnvoll, da die Windrichtung und -geschwindigkeit kurz periodischen Schwankungen großer Amplitude unterliegen. Diese Schwankungen führen zu Turbulenzen.
Momentanwerte sind aus diesem Grund wenig aussagekräftig. Mittel- und Extremwerte werden
über vorgegebene Zeitintervalle angegeben und haben einen höheren Informationsgehalt.
Schalenkreuzanemometer
Das Schalenkreuzanemometer verfügt über ein Drehkreuz, an dem halbkugelförmige Schalen
befestigt sind, die durch die kinetische Energie des Windes angetrieben werden. Die kinetische
Energie wird somit in mechanische Energie umgewandelt und das Drehkreuz kommt in
Bewegung. Dabei wird die Drehgeschwindigkeit des Drehkreuzes mit einem Messgerät aufgezeichnet und in m/s, km/h oder in Knoten umgerechnet. Das Schalenkreuzanemometer ist ein
Widerstandsläufer basierend auf dem Widerstandsprinzip. Durch die Windkraft entsteht
letztendlich Widerstandskraft in den Schalen und genau diese bringt die Schalen des Drehkreuzes in Bewegung. Das Problem ist, dass Widerstandsläufer sich nicht schneller als der Wind
drehen können. Sie sind Langsamläufer und die Verluste sind daher sehr groß und der Leis35
tungsbeiwert (aerodynamischer Wirkungsgrad) sehr gering (DAS WINDENERGIE-RGD TEAM 2010).
Schalenanemometer zeigen bei böigem Wind einen gegenüber dem exakten Mittel erhöhten
Wert an (HÖHNE 2000: 19). Das Schalenkreuzanemometer läuft schon bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 0,3 m/s an, flaut der Wind abrupt ab, läuft es wegen der Trägheit
noch eine Zeit nach. Die Geschwindigkeit wird gegenüber der real vorherrschenden Windgeschwindigkeit noch für einige weitere Sekunden verzögert gemessen, obwohl bereits ein
geringerer Wind weht. Somit wird der berechnete Mittelwert nach oben hin verfälscht.
Die relativ einfache Bauweise ermöglicht einen kostenniedrigen Nachbau. Die rotierenden Teile
sind jedoch besonders gegenüber Vereisung gefährdet, sofern sie nicht beheizt werden. Die
Übertragung einer hinreichenden Heizleistung auf die drehbaren Teile ist technisch aufwendig,
sollen die dynamischen Eigenschaften des Windmessers nicht beeinträchtigt werden.
3D Ultraschallanemometer
Das 3D Ultraschallanemometer, umgangssprachlich auch als “Sonic“ bezeichnet, ist ein
akustischer Strömungsmesser und erfasst Luftströmungen in drei Dimensionen. Das Messgerät
besteht aus vier Ultraschallsendern, vier Empfängern und kommt ohne bewegte Teile aus, was
sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt. Gemessen werden Frequenzänderungen, Laufzeitdifferenzen oder Phasenverschiebung der Schallwellen, die vom Sender kontinuierlich oder
als Impuls zum Empfänger ausgestrahlt werden. Da sich die Auflösung mit der Schallfrequenz
erhöht, arbeiten die akustischen Strömungsmesser im Ultraschallbereich. Anlaufschwellen und
Trägheitsfehler, wie sie bei der Messung mit Schalenkreuzanemometern entstehen, sind nicht
vorhanden. Ein weiterer wichtiger Vorteil dem Schalenkreuzanemometer gegenüber, ist die
zusätzliche Erfassung der vertikalen Windkomponente die, wie schon genannt, ausschlaggebend
für Wolken- und Niederschlagsbildung sind. Die Messhöhe liegt bei ca. 5 m über dem Grund.
Fazit dieser Ausarbeitung ist, dass das 3D Ultraschallanemometer sich für die Windgeschwindigkeitsmessungen viel mehr eignet als das Schalenkreuzanemometer. Die Gründe hierfür sind zum
einen: Die Genauigkeit der Windrichtungsmessung, die horizontal- und vertikalwinde umfasst.
Mit einem Schalenkreuzanemometer kann man die Windrichtung überhaupt nicht bestimmen.
Zum Anderen: Die Genauigkeit der Windgeschwindigkeitsmessung, die automatisch aufgezeichnet wird und die Höhenlage der Messinstrumente.
36
2.4 Luftfeuchtigkeit
Christian Rüll, David Aerni
Wasser ist eine der bedeutendsten chemischen Verbindungen auf unserem Planeten. Eine
Besonderheit des Wassers ist, dass es bei den natürlichen, auf der Erde herrschenden, Bedingungen in allen drei Aggregatzuständen vorkommen kann: Eis (fest), Wasser (flüssig) und Wasserdampf (gasförmig) (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 160). Bei den Phasenübergängen wird Energie
umgesetzt. Aus diesem Grund hat das Wasser eine große Bedeutung für das Klima auf der Erde.
Durch die Freisetzung der gespeicherten Energie können beispielsweise heftige Wetterereignisse
wie Tornados oder Hagel entstehen (WARNECKE 1991: 152). Wir behandeln in dieser Arbeit den
Wasserdampf, also das gasförmige Wasser. Dabei handelt es sich nach WEISCHET & ENDLICHER
(2008) um ein unsichtbares Gas. Aus diesem Grund ist es eigentlich falsch, beispielsweise sichtbare Dunstschwaden über einem Kochtopf als Wasserdampf zu bezeichnen. Tatsächlich handelt
es sich dabei stets um kondensierte Wassertröpfchen.
Der gasförmige Anteil des Wassers in der Atmosphäre, sprich der Wasserdampfgehalt der Luft,
wird als Luftfeuchtigkeit bezeichnet. Wir versuchen im Folgenden zu klären, wie man Luftfeuchtigkeit misst, wie sie entsteht und wie sie sich in der Atmosphäre verteilt. Außerdem geben
wir im Hinblick auf die bevorstehende Exkursion einen Ausblick auf die uns erwartenden
mikroklimatischen Bedingungen in unserem Messgebiet.
2.4.1 Messmethoden
In diesem Kapitel beschreiben wir die Messmethoden, die wir auf der Exkursion zur Ermittlung
der Luftfeuchtigkeit verwenden werden. Zu Beginn erklären wir außerdem wichtige Messgrößen.
Diejenigen, die im Zusammenhang mit den Messmethoden von Bedeutung sind und Andere, die
im Verlauf dieser Arbeit auftauchen werden. Die Informationen über die Messgrößen sowie die
angegebenen Berechnungsformeln und Formelzeichen sind verwendet nach ZMARSLY, KUTTLER &
PETHE (2007: 69 ff.).
Wichtige Messgrößen
Bezeichnung
Formelzeichen
absolute Luftfeuchtigkeit
ρw
Maßeinheit
g/m³
Die absolute Luftfeuchtigkeit drückt aus, wie viel Wasserdampf sich
in der Luft befindet. Repräsentativ für die Umgebung wird angegeben, wie viel Gramm Wasserdampf in einem Luftpaket von einem
Kubikmeter vorhanden sind.
37
spezifische
S
g/kg
Luftfeuchtigkeit
Wie die absolute Luftfeuchtigkeit gibt auch die spezifische Luftfeuchtigkeit an, wie viel Gramm Wasserdampf sich in einem repräsentativen Luftpaket befinden. Das Luftpaket wird jedoch nicht über
das Volumen sondern über die Masse definiert.
Da sich ein Kilogramm Luft auch bei wechselndem Luftdruck nicht
verändert, im Gegensatz zum Volumen, bleibt diese Größe in einem
aufsteigenden Luftpaket konstant. Man nennt solche Größen
konservativ.
Mischungsverhältnis
Μ
g/kg
Auch das Mischungsverhältnis gibt an, wie viel Gramm Wasserdampf in einem Kilogramm Luft zu finden sind. Der Unterschied
zur spezifischen Luftfeuchtigkeit ist, dass sich das Mischungsverhältnis auf ein Kilogramm trockene Luft bezieht. Es gibt also das
Massenverhältnis zwischen dem Wasserdampf und dem restlichen
Gasgemisch in einem Luftpaket wieder. Diese Größe ist ebenfalls
konservativ.
Dampfdruck
E
hPa
Der Dampfdruck gibt auch Auskunft über die Zusammensetzung des
Gasgemisches der Luft. Druck entsteht immer aufgrund molekularer
Bewegung. Unter dem Dampfdruck wird der Teil des Gesamtluftdrucks verstanden, der durch den Wasserdampf zustande kommt.
Sättigungsdampfdruck
E
hPa
Die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf ist nicht unbegrenzt. Der Sättigungsdampfdruck bezeichnet den maximal möglichen Dampfdruck. Wird er überschritten, beginnt das Wasser zu
kondensieren. Der Sättigungsdampfdruck ist abhängig von der
Lufttemperatur (siehe S. 41).
38
Sättigungsdefizit
Δe
hPa
Die Menge an Wasserdampf, die von der Luft noch aufgenommen
werden kann, bis der Sättigungsdampfdruck erreicht ist, wird Sättigungsdefizit genannt. Berechnet wird es mittels der Differenz des
Sättigungsdampfdrucks und des Dampfdrucks (Δe = E-e).
relative Luftfeuchtigkeit
f
%
Die relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet den Sättigungsgrad der Luft.
Das heißt, sie gibt das Verhältnis zwischen dem aktuellen Wasserdampfgehalt und dem maximal möglichen Wasserdampfgehalt der
Luft an. Die Formel lautet: f = E/e*100.
Tab. 4: Wichtige Messgrößen
Kapazitive Methode
Bei der kapazitiven Methode wird mit Hilfe eines elektronischen Sensorelements die relative Luftfeuchtigkeit bestimmt. Das Kernstück des Sensorelements bildet ein Kondensator. Dieser enthält
ein Di-Elektrikum. Im Fall des von uns verwendeten Sensors CS215 besteht es aus einem Polymer.
Das Di-Elektrikum nimmt proportional zur Umgebungsfeuchte Wasserdampf auf. Bei schwankendem Wasserdampfgehalt ändert sich die Kapazität des Di-Elektrikums. Über eine elektronische Schaltung können derartige Kapazitätsänderungen gemessen werden. Ein Datenlogger
wandelt die Signale in relative Luftfeuchtigkeitswerte um (SENSIRION AG 2012).
Die Messgenauigkeit des von uns genutzten Sensors verringert sich bei extremen Luftfeuchtigkeitswerten; unterhalb von 10 % und oberhalb von 90 % relativer Luftfeuchtigkeit. (CAMPELL
SCIENTIFIC 2008: 2). Der Sensor sollte mit einem Strahlungsschutzgehäuse umgeben werden, da
die Sonneneinstrahlung Messfehler verursachen kann. Ferner ist der direkte Kontakt mit Wasser,
insbesondere in flüssiger Form, zu vermeiden, da dieses die elektronischen Komponenten stören
kann (WMO 2008: 20).
Für den Aufbau gilt es ebenfalls einiges zu beachten. Der Sensor wird an einem Mast in der
Standarthöhe nach WMO von 1,25 bis 2 m angebracht. Außerdem hat die Messung auf offenem
Gelände mit kurzem Pflanzenbelag zu erfolgen. Zu größeren gepflasterten Flächen ist ein Mindestabstand von 30 Metern einzuhalten (CAMPELL SCIENTIFIC 2008: 3).
Aspirationspsychrometer
Das Aspirationspsychrometer besteht aus zwei Thermometern, die von einem Strahlungsschutzgehäuse umgeben sind. Es verfügt über einen eingebauten Ventilator, der fortlaufend
Umgebungsluft in das Gehäuse leitet. Eines der Thermometer ist von einem feuchten Strumpf
umgeben, an dem Wasser verdunstet (ZMARSLY, KUTTLER & PETHE 1999: 77). Die Luft am feuchten
Thermometer sättigt sich mit Wasserdampf, durch die Verdunstung wird der Luft Wärmeenergie
entzogen und die Temperatur fällt. Aus der Temperaturdifferenz zwischen dem trockenen und
39
dem feuchten Thermometer kann man mit einer Formel nach SPRUNG die Luftfeuchtigkeit (den
Dampfdruck) berechnen.
Die Werte des trockenen Thermometers entsprechen den Werten der Umgebungsluft und
werden mit einer 1 gekennzeichnet. Die Werte des feuchten Thermometers sind mit einer 2 beschriftet.
Da die Luft am feuchten Thermometer mit Wasserdampf gesättigt ist, entspricht der Dampfdruck
e2 dem Sättigungsdampfdruck E2. Der aufgenommene Wasserdampf entspricht dem Sättigungsdefizit Δe2.
e2 = E2 = e1+Δe2
(3)
Da der Dampfdruck der Umgebungsluft von Interesse ist, wird die Formel nach e1 aufgelöst und
es ergibt sich:
e1 = E2 ‒ Δe2
(4)
Der Sättigungsdampfdruck E2 kann einer Tabelle entnommen werden, doch stellt sich die Frage,
wie sich das Sättigungsdefizit Δe2 ermitteln lässt. Die Temperaturdifferenz ΔT ist proportional
zum Sättigungsdefizit. Daher kann man das Sättigungsdefizit mit einer Konstante berechnen.
Δe ~ ΔT
(5)
Δe2 = c ∙ (T1 ‒ T2)
(6)
c = 0,67 hPa ∙ K-1
(7)
Wird die Formel (6) in die Formel (4) eingesetzt, ergibt sich die Formel nach Sprung:
e1 = E2 ‒ c ∙ (T1 ‒ T2)
(8)
Bei der Durchführung von Messungen mit dem Aspirationspsychrometer können Fehler unter
anderem durch ungenaues Ablesen der Temperatur entstehen. Hierbei kommt es auf den
richtigen Betrachtungswinkel an. Außerdem reagiert das Gerät empfindlich auf verunreinigte
Luft. Daher sollte der Strumpf regelmäßig ausgewechselt, beziehungsweise gesäubert werden
(WMO 2008: 10).
2.4.2 Entstehung
Wasserdampf entsteht bei Sublimation und Verdunstung (STÜMPEL 2003: 2). Bei ersterer handelt
es sich um den direkten Übergang von Eis zu Wasserdampf. Da der Anteil an Wasserdampf, der
durch Sublimation entsteht, verschwindend klein ist, konzentrieren wir uns auf die Verdunstung,
also den Übergang von flüssigem Wasser zu Wasserdampf. Im Folgenden wird auf die Faktoren
eingegangen, welche die Verdunstung beeinflussen.
Bei der Verdunstung überwinden einzelne Wasserteilchen aufgrund ihrer molekularen Bewegung
die Anziehungskräfte der Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb des flüssigen Wassers und
werden ein Teil des Gasgemisches der Luft. Um die Verdunstung zu erhöhen, müssen die
Wasserteilchen beschleunigt werden, wozu Energie benötigt wird. Diese Energie wird den
Molekülen zugeführt, wenn sie von der kurzwelligen, energiereichen Sonneneinstrahlung ge40
troffen werden. Je stärker die Sonneneinstrahlung und folglich die Eigenbewegung der Moleküle
ist, desto schneller verdunstet das Wasser (vgl. WEISCHET & ENDLICHER 2008: 161).
Auch wenn keine direkte Sonneneinstrahlung vorhanden ist, findet Verdunstung statt. Aufgrund
des Wärmevorrats des Wassers weisen die Moleküle immer eine gewisse Eigenbewegung auf, die
dazu führt, dass vereinzelte Moleküle die Oberflächenspannung überwinden und zu Wasserdampf werden. Dieser Wärmevorrat ist jedoch auch auf vorhergehende Sonneneinstrahlung
zurückzuführen (ebd.: 160).
Ob Verdunstung stattfindet und wie schnell sie vonstattengeht, hängt auch von der Aufnahmefähigkeit der Luft ab. Entscheidend ist der Sättigungsgrad der Luft. Mit zunehmender Lufttemperatur steigt das maximale Fassungsvermögen der Luft für Wasserdampf (Abb. 18).
Sättigungsfeuchte [g/m³]
30
25
20
15
10
5
0
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Lufttemperatur [°C]
Abb. 18: Sättigungskurve bei einem Luftdruck von 1013 hPa (verändert nach WEISCHET &ENDLICHER
2008: 163)
Dadurch nimmt auch das Sättigungsdefizit zu und die Luft nimmt mehr und schneller
Wasserdampf auf (ebd.: 171).
Für den Verdunstungsvorgang ist auch wichtig, dass mit Feuchtigkeit angereicherte oder gar
gesättigte Luft abgeführt wird. Die Luft kann horizontal durch Winde abgeführt werden, aber
auch vertikal durch das Aufsteigen der Luft. Zweiterer Vorgang wird als thermische Konvektion
bezeichnet und ist abhängig von der vertikalen Temperaturschichtung (ebd.: 172). Je schneller die
Temperatur mit der Höhe abnimmt, desto schneller steigen die an der Erdoberfläche erwärmten,
mit Wasserdampf angereicherten Luftmassen auf.
Diese Faktoren - Sonneneinstrahlung, Lufttemperatur und turbulenter Austausch - bestimmen
die Verdunstung bei optimaler Wasserverfügbarkeit, beispielsweise über Wasserflächen. Auf
Landoberflächen enthält der Boden nicht uneingeschränkt Wasser. Die Verfügbarkeit des Bodenwassers kommt daher als ausschlaggebender Faktor für die Verdunstung hinzu. Ob Bodenwasser
verfügbar ist, hängt vom Niederschlag und den Wasserhalteeigenschaften des Bodens wie
Porenvolumen, Grundwasserstand, Versiegelungsgrad etc. ab (BENDIX 2004: 113).
Die Verdunstung über unbedeckten Landoberflächen und Wasserflächen nennt man passive
Verdunstung oder Evaporation. Bei der Mitwirkung von Lebewesen spricht man von aktiver
41
Verdunstung oder Transpiration. Dazu gehört beispielsweise das Schwitzen von Tieren oder die
Abgabe von Wasserdampf an Pflanzenoberflächen. Letzteres hat einen erheblichen Einfluss auf
die Verdunstungsrate von mit Vegetation bedeckten Landflächen. Entscheidend sind die Vegetationsdichte und pflanzenspezifische Eigenschaften wie Wasserverbrauch, Blattoberfläche, Anzahl der Spaltöffnungen etc. (HUPFER & KUTTLER 2006: 332 f.).
Die gesamte Verdunstung, also die Evaporation und die Transpiration zusammen, wird Evapotranspiration genannt.
2.4.3 Verteilung
In der Atmosphäre ist der Wasserdampf als Energieträger und Wettermacher von großer
Bedeutung (STÜMPEL 2003: 1). Kondensiert der Wasserdampf zu flüssigem Wasser, wird Energie
freigesetzt und es kommt zu Wetterphänomenen, wie Wolkenbildung, Niederschlag oder Nebel.
Für die Meteorologie ist daher entscheidend, wann die Luft gesättigt ist und die Kondensation
einsetzt. Diese Information kann man der relativen Luftfeuchtigkeit entnehmen.
Es ist jedoch, wie viel Wasserdampf in der Atmosphäre genau vorhanden ist, unabhängig davon
ob und wann der Wasserdampf kondensiert. Für diese Information sind Größen wie die absolute
und spezifische Luftfeuchtigkeit oder das Mischungsverhältnis interessant, die angeben wie viel
Gramm Wasserdampf in der Luft vorhanden sind. Daher wird sich im Folgenden stets auf diese
Messgrößen.
Räumliche Verteilung
Dieses Kapitel wird weiter in die horizontale und die vertikale Verteilung unterteilt.
Die horizontale Verteilung geschieht durch Winde. Dabei muss beachtet werden, dass die Verdunstung einen erheblichen Einfluss auf die Entstehung der Winde hat. Bei der Verdunstung wird
Energie benötigt, um das flüssige Wasser in den gasförmigen Zustand zu überführen. Diese
Energie wird in latenter Form im Wasserdampf gespeichert und trägt nicht zur Erwärmung der
oberflächennahen Luftmassen bei. Dadurch erwärmen sich Luftmassen über Oberflächen, an
denen kaum Verdunstung stattfindet, stärker und steigen schneller auf. In Oberflächennähe entstehen aus diesem Grund Druckgefälle, die durch Winde ausgeglichen werden. So wird die Luft
generell von dort aus, wo sie sich mit Wasserdampf anreichert, zu den trockeneren Gebieten
verteilt.
Ein Phänomen, das auf diesem Prinzip beruht, ist das der Seewinde. Aufgrund der optimalen
Wasserverfügbarkeit herrschen die größten Verdunstungsraten über den Weltmeeren. Im Vergleich zu den Meeren entsteht dadurch am Tag über dem Festland ein niedrigerer Luftdruck, der
durch die Zufuhr von Meeresluft ausgeglichen wird (vgl. BENDIX 2004: 118 ff.). Mit dem Atlantik
im Westen und dem asiatischen Festland im Osten ist dieses Phänomen mitverantwortlich dafür,
dass in Europa tagsüber vorwiegend Westwinde herrschen (LAUER 1999: 165).
42
Global betrachtet entsteht auf Grund der hohen Sonneneinstrahlung am meisten Wasserdampf in
Äquatornähe und verteilt sich von da aus in Richtung der Pole. Dies lässt sich in Abb. 19
erkennen.
Nordpol
Äquator
Südpol
10
20
30
40
50
absolute Luftfeuchtigkeit [g/m³]
Abb. 19: Globale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit Modelldaten für den Monat Juli (verändert nach
WEISCHET & ENDLICHER 2008: 170)
Für die vertikale Verteilung ist entscheidend, dass Luftmassen, die sich an der Erdoberfläche
erwärmen und mit Wasserdampf anreichern, aufsteigen. Die höchsten Luftfeuchtigkeitswerte
findet man direkt an der Erdoberfläche, wo die Verdunstung vonstattengeht. Mit zunehmender
Höhe und Distanz zum Wasserreservoir nimmt der Wasserdampfgehalt ab (WEISCHET &
ENDLICHER 2008: 169) (Abb. 20).
7
6
Höhe [km]
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Mischungsverhältnis [g/kg]
Abb. 20: Vertikale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Sommers (April-September)
von 1961 in Larkhill GB (verändert nach FLOHN in WEISCHET & ENDLICHER 2008: 169)
Eine Umkehrung des Feuchtigkeitsgefälles kann vorkommen, ist jedoch deutlich seltener und
kurzfristiger als eine Umkehrung des Temperaturgefälles. Meist entsteht die Umkehrung in der
43
Nacht, wenn es durch eine Auskühlung der bodennahen Luftschicht zur Kondensation kommt
und dadurch der Wasserdampfgehalt sinkt. Eine Folge dieses Vorganges ist der Morgentau
(WEISCHET & ENDLICHER 2008: 168).
Für die vertikale Verteilung sind auch Umkehrungen des Temperaturgefälles, sogenannte
Temperaturinversionen, von Bedeutung. Bei einer solchen Inversion wird in einer bestimmten
Höhe der vertikale Austausch verhindert. Dadurch kann sich der Wasserdampf nicht weiter
verteilen und sammelt sich an der Unterseite der Inversionsschicht an. Dies hat oft zur Folge,
dass Wasserdampf kondensiert und eine sichtbare Dunstschicht entsteht (HÄCKEL 1999: 92).
Zeitliche Verteilung
Die Sonneneinstrahlung ist von den Faktoren, die die Verdunstung beeinflussen, derjenige, der
zeitlich die größten Schwankungen erfährt. Im Tagesverlauf gibt es je nach Sonnenstand
unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung und in den Nachtstunden fällt die Sonneneinstrahlung sogar ganz aus. Im Jahresverlauf verändert sich die Sonneneinstrahlung durch den unterschiedlichen Sonnenlauf der Jahreszeiten.
Der typischen wird Tagesgang beschreiben wir anhand von zwei Beispielen nach WARNECKE (1991)
beschrieben, die den Verlauf der spezifischen Luftfeuchtigkeit zeigen. In Abb. 21 sieht man einen
Tagesgang im Sommer. Mit dem Sonnenaufgang setzt die Verdunstung ein und die spezifische
Luftfeuchtigkeit nimmt zu. Das Maximum wird kurz vor Mittag erreicht. Am Nachmittag sinkt
die Luftfeuchtigkeit wieder. Dieser Einbruch ist zurückzuführen auf die starke thermische
Konvektion, die einen großen Teil des Wasserdampfes in höhere Luftschichten bringt (WARNECKE
1991: 154) und einen Rückgang der Transpiration, da die Pflanzen ihre Spaltöffnung bei starker
Sonneneinstrahlung schließen (HUPFER & KUTTLER 2006: 327). Mit sinkender Sonneneinstrahlung
steigt die Luft nicht mehr so schnell auf und die Pflanzen öffnen ihre Spaltöffnungen wieder.
Dadurch nimmt die spezifische Luftfeuchtigkeit in den Abendstunden noch einmal zu. Kurz nach
dem Sonnenuntergang sinkt die Verdunstung auf ein Minimum, die Luft kühlt aus und der
Wasserdampf kondensiert. Aus diesen Gründen sinkt die Luftfeuchtigkeit im Verlauf der Nacht
14
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:0
0
spezifische Luftfeuchtigkeit [g/kg]
und erreicht kurz vor Sonnenaufgang ihr Minimum.
Zeit [hh:mm]
Abb. 21: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Julis 1996 bei Bonn (verändert nach WARNECKE 1991: 154)
44
Im Winter ist die Sonneneinstrahlung deutlich schwächer. Der Einstrahlungswinkel der Sonne
verläuft flacher, sie geht später auf und früher unter. Dadurch findet zum einen weniger
Verdunstung statt und zum anderen ist die Lufttemperatur niedriger, was wiederum zur Folge
hat, dass die Luft weniger Wasserdampf aufnehmen kann. Der typische Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit im Winter verläuft daher bedeutend flacher (Abb. 22). Auch hier steigt
die spezifische Luftfeuchtigkeit nach dem Sonnenaufgang kontinuierlich an. Das Maximum wird
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:0
0
00
:0
0
spezifische Luftfeuchtigkeit [g/kg]
etwas versetzt mit dem Maximum der Sonneneinstrahlung am frühen Nachmittag erreicht.
Zeit [hh:mm]
Abb. 22: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Februars 1996 bei Bonn
(verändert nach WARNECKE 1991: 154)
Im Jahresverlauf zeichnet sich aus den oben genannten Gründen ein erheblicher Unterschied
zwischen der kalten und der warmen Jahreszeit ab. Das erkennt man am Beispiel in Abb. 6. Diese
zeigt die Monatsmittelwerte der Jahre von 1951-1980 bei Quedlinburg am nordöstlichen Rand des
Harzes.
Dampfdruck [hPa]
16
14
12
10
8
6
D
ez
ov
N
kt
O
Se
p
Au
g
Ju
l
Ju
n
M
ai
r
Ap
M
rz
Fe
b
Ja
n
4
Monat
Abb. 23: Jahresgang des Dampfdrucks mit den Monatsmittelwerten von 1951-1980 bei Quedlinburg
(verändert nach GLÄSSER 1994: 231)
45
Das Gebiet, in dem wir unsere Messungen durchführen werden, befindet sich im Rieseberger
Moor, einem Naturschutzgebiet in der Nähe von Königslutter. Es handelt sich um ein Niedermoor mit Birkenbruchwald, Weidengebüschen und Quellsümpfen, das umgeben ist von feuchtem
Dauergrünland (NLWKN 2011).
Das nordöstliche Harzer Vorland, in dem sich das Rieseberger Moor befindet, ist eine der
trockensten Regionen Deutschlands (LAUER 1999: 168). Das liegt daran, dass der Großteil des aus
dem Westen herangetragenen Wasserdampfes im Harz als Niederschlag ausfällt. Daher wird das
Moor vorwiegend durch unterirdischen Wasserzufluss und nicht durch Niederschlagswasser
gespiesen. Das ist jedoch typisch für Niedermoore (GÖTTLICH 1976: 157). Der wichtigste Zufluss ist
die Lauinger Mühlenriede, die am Bruchberg im Harz entspringt (MONCALEAVO 2011).
Um zu verstehen, was das Rieseberger Moor für einen Einfluss auf die Entstehung und Verteilung
von Luftfeuchtigkeit hat, gehen wir auf die mikroklimatischen Verhältnisse in einem Moor ein.
Moore haben ein spezielles Mikroklima, das sich sehr stark vom umgebenden Klima unterscheiden kann. Die Eigenheiten des Mikroklimas sind vorwiegend auf die Eigenschaften des
Bodens zurückzuführen. Zum einen enthält der Torfboden mit bis zu 95 Volumen-% sehr viel
Wasser (GÖTTLICH 1976: 153) und zum anderen hat er im Vergleich mit anderen Böden eine sehr
tiefe Wärmeleitfähigkeit und -speicherkapazität (DIERßEN & DIERßEN 2001: 81).
Durch die hohe Wasserverfügbarkeit verdunsten Moore viel Wasser. In Kombination mit hohen
Transpirationsraten, aufgrund einer dichten Vegetation, entstehen Evaporationsraten, die nur
von offenen Wasserflächen übertroffen werden (DIERßEN & DIERßEN 2001: 16). Dies ist im
Rieseberger Moor mit dem Birkenbruchwald, der darauf wächst, der Fall. Durch die hohe
Verdunstung fließt überschüssiges Wasser nicht so schnell ab wie auf mineralischen Böden,
sondern wird zu einem großen Teil in der Atmosphäre gehalten. Das verleiht den Mooren eine
wichtige Funktion als Wasserspeicher für ihre Umgebung (GÖTTLICH 1976: 157).
Die Wärmeeigenschaften des Torfbodens führen dazu, dass der Boden Wärme nur langsam aufnimmt und abgibt. Im Tagesgang führt dies zu extremen Temperaturschwankungen, da die
Wärme kaum vom Boden und dadurch umso mehr von der bodennahen Luft aufgenommen wird
(GÖTTLICH 1976: 167). Im Jahresgang dagegen haben Moore ein milderes Klima mit geringen
Schwankungen der Tagesmittelwerte. Vor allem im Herbst und Frühjahr ist das von großer
Bedeutung, da die Moore weniger schnell auskühlen bzw. sich erwärmen als die Umgebung
(DIERßEN & DIERßEN 2001: 81).
Aufgrund der hohen Verdunstung und den oft deutlich unterschiedlichen Boden- und Lufttemperaturen, im Vergleich zur Umgebung, kommt es im Rieseberger Moor zu 2-3x mehr
Nebeltagen pro Jahr als im Rest Niedersachsens (GÖTTLICH 1976: 167). Das ganze Jahr durch
führen die nächtliche Auskühlung und die hohe Luftfeuchtigkeit zu häufigem Strahlungsnebel. Je
nach Jahreszeit können zudem andere Nebelformen auftauchen.
Im Herbst und zu Beginn des Winters weist der Moorboden, durch die langsame Auskühlung des
Torfes, höhere Temperaturen auf als die Böden der Umgebung. Dadurch erwärmen sich die Luft46
massen über dem Moor und nehmen Wasserdampf auf. Durch die Erwärmung steigen sie auf,
vermischen sich mit der kühleren Umgebungsluft und der Wasserdampf kondensiert wieder. Bei
den Nebelschwaden, die dadurch entstehen, handelt es sich um sogenannten Mischungsnebel
(HÄCKEL 1999: 94). Außerdem kommt es im Winter auf unseren Breitengraden oft zu Advektionsnebel, wenn warme Luftmassen aus dem Süden herangeführt werden und abkühlen. Über
Mooren kann dieser Nebeltyp auch noch im Frühjahr vorkommen, da der Torfboden sich
langsamer erwärmt als mineralischer Boden (ebd.: 92 ff.).
Abschließend lässt sich sagen, dass durch das spezielle Mikroklima in Mooren sowohl hohe
absolute, als auch hohe relative Luftfeuchtigkeitswerte zustande kommen.
Täglich verdunsten und kondensieren große Mengen an Wasser in der Atmosphäre. Daher ist die
Luftfeuchtigkeit als Bestandteil des Wasserkreislaufs von erheblicher Bedeutung für das Klima
unseres Planeten. Die Verdunstung ist im Wesentlichen abhängig von der Wasserverfügbarkeit,
der Sonneneinstrahlung, dem Sättigungsgrad der Luft und der Abführung der mit Wasserdampf
angereicherten Luftmassen. Aufgrund der optimalen Wasserverfügbarkeit verdunstet über den
Meeren wesentlich mehr Wasser als über dem Festland. Auf den Landflächen, wo Wasser nur
eingeschränkt vorhanden ist, spielt die Transpiration der Pflanzen bei der Entstehung von
Wasserdampf eine große Rolle.
Die Luftfeuchtigkeit verteilt sich im Raum horizontal und vertikal. Durch den Prozess der
Verdunstung erwärmen sich die oberflächennahen Luftmassen verschieden stark. Dadurch
steigen diese unterschiedlich schnell auf und es entstehen Druckgefälle. Diese Druckgefälle
werden über horizontale Winde ausgeglichen. Vertikal wird die Luftfeuchtigkeit über die thermische Konvektion transportiert. In verschiedenen Höhenschichten können Inversionen auftreten, welche die vertikale Verteilung unterbinden. Für die zeitliche Verteilung der Luftfeuchtigkeit
ist vor allem entscheidend, wie sich die Sonneneinstrahlung verhält.
Um Luftfeuchtigkeit zu messen, gibt es verschiedene praktikable Methoden. Wir haben in dieser
Arbeit die für die Exkursion relevanten Messgeräte und Messgrößen erklärt und angegeben, wo
typischerweise Fehlerquellen auftauchen.
Abschließend möchten wir im Hinblick auf die Exkursion einige Vermutungen aufstellen und
Zielsetzungen festlegen. Zu unserem Messgebiet gehört auch ein Teil des Rieseberger Moors, also
ein Standort mit hohen Verdunstungsraten. Deshalb rechnen wir sowohl im Moor, als auch in der
unmittelbaren Umgebung mit hohen Luftfeuchtigkeitswerten und Nebelerscheinungen in den
Morgenstunden. Im Tagesverlauf erwarten wir die höchsten Luftfeuchtigkeitswerte am Abend.
Wir wollen herausfinden, wie stark der Einbruch der Luftfeuchtigkeitswerte am Nachmittag
ausfallen wird. Ferner interessiert uns, inwiefern durch die hohe Verdunstung im Moor unterschiedliche Luftfeuchtigkeiten zwischen dem Moor und der Umgebung zustande kommen.
47
2.5 Globalstrahlung
Alexandra Zettl, Meline Saworski
“All the parameters of the Earth's climate (wind, rain, clouds, temperature...) are the result of
energy transfer and transformations within the atmosphere at the Earth's surface and in the
oceans.” (WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION)
Dieses Zitat der World Meteorological Organization beschreibt das Vorhandensein klimatischer
Parameter, wie Wind, Regen, Wolken oder auch Temperatur, als eine Folge von Energietransfer
und -umwandlung. Eine zentrale Rolle übernimmt in diesem Kontext die Sonne, da jegliche
Energie, die auf der Erde ankommt und dort umgewandelt wird, von ihr ausgeht. Diese Energie,
kurzwellige Strahlung, durchdringt die Erdatmosphäre und gelangt somit zur Erdoberfläche. Die
dort ankommende Strahlung wird als Globalstrahlung bezeichnet.
Mit der vorliegenden Arbeit soll der Begriff der Globalstrahlung näher erläutert und in einen
klimatologischen Kontext eingeordnet werden. Um diese Aufgabe zureichend zu erfüllen, wird im
ersten Kapitel das Zustandekommen von Globalstrahlung erklärt, grundlegende Fragen nach den
Bedingungen werden aufeinander aufbauend dargelegt und beschrieben. In einem folgenden,
zweiten Kapitel wird erläutert, auf welchen klimatologischen Ebenen Globalstrahlung wirkt. Ziel
ist es hierbei aufzuzeigen, welchen Nutzen es hat, einen Kontext zu den Ebenen herzustellen und
wie sich die Anwendung des Wissens über Globalstrahlung in der angewandten Klimatologie
niederschlägt. In einem letzten Teil, Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung, folgt
eine Erläuterung zur Funktionsweise und zum Umgang mit dem Pryanometer sowie eine kurze
Beschreibung des Messstandortes Rieseberger Moor und den vermutlich zu erwartenden
Ergebnissen der Messung der Globalstrahlung am dortigen Standort.
2.5.1 Globalstrahlung
Um sich mit dem Thema der Globalstrahlung auseinander zu setzen, ist es notwendig eine
Einführung in grundlegende Eigenschaften von Strahlung zu geben. Grundsätzlich wird durch
Strahlung elektromagnetische Energie transportiert. Die physikalische Größe ist die Strahlungsenergie Q, die in Joule angegeben wird.
In der Meteorologie und Klimatologie wird grundsätzlich zwischen langwelliger (terrestrischer)
und kurzwelliger (solarer) Strahlung unterschieden (vgl. KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999,
KUTTLER 2009). Da die Sonne die einzige Quelle der Globalstrahlung darstellt, befasst sich der
folgende Text ausschließlich mit der kurzwelligen solaren Strahlung. Die Wellenlänge λ kurzwelliger Strahlung umfasst den Bereich 0,1 – 3,5 μm.
Als Globalstrahlung G bezeichnet man den Teil der solaren Strahlung, der effektiv auf einer
horizontalen Fläche A in m² der Erdoberfläche pro Zeiteinheit t in s auftrifft. Diese setzt sich aus
direkter Sonnenstrahlung Is und diffuser Himmelsstrahlung IH zusammen (ENDLICHER &
WEISCHET 1976: 58). Daraus ergibt sich für die Globalstrahlung:
G = IS + IH
48
(9)
In der Literatur werden abweichend auch die Abkürzungen S für direkte Sonnenstrahlung und D
für diffuse Himmelsstrahlung verwendet (HÄCKEL 1985: 196 f.). Die Energie der Globalstrahlung ist
abhängig von astronomischen und meteorologischen Parametern (WÖRNER 1972: 177). Auf diese
Parameter und wie sie die Strahlungsenergie beeinflussen wird im Folgenden näher eingegangen.
Astronomische Parameter
Astronomische Parameter sind extraterrestrische Einflussgrößen auf die solare Strahlung.
Solarkonstante
In diesem Abschnitt sollen die solare und die extraterrestrische Strahlung betrachtet werden, das
heißt die Energie, die von der Sonne in Form von Strahlung abgeben wird und jene, die zu der
Erdatmosphäre gelangt.
Wie bereits eingangs erwähnt stellt die Sonnenenergie die Quelle der Globalstrahlung dar. Durch
solare Strahlung wird diese Energie E gleichmäßig abgegeben. Da dies in Abhängigkeit der Zeit t
in Sekunden geschieht, ist die daraus resultierende Größe (der Strahlungsfluss φ) in Joule pro
Sekunde (J/s) bzw. Watt (W). Der Strahlungsfluss der Sonne φsol beträgt im Mittel 3,8*1026 W
(KUTTLER 2009: 59). Wird der Strahlungsfluss im Verhältnis zur Fläche angegeben, sprechen wir
von der Strahlungsflussdichte ψ (W∙m-2).
Die Strahlung die in Abwesenheit der Erdatmosphäre auf die Erde treffen würde, bezeichnet man
als extraterrestrische Strahlung bzw. Solarkonstante E0 und wird als Strahlungsflussdichte in
W∙m-2 angegeben. Die Solarkonstante wird durch folgende Gleichung berechnet:
E0 
sol
4   l 2
(10)
Dies ergibt sich daraus, dass die solare Strahlung von der gesamten Sonnenoberfläche (4∙π∙l2)
gleichmäßig abgegeben wird, sich also radialsymmetrisch ausbreitet und die Energie in
Abhängigkeit von der Strecke abgeschwächt wird. Um die Energie der solaren Strahlung
berechnen zu können, die die Erdatmosphäre erreicht, betrachten wir den mittlere Abstand l
zwischen Erde und Sonne als Radius der Kugel, auf deren Oberfläche wir die ankommende
Energie berechnen wollen (4∙π∙l2). Dieser Abstand l beträgt in etwa 149 Millionen Kilometer
(1.49∙1011 m). Wir erhalten also für die Solarkonstante E0 nach Gleichung (10) eine Strahlungsflussdichte 1370 W∙m-2 (ebd.: 62).
Da sich die Erde allerdings auf einer ellipsenförmigen Sonnenumlaufbahn befindet, die nur
annäherungsweise kreisförmig ist, handelt es sich bei der Solarkonstante um einen Mittelwert,
der im Laufe des Jahres um etwa 7% schwankt. In größeren Zeiträumen betrachtet (Jahrzehnte,
Jahrhunderte) kann dieser Wert jedoch als konstant betrachtet werden (MALBERG 1972: 38).
49
Deklination und Geographische Breite
Die Strahlungsflussdichte wird erheblich durch den Winkel mit dem die Strahlung eintrifft, also
der Sonnenhöhe beeinflusst. Das Verhältnis zwischen der Bestrahlungsstärke bei senkrecht auftreffender Strahlung und dem Einstrahlungswinkel wird durch das Cosinus-Gesetz nach LAMBERT
beschrieben:
E = E⊥ ∙cos β
(11)
mit E = Bestrahlungsstärke, E⊥ = Senkrechte zur einfallenden Strahlung und β = Winkel zwischen
E und E⊥ .
Abb. 24: Cosinus-Gesetz nach LAMBERT (KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999: 29)
Die Bestrahlungsstärke ergibt sich aus dem Quotienten aus Strahlungsfluss und der bestrahlten
Fläche, wird also genau wie die Strahlungsflussdichte in W∙m-2 angegeben, beschreibt aber die
Eigenschaft der Fläche und nicht die Strahlung (nach KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999: 29 ff.). Da
die Größe der Fläche A abhängig von der Seitenlänge ist, wird in Abb. 24 der Sachverhalt
zweidimensional dargestellt. Aus der Voraussetzung, dass die Senkrechte zur einfallenden
Strahlung bestehen bleibt, ergibt sich, dass der Winkel β und der Einstrahlungswinkel der Sonne
zusammen 90° ergeben. Wird der Einstrahlungswinkel größer bis hin zum senkrechten Einfall der
Sonnenstrahlung auf die bestrahlte Fläche, wird β gleich 0° und es gilt E = E⊥ , es wird also die
maximale Strahlungsflussdichte erreicht.
Daraus resultiert, dass die Sonnenhöhe eine Größe ist, die sich wesentlich auf die Globalstrahlung
auswirkt. Diese ergibt sich neben der Erdrotation auch durch die Erdachsenneigung. Die EkliptikEbene (Ebene, die durch die ellipsenförmige Erdumlaufbahn gespannt wird) und die Äquatorebene bilden im Mittel einen Winkel von etwa 23,5°. Auch dieser Winkel ist nicht konstant,
sondern verändert sich über Jahrtausende, womit große erdgeschichtliche Klimaschwankungen
zu erklären sind (ENDLICHER & WEISCHET 1976: 24). Von diesen wird im Folgenden jedoch
abgesehen, da wir uns mit Klimaeinflüssen in kürzeren Zeiträumen befassen wollen. Auch die
näherungsweise konstante Neigung von 23,5° wirkt sich auf das Klima aus, da sich je nach Stand
der Erde auf der Umlaufbahn die Neigung der Polachse zur Sonne verändert. Daraus ergeben sich
auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre die Jahreszeiten. Das heißt die Sonnenhöhe
50
verändert sich je nach geographischer Lage und Jahreszeit. Die maximale tägliche Sonnenhöhe
kann somit über die Deklination der Sonne δ, also je nach Jahreszeit und die geographische Breite
 berechnet werden:
Hmax = 90° -
 +δ
(12)
Zweimal im Jahr, zum Zeitpunkt der Sonnenwende, richtet sich die Neigung der Polachse zur
Sonne hin. An den Wendekreisen (23,5° geographischer Breite) beträgt die Deklination zu diesem
Zeitpunkt 23,5°. Dies trifft für den südlichen Wendekreis am 21. Dezember und am 21. Juni auf
den nördlichen Wendekreis zu. Durch die Gleichung (12) ergibt sich daraus, dass die Strahlung
senkrecht auf die horizontale Oberfläche trifft, also Hmax = 90° beträgt. Die Sonne erreicht den
Zenit. Aus dem Cosinus-Gesetzt nach LAMBERT folgt die maximale Bestrahlungsstärke.
Meteorologische Parameter
Die Energie der Globalstrahlung wird neben den astronomischen Parametern essentiell durch
meteorologische Parameter beeinflusst, die durch Abläufe in der Atmosphäre bedingt werden.
Betrachtet man die Globalstrahlung über die Erdoberfläche verteilt im jährlichen Mittel, macht
diese lediglich gut die Hälfte (55 %) der extraterrestrischen Strahlung aus (HÄCKEL 1985: 196 f.).
Der Teil der Strahlung, der nicht an die Erdoberfläche gelangt wird entweder absorbiert, vor
allem in der höheren Atmosphäre oder strahlt durch Streuung und Reflexion zurück in den
Weltraum. Dieser Vorgang wird Extinktion genannt.
Wie bereits eingangs erwähnt wird die Globalstrahlung in direkte Sonnenstrahlung und diffuse
Himmelsstrahlung unterteilt. Diese Unterteilung kommt ebenfalls durch das Eintreten der
extraterrestrischen Strahlung in die Atmosphäre zustande. Bei klarem Himmel kann ein Teil der
extraterrestrischen Strahlung direkt auf die Erdoberfläche treffen. Dies ist der Anteil der direkten
Sonnenstrahlung. Neben der gestreuten und reflektierten Strahlung, die in den Weltraum gelenkt
wird, gibt es noch den Teil der Strahlung, der zur Erdoberfläche gelenkt wird. Dieser wird diffuse
Himmelsstrahlung genannt. Auf die Auswirkung von Streuung und Reflexion auf die Strahlung
soll in den folgenden Kapiteln näher eingegangen werden.
Abb. 25: Verteilung des Sonnenstrahlungsstroms in der Erdatmosphäre im jährlichen Mittel (nach
HÄCKEL 1985: 195 ff.)
51
Streuung
Bei der Streuung (auch diffuse Reflexion genannt) handelt es sich um den Vorgang, bei dem die
Strahlung auf beispielsweise Luft- oder Wasserteilchen trifft, wodurch sie ungerichtet in alle
Richtungen reflektiert wird. Die Stärke der Streuung hängt unmittelbar mit der Größe der
reflektierenden Teilchen und der Wellenlänge des Lichtes zusammen. In Abb. 26 wird deutlich,
dass die Kurve, die die Strahlung nach der Streuung darstellt im Bereich des sichtbaren Lichtes
stärker abfällt, als im Bereich der längerwelligen Strahlung. Aus diesem Grund wird dieses
Phänomen für unser Auge sichtbar. Je größer ein streuendes Molekül ist, desto größer ist das
Spektrum der gestreuten Strahlung. Beispielsweise wird Strahlung in Luft ungleichmäßig
gestreut. Der Anteil des blauen Lichts wird auf Grund seiner kürzeren Wellenlänge am stärksten
gestreut, weshalb der Himmel für uns blau erscheint. Anders ist dies bei der Streuung durch
Wassermoleküle. Diese haben einen größeren Durchmesser als Luftteilchen und können somit
den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes streuen. Die Folge ist die neutrale, weiße
Erscheinung von Wolken (ENDLICHER & WEISCHET 1976: 48 ff.).
Abb. 26: Veränderung im Spektrum der kurzwelligen Strahlung beim Durchgang durch die Atmosphäre
(HÄCKEL 1985: 179)
Reflexion
Bei der Reflexion, oder genauer der gerichteten Reflexion, wird das Licht anders als bei der
Streuung nicht in verschiedene Richtungen reflektiert sondern in eine einzige Richtung. Dieser
Ausfallwinkel ist gleich dem Einfallswinkel. Wie bei der Streuung werden allerdings nicht immer
alle Wellenlängen des Lichts gleichstark reflektiert. Der Anteil des einfallenden Lichts der
reflektiert wird hängt von der Oberfläche ab, auf die das Licht fällt. Dieser Fläche kann ein
Albedowert zugeordnet werden, der das Reflexionsvermögen der Oberfläche in Prozent angibt.
Der Albedowert von Wolken liegt beispielsweise bei 60-90 % (HÄCKEL 1985: 192 f.). Bei diesem
hohen Reflexionsvermögen hat also eine geschlossene Wolkendecke eine enorme Auswirkung auf
die Globalstrahlung, da ein sehr hoher Anteil der einfallenden Strahlung zurück in den Weltraum
reflektiert wird.
52
2.5.2 Betrachtung verschiedener Skalen
Um die Bedeutung der Globalstrahlung für das Klima auf der Erde zu verstehen, soll in diesem
Kapitel ein Überblick darüber gegeben werden, wie und in welchem Maße Globalstrahlung auf
den verschiedenen Betrachtungsebenen der Klimatologie, auch Erddimensionen (vgl. ENDLICHER
& WEISCHET 2008: 19), der makroklimatischen Ebene, der mesoklimatischen und der mikroklimatischen Ebene, wirkt. Wie bereits in der Einleitung dieser Arbeit angekündigt, ist es Ziel der
nun folgenden Unterkapitel den Begriff der Globalstrahlung in einen definierten klimatologischen
Kontext einzuordnen und somit zum Verständnis um den Wirkkreis der Globalstrahlung beizutragen.
Makroklimatische Ebene
-2
Abb. 27: Karte der Globalstrahlung an der Erdoberfläche in W∙m (ENDLICHER & WEISCHET 2008: 62)
Die oben stehende Abbildung zeigt die mittlere Verteilung der Globalstrahlung auf der Erde und
verbildlicht, dass die Intensität der Globalstrahlung zwischen circa 80 W∙m-2 an den Polen und bis
zu 280 W∙m-2 in den Gebieten der Wendekreise variiert. Anhand der Darstellung der mittleren
Verteilung der Globalstrahlung auf der Erde, kann eine generelle Aussage über die Verteilung der
Globalstrahlung getroffen und Vermutungen über die Auswirkung der Globalstrahlung auf die
Energiebilanz einzelner Erdgebiete aufgestellt werden. Gerade in der makroklimatischen
Dimension ist es jedoch auch interessant, die Verteilung der Globalstrahlung über die geographischen Breiten der Erde (vgl. Kapitel ‚Deklination und Geographische Breite’) während der
Jahreszeiten zu betrachten. In den mittleren Breiten der Nordhalbkugel nimmt die Globalstrahlung vom Frühjahr zum Sommer hin zu, während sie in den mittleren Breiten der
Südhalbkugel abnimmt. Umgekehrt gilt, dass die Nordhalbkugel im Winter einer wesentlich
niedrigeren Globalstrahlung ausgesetzt ist, während auf der Südhalbkugel höhere Werte
verzeichnet werden können. Da die Sonne zwischen den Wendekreisen und dem Äquator im
Zenit steht, kann dort das ganze Jahr über eine relativ homogene Verteilung der Globalstrahlung
53
gemessen werden. Zurückzuführen ist dieses Phänomen der Verteilung vor allem auf das im
Kapitel über die Deklination und die Geographische Breite bereits beschriebene Verhältnis von
geneigter Erdachse und dem sich innerhalb eines Jahres verändernden Stand der Erde zur Sonne.
Entscheidenden Einfluss auf die weltweite Verteilung der Globalstrahlung üben jedoch auch
Parameter, wie beispielsweise die Verteilung von Land- und Wassermassen und die Bildung von
Wolken, aus (vgl. ENDLICHER & WEISCHET 2008: 62 ff.).
Meso- und mikroklimatische Ebene
Die Globalstrahlung in mesoklimatischer Dimension zu untersuchen, bedeutet, den Betrachtungsrahmen im Vergleich zur Makroebene stärker einzugrenzen und gleichzeitig die Erdoberfläche näher zu fokussieren. Folglich kommen für die mesoklimatische Betrachtung der Globalstrahlung keine großräumigen Gebiete, wie die geografischen Breiten der Erde als Betrachtungsraum in Frage, sondern wesentlich kleinere Raumstrukturen, wie spezifische Landschaften,
Gebirgszüge oder ähnliches. Von besonderem Interesse ist hierbei die Ermittlung der Globalstrahlung an Hängen, auf Bergen und in Tälern oder auch in Bereichen, die durch topografische
Differenzen, zum Beispiel exponierte Erhöhungen, in abschattigen Bereichen (vgl. BENDIX 2004:
49) liegen. Eine andere Begriffsdimension für die Betrachtung lokalklimatischer Phänomene im
Gelände beschreibt die Geländeklimatologie. Während die Einteilungen Makro-, Meso- und
Mikroklima sich eher allgemein auf verschiedene Raumdimensionen beziehen, erstreckt sie der
Betrachtungsrahmen der Geländeklimatologie sowohl über die mesoklimatische als auch die
mikroklimatische Dimension (vgl. ENDLICHER & WEISCHET 2008: 19). Welche Berechnungsmethoden für die Ermittlung der Globalstrahlung im Gelände notwendig sind, wird in den
folgenden Kapiteln erläutert und soll an dieser Stelle nicht vorweggenommen werden. Da die
Globalstrahlung einen wesentlichen Teil der klimatischen Gesamtenergiebilanz ausmacht und
somit unter anderem ebenfalls Rückschlüsse auf den Wärmehaushalt gezogen werden können, ist
die Erfassung und Berechnung von Globalstrahlungswerten auch im Gelände von wesentlicher
Bedeutung, um fundierte Aussagen über das Klima zu treffen.
Angewandte Geländeklimatologie und Globalstrahlung am Beispiel des Deutschen
Wetterdienstes
Im Folgenden soll als beispielhafte Verdeutlichung knapp beschrieben werden, wie der Deutsche
Wetterdienst (DWD) anhand der in ganz Deutschland verteilten Wettermessstationen gewonnen
meteorologischen und klimatologischen Daten sowie der durch den Satelliten METEOSAT
gewonnen Daten (vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 8 ff.) nutzt, um Aussagen über das Strahlungsklima in Deutschland zu treffen und diese Erkenntnisse wiederum für die Branche der
Solarenergie zu verwenden.
54
Abb. 28: Globalstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland. Mittlere Jahressummen, Zeitraum: 19812010 (DEUTSCHER WETTERDIENST 2011)
Wie in Abb. 28 zu sehen ist, wurde die Globalstrahlung zwischen 1981 und 2010 kontinuierlich
vom DWD erfasst. Die sich auf der Abbildung rechts befindende Skala stellt den Wert der
Globalstrahlung in kWh/m2 dar und reicht von niedriger Strahlung mit Werten ab geringer als
700 kWh/m2, blaues Farbspektrum, bis zu hohen Werten mit maximal >1500 kWh/m2, violettes
Farbspektrum. Die mittleren Skalenwerte, dargestellt in Grün, Gelb-, Orange-, Braun- und
Rottönen, sind die am häufigsten vertreten Werte auf dem Gebiet der Bundesrepublik. Der
Mittelwert für die Globalstrahlung in Deutschland beträgt 1053 kWh/m2, umgerechnet also circa
120 W∙m-2, was in etwas mit den auf Abb. 27 dargestellten Werten übereinstimmt. Laut DWD sind
die Verhältnisse für die Globalstrahlung in Deutschland maßgeblich auf einen meeresklimatischen Einfluss im Nordwesten, einem eher kontinentalen Klimaeinfluss im Süden und
Südosten sowie eine Übergangszone, die sich entlang der Mittelgebirge zieht, zurückzuführen
(vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 6 f.). Der DWD nutzt seine Kenntnisse über die Globalstrahlungs-verhältnisse in Deutschland vor allem, um als Dienstleister Services für die Solarbranche anzubieten. Hierbei geht es hauptsächlich darum, Gutachten für geeignete Standorte für
Photovoltaikanlagen zu erstellen (vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 12 ff.).
55
Globalstrahlung im Gelände
Durch Betrachtung der verschiedenen Skalen können wir feststellen, dass neben der Beeinflussung der Globalstrahlung durch astronomische und meteorologische Parameter der Einfluss
durch Geländeeigenschaften, die sich ebenfalls auf den Einstrahlungswinkel auswirken nicht vernachlässigt werden sollte. Um den Einfluss des Geländes genauer untersuchen zu können, betrachten wir die direkte und die diffuse Strahlung auf Grund ihrer unterschiedlichen Strahlungseigenschaften getrennt voneinander.
Direkte Strahlung im Gelände
Der Bezug zwischen der Bestrahlungsstärke und dem Einstrahlungswinkel wurde im Kapitel über
die Deklination und die Geographische Breite bereits hergestellt. Allerdings wurde die Einstrahlung bisher auf ebener Fläche betrachtet. Befindet sich die Empfängerfläche nun auf einem
Hang, verringert sich der Winkel β um den Neigungswinkel. Wie bereits festgestellt erreicht die
Bestrahlungsstärke ihr Maximum bei β = 0°, je größer die Steigung wird, desto stärker geht β
gegen Null. Daraus resultiert, dass durch direkte Strahlung an Hängen eine höhere Bestrahlungsstärke erreicht werden kann als auf einer ebenen Fläche. Auf eine genauere Betrachtung unter
Berücksichtigung des sogenannten Geländewinkels, der sich neben der Hangneigung und dem
Sonnenstand aus der Hangexposition und dem Sonnenazimuten zusammensetzt, soll an dieser
Stelle verzichtet werden. Eine ausführliche Auseinandersetzung unter Berücksichtigung der geographischen Lage ist in der Literatur von BENDIX zu finden (vgl. BENDIX 2004). Ein weiterer
wichtiger Zusammenhang besteht zwischen der Sonnenhöhe h und der Weglänge s. Hierbei ist zu
beachten, dass es sich bei s um die Angabe einer Proportion handelt.
s
1
sin h
(13)
Der zurückgelegte Weg durch die Atmosphäre wird mit sinkendem Sonnenstand überproportional länger. Dies hat einen stärkeren Streuungs- und Reflexionsprozess zur Folge (KUTTLER
2009: 66). Im Gelände hat die Sonnenhöhe eine weitere große Bedeutung in Bezug auf die Abschattung. Je länger nämlich die Strecke ist, desto größer wird der Schlagschatten der direkten
Sonnenstrahlung. In diesem Bereich tritt keine direkte Strahlung mehr auf. Das Licht kommt hier
nur durch die diffuse Himmelstrahlung zustande (vgl. Abb. 29).
Abb. 29: Einfluss der Topographie auf die Direktstrahlung, Schlagschatten (BENDIX 2004: 50)
56
Diffuse Strahlung im Gelände
Um den Einfluss des Geländes auf die diffuse Himmelstrahlung beurteilen zu können, sollte
eingangs wiederholt werden, dass es sich bei der diffusen Strahlung um gestreutes und reflektiertes Licht handelt, welches anders als die direkte Strahlung aus verschiedenen Richtungen
einstrahlt. Dementsprechend wird die diffuse Strahlung auf einer ebenen Fläche nicht vom
Einstrahlungswinkel direkt betroffen. Die Sonnenhöhe hat lediglich insofern einen Einfluss, als
dass die Strecke sich verändert auf der der Streuungs- und Reflexionsprozess stattfindet, nicht
aber auf die Richtung aus der die diffuse Strahlung einfällt. Der Himmelssichtfaktor ψSky (Sky view
factor) ist eine Größe, die diese Besonderheit berücksichtigt. Wird von dem Idealfall ausgegangen, dass die diffuse Strahlung sich aus gleichmäßig (isotrop) reflektiertem Licht zusammensetzt, kann der Himmelssichtfaktor für Hänge und Täler bestimmter Neigungen β berechnet
werden. Dieser wird mit der Himmelsstrahlung H der horizontalen Fläche multipliziert. Für die
diffuse Strahlung im Gelände Hi gilt:
H i  H  Sky
für Hänge:
für Täler:
 Sky 
1  cos 
2
 Sky  cos 
(14)
(15)
(16)
(vgl. OKE zit, in BENDIX 2004).
Für Steigungen kleiner als 90° kommt somit auf Hängen eine größere diffuse Strahlung zustande.
Dies leuchtet ein, wenn man sich den Himmelssichtfaktor verbildlicht als den sichtbaren Teil des
Himmels vom Standpunkt der auftreffenden Strahlung vorstellt: Dieser wird in Tälern stärker
durch das vorhandene Gelände eingeschränkt als an Hängen.
Im Rahmen jedes Orientierungsprojekts findet in der Regel neben wöchentlichen Plena auch eine
mehrtägige Exkursion statt. Im Projekt Makro vs. Mirko Geländeklimatologie im Harzer Vorland
wird diese Exkursion – der Titel nimmt es bereits vorweg – ins nördliche Harzer Vorland führen,
wo geländeklimatologisch bedeutsame Daten erfasst werden sollen. Bevor wir näher auf das
Messgebiet namens Rieseberger Moor eingehen, erfolgt eine knappe Beschreibung des Aufbaus
und der Funktionsweise des Pyranometers, dem Messinstrument, mit welchem die Flussdichte
der Globalstrahlung als elektrische Spannung erfasst werden kann. Die Beschreibung erfolgt
anhand des Pyranometers Typ CS300 von Campbell Scientific, welches auch während der
Exkursion zur Datenerfassung genutzt werden wird.
Messung – Pyranometer
Der Begriff Pyranometer setzt sich aus den zwei griechischen Begriffen “pyr”, übersetzt “Feuer”
und dem Begriff “metron”, “Maß” zusammen. Im übertragenen Sinne kann dies bedeuten, dass
mit Hilfe eines Pyranometers die Intensität der Sonnenstrahlung, dem “Feuer” am Himmel,
gemessen werden kann. Eine knappe und präzisere Definition liefert allerdings das Fremdwörter57
lexikon: “Pyranometer (…) meteorolog. Gerät zum Messen der Sonnen- und Himmelsstrahlung
sowie des Streulichts bei bedecktem Himmel.“ (WAHRIG - BURFEIND 1999: 778).
Wie bereits aus dem Kapitel über die astronomischen Parameter bekannt, wird die Zusammensetzung aus der direkten Strahlung der Sonne und aus ihrer indirekten, auch Himmelsstrahlung
genannt, unter dem Begriff Globalstrahlung zusammengefasst. Ein Pyranometer ist demzufolge
ein Gerät, mit dem die Globalstrahlung gemessen wird. Auf welche Art und Weise das Gerät
Messdaten erfasst, soll im Folgenden hauptsächlich anhand des Pyranometers CS300 von
Campbell Scientific beschrieben werden. Vorweg sei gesagt, dass es einige Voraussetzungen gibt,
die, egal mit welchem Pyranometer die Globalstrahlung gemessen wird, erfüllt sein sollten, um
eine valide Datenerfassung zu ermöglichen. Eine Broschüre des Deutschen Wetterdienstes gibt
dazu teilweise Auskunft: “Die Globalstrahlung wird mit einem horizontal justierten Pyranometer
gemessen.” (DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 4) Eine wichtige Voraussetzung für die Datenerfassung ist also, dass das Messgerät immer auf der Ebene aufgestellt wird. Dies liegt darin begründet,
dass, wie in Kapitel 1.1.2 beschrieben, die Voraussetzung für eine Messung die Annahme,
ankommende Strahlung treffe stets auf eine horizontale Ebene ein, erfüllt sein muss. Eine weitere
zu beachtende Voraussetzung zum Messen der Strahlung ist, das Messgerät nie in den Schatten
zu stellen, wenn die Globalstrahlung vollständig aufgenommen werden soll. Hierdurch kann nur
ein Teil der Globalstrahlung, nämlich die diffuse Sonnenstrahlung, gemessen werden und nicht
die gesamte Globalstrahlung. Manche Pyranometer sind zum Erfassen der diffusen Sonnenstrahlung mit einem sogenannten Schattenring, der saisonal passend einen Teil des Himmels
verdeckt, ausgestattet. Mit Hilfe dieses Ringes kann das Gerät auch unter dem Umstand, dass das
Pyranometer in einer höher gelegenen Ebene, ohne Horizontüberhöhung oder beschattete
Bereiche, montiert wurde, die diffuse Strahlung für abgeschattete Bereiche rechnerisch ermitteln
(vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 5).
Das Pyranometer CS300 von Campbell Scientific, welches während der Exkursion des Orientierungsprojekts zum Einsatz kommen wird, verfügt nicht über einen solchen Schattenring. Eine
Differenzierung in direkte und diffuse Sonnenstrahlung ist daher nicht möglich. Wie andere
Pyranometer, erfasst es die Sonnenstrahlung jedoch auch mittels einer strahlungsempfindlichen
Sensorik und gibt diese dann über einen Datenlogger aus. Im Falle des CS300 handelt es sich um
photovoltaische Detektoren (vgl. CAMPBELL 2008: 5). Sie funktionieren ähnlich wie Solarkollektoren, da sie, sobald die Globalstrahlung auf die Oberfläche der Detektoren auftrifft, diese
in elektrische Spannung umwandeln. Die in Volt angegebene Spannung wird durch den
Datenlogger ausgegeben und muss wieder zurück in die Flussdichteeinheit der Globalstrahlung
umgerechnet werden, wobei 0,2 Millivolt einer Flussdichte von einem Watt pro Quadratmeter
entsprechen:
0,2 mV  1
W
m2
(17)
Eine nachträgliche Berechnung des Kosinusfaktor nach Lambert entfällt, da der Kopf, in dem die
Messdetektoren montiert sind, bereits nach dem Faktor korrigiert ist und das Gerät diesen in
seine Berechnung mit einbezieht (ebd.).
58
Auch während der Nacht berechnet das Pyranometer die Globalstrahlung, wobei diese vom
Datenlogger als Negativwert ausgegeben wird. In der Bedienungsanleitung des CS300 wird daher
darauf hingewiesen, die aufgenommen Negativwerte im Programm des Datenloggers auf den
Wert Null zu setzen, denn in der Regel ist Globalstrahlung nachts nicht vorhanden (vgl. CAMPBELL
2008: 5). Der Person, welche ein Pyranometer zur Erfassung der Globalstrahlung nutzt, sollte
bewusst sein, dass die Globalstrahlung nur so lange gemessen werden kann, wie die Sonne am
Himmel steht. Mit Sonnenuntergang nimmt die Globalstrahlung immer weiter ab und kommt
während der Dauer der Nacht gänzlich zum Erliegen.
Messgebiet Rieseberger Moor
Das Rieseberger Moor, circa 145 Hektar groß, ist sowohl ein Naturschutzgebiet, als auch Schutzgebiet nach Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie und liegt nördlich von Königslutter am Elm im
Landkreis Helmstedt, Niedersachsen. Die durch die nördlichen Ausläufer des Harzes und das
nach Norden hin anstehende Flachland Niedersachsens geprägte Gegend, in der sich das
Rieseberger Moor befindet, wird sowohl durch subatlantisches als auch subkontinentales Klima
beeinflusst und weist eine hohe Diversität an Pflanzengesellschaften, die nur in den Randzonen
dieser Klima leben können auf (vgl. BEZIRKSREGIERUNG BRAUNSCHWEIG: 217). Des weiteren charakterisieren Sumpfflächen und Bruchwald, Röhrichte und Hochstauden, aber auch Magerrasenstandorte und Heide das Gebiet des Rieseberger Moors (vgl. NDS. LANDESBETRIEB FÜR WASSERWIRTSCHAFT, KÜSTEN- UND NATURSCHUTZ).
Für eine mikroklimatische Untersuchung der Globalstrahlung in dieser Gegend, ermöglicht das
Wissen um die Strahlungsbedingungen im nördlichen Mitteldeutschland, dessen Klima stark vom
Einfluss des Harzes, eines Pultschollen-Mittelgebirges, bedingt wird, eine grobe Einschätzung
dessen, was bei Messungen im Rieseberger Moor erwartet werden kann. Neben dem Meeresklima,
das den nordwestlichen Teil Deutschlands vorrangig beeinflusst, führt die verstärkte Wolkenbildung am Harz dazu, dass durch eine höhere Dichte an Wolken geringere mittlere
Strahlungswerte geliefert werden (vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 6). Für das Rieseberger
Moor ist demnach zu erwarten, dass die Werte direkter Sonnenstrahlung durchschnittlich wahrscheinlich geringer als die diffuse Strahlung, welche durch bedeckten Himmel hervorgerufen
wird, ausfallen. Welche Werte jedoch für einzelne Standorte im Rieseberger Moor aufgenommen
werden, hängt stark von den Wetterbedingungen im Exkursionszeitraum ab. Da die Globalstrahlung nur über eine kurze Zeit von vier Tagen gemessen werden wird, ist eine Erfassung vom
Mittelwert abweichender Werte möglich. In Werte direkter und diffuser Sonnenstrahlung kann
während der Exkursion aufgrund der Anwendung des Pyranometers CS300 jedoch, wie bereits
beschrieben, nicht unterschieden werden.
59
2.6 Wärmebilanz
Lukas Merkel
Wärme spielt in unserem alltäglichen Leben eine wesentliche Rolle. Die Umwandlung der
energiereichen Strahlung von der Sonne in Wärmeenergie auf der Erdoberfläche ist die Grundlage
allen Lebens. Dabei gibt es verschiedene Vorgänge, wie sich Wärmeströme auswirken können
und verschiedene Arten von Wärme, die unterschiedlich weitertransportiert werden.
Wenn man sich mit dem Thema der Wärmebilanz näher befasst, stößt man schnell auf die
Begriffe „latente“ und „sensible Wärme“. Wie entstehen diese Arten von Wärme und durch
welche Charakteristika unterscheiden sie sich? Was wird bei der Bilanzierung der Wärme
eigentlich genau berechnet?
Diesen Fragen soll im folgenden Teil nachgegangen werden. Viele Autoren haben sich mit diesem
Thema auseinandergesetzt und dabei vielfältige Betrachtungsweisen entwickelt. Da sich unsere
Betrachtungen und Untersuchungen auf das Festland und grundlegende Erkenntnisse beziehen,
soll hier eine einfache Strukturierung der Bilanz zur Anwendung kommen; ohne wesentliche
Prozesse oder Merkmale zu vernachlässigen.
Weiterhin richten sich die Begriffe der räumlichen Einordnung von Makro-, Meso- und Mikroebene nach der Definition des Autors SCHÖNWIESE (2008: 43).
2.6.1 Wärme
Es ist nötig den Begriff der Wärme näher zu definieren, um im physikalischen Sinne korrekt
damit umgehen zu können. Wärme wird nämlich häufig im allgemeinen Sprachgebrauch mit
Temperatur gleichgesetzt, dies ist aber nicht richtig. Temperatur kennzeichnet die mittlere
kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes. Wärme dagegen ist durch die Summe der Energie
eines Stoffes gekennzeichnet und ist eine Prozessgröße. Somit stellt Wärme eine extensive Größe
dar, die von der Masse eines Systems abhängig ist (ZMARSLY et al. 2002: 39). Weiterhin wird
zwischen latenter und sensibler Wärme unterschieden, wobei die verschiedenen Merkmale im
Folgenden genauer betrachtet werden.
Der latente Wärmestrom
Diese Form der Wärme tritt bei Änderung der Aggregatzustände auf. Latent bedeutet auch
„verborgen“. Wir Menschen können diese Wärmeform nicht spüren.
Bei Wasser wird beispielsweise diese Wärmeenergie zum Schmelzen und Sublimieren von Eis und
zum Verdampfen von Wasser benötigt. So wird beispielsweise dem Eis beim Schmelzen stetig
Wärme zugeführt, die Temperatur des geschmolzenen Wassers ändert sich jedoch nicht. Erst
wenn das Eis vollständig geschmolzen ist, erhöht sich die Temperatur des Wassers.
Wenn Wasserdampf direkt in Eis übergeht, nennt man dies Deposition. Sowohl bei diesem
Vorgang als auch beim Gefrieren und Kondensieren wird die latente Wärme wieder frei und wird
in Form von sensibler Wärme an die Umgebung abgegeben.
60
Der sensible Wärmestrom
Der sensible Wärmestrom wird auch als fühlbarer Wärmestrom bezeichnet. Das heißt, dass wir
ihn als Menschen auch tatsächlich fühlen können. Diese Form der Wärme führt zur Temperaturerhöhung eines Stoffes. Dabei ist die Erwärmung stark von der spezifischen Wärmekapazität des
Stoffes abhängig.
Wärmeübertragung
Unterschiedliche Temperaturen eines Mediums oder verschiedener Medien bewirken, dass ein
Temperaturgefälle zwischen diesen Stoffen herrscht. Dieses Gefälle wird in Form von Wärmeübertragung ausgeglichen. Dabei wird stets Wärme von der Seite der höheren Temperatur zur
Seite der niedrigeren Temperatur abgegeben (ZMARSLY et al. 2002: 48). Es werden drei Formen der
Wärmeübertragung unterschieden, welche nun näher erläutert werden.
Wärmestrahlung
Wärmeübertragung in Form von Wärmestrahlung bedeutet eine Energieübertragung ohne
Medium. Sie wird ausschließlich durch elektromagnetische Strahlung übertragen und damit auch
im Vakuum transportiert. Die größte Wärmeübertragung dieser Art geschieht durch die Sonneneinstrahlung auf die Erde, die solare Strahlung. Trifft diese auf die Erdoberfläche, so kommt es zu
Wechselwirkungen. Dabei findet eine Umwandlung der Strahlungsenergie zu Wärmeenergie statt
(ebd.).
Wärmeleitung
Da die Erdoberfläche als Umsatzfläche der energiereichen solaren Strahlung fungiert, kann man
hier eine Differenzierung der Schichten in unmittelbarer Nähe zum Boden vornehmen. Der
Wärmeaustausch zwischen Erdboden und der Atmosphäre erfolgt in einer nur ca. 1mm starken
Schicht. Diese wird laminare Grenzschicht genannt. Hier beruht der Wärmeaustausch auf molekularen Transportprozessen, wie der Wärmeleitung. Das bedeutet, dass die durch Wärme
bedingte Schwingungsenergie der Moleküle direkt durch Zusammenstöße mit anderen Molekülen an diese weitergegeben wird (HUPFER, P. & K., WILHELM, 2006: 17).
Grundlage für die Übertragung der Wärme ist ein ausreichend großer Temperaturgradient. Die
Moleküle ändern dabei ihre Position aber nicht. Daraus ergibt sich auch die Folge, dass dieser
Austausch von Energie wesentlich ineffektiver ist, als der turbulente Wärmetransport (ZMARSLY et
al 2002: 53).
Turbulenter Wärmetransport
Eine Turbulenz ist ein durch unregelmäßige Schwankung des Strömungsverlaufes und Wirbelbildung gekennzeichneter Zustand der Strömungen in Flüssigkeiten oder Gasen. Dies tritt insbesondere bei Luft auf (GÄRTNER 2001: 711).
Die turbulente Grenzschicht schließt sich an die laminare Grenzschicht an. Es handelt sich bei
dem turbulenten Wärmetransport um einen Massenaustausch und -transport im bewegten
Medium Luft. Dass diese Form der Wärmeübertragung wesentlich effektiver ist als die molekulare
Übertragung hängt damit zusammen, dass der Austausch auf Grund von Turbulenzen (Wirbel)
61
erfolgt und damit der Standortveränderung des Mediums, also der einzelnen Moleküle,
unterliegt. Daraus folgt, dass dieser Transport von der Windgeschwindigkeit, der atmosphärischen Stabilität und der Oberflächenrauhigkeit abhängt (ZMARSLY et al 2002: 50).
2.6.2 Wärmebilanz
Das Thema der Wärmebilanz wird in der Fachliteratur in sehr unterschiedlichen Varianten abgehandelt. Auch gibt es keine festgelegten einheitlichen Formelzeichen und Vorzeichen der einzelnen Glieder der Wärmebilanzgleichung. Daher soll hier, anhand einer Auswahl, ein kurzer
Überblick der verschiedenen Gleichungen gegeben werden.
nach LAUER (1999):
S = L + V + B + M + Se + N + R .
(18)
Dabei ist S = Strahlungsbilanz, L = sensibler Wärmestrom, V = latenter Wärmestrom, B = Bodenwärmestrom, M = Wärmestrom ins Meer, Se = Wärmeverbrauch beim Schmelzen von Schnee und
Eis, N = Wärmezufuhr zur Erwärmung des fallenden Niederschlags, R = Wärmezufuhr durch die
Reibung des Windes am Erdboden.
nach WARNECKE (1997):
Q* = Q + B + L + V
(19)
Dabei ist Q* = Wärmebilanz der Erdoberfläche, Q = Strahlungsbilanz, B = Wärmeaustausch mit
Boden- bzw. Wasserschichten, Wärmeaustausch mit der Atmosphäre durch L = Wärmeleitung
und V = Verdunstung.
nach HUPFER & KUTTLER (2006):
Q’A = QA + QH + QE
(20)
Dabei ist Q’A = Wärmebilanz der Atmosphäre, QA = Strahlungsbilanz der Atmosphäre, QH =
fühlbarer Wärmestrom Erdoberfläche-Atmosphäre, QE = durch Kondensation freiwerdende
latente Wärme.
nach BENDIX (2004):
0 = Q* - B - L - V.
(21)
Dabei ist Q* = Strahlungsbilanz, B = Bodenwärmestrom, L = Flussdichte fühlbarer Wärme, V =
Flussdichte latenter Wärme des Wasserdampfs.
Auf den ersten Blick scheinen alle Gleichungen unterschiedliche Parameter zu behandeln. Bei
genauerer Betrachtung fällt jedoch auf, dass die latente und sensible Wärme die essentiellen
Bestandteile der Wärmebilanz darstellen und in allen Gleichungen auftauchen. Dies gilt auch für
den Bodenwärmestrom.
Daher werden sich in der weiteren Bearbeitung der Wärmebilanz die Erläuterungen ihrer
einzelnen Glieder auf die Darstellung durch BENDIX (2004) beziehen. Hier sind die wichtigsten
Glieder vorhanden, ohne dabei die Betrachtung zusätzlicher Faktoren und Einflüsse zu vernachlässigen.
Wärmebilanz nach BENDIX (2004)
Der Autor behandelt die Wärmebilanz, wie oben schon genannt, nach folgender Gleichung:
0 = Q* - B - L - V.
62
(22)
Dabei ist darauf zu achten, dass die Erdoberfläche als Umsatzfläche der Strahlungsbilanz
beschrieben wird und negative Vorzeichen von der Erdoberfläche weg zeigen. Das heißt, dass der
Bodenwärmestrom in tiefere Schichten gerichtet ist und der latente und fühlbare Wärmestrom in
die Atmosphäre gerichtet ist (Abb. 30).
Abb. 30: Darstellung der Wärmeströme (eigene Darstellung)
Die Strahlungsbilanz Q*
Die solare Strahlung bildet die Grundlage der Wärmeenergieumsätze auf der Erdoberfläche und
in der Atmosphäre. Daher wird hier auf die Strahlungsbilanz eingegangen. Diese setzt sich am
Tag aus kurzwelliger Solarstrahlung und langwelliger Wärmestrahlung zusammen. Nachts ist
hingegen nur die Wärmestrahlung wirksam.
Tag:
Q* = (S↓ + D↓) ∙ (1 - α) + (L↓ - L↑)
(23)
Q* = (L↓ - L↑)
(24)
Nacht:
Dabei ist Q* = Strahlungsbilanz [W∙m-2], S↓ = Bestrahlungsstärke der solaren Direkteinstrahlung
[W∙m-2], D↓ = Bestrahlungsstärke der Diffusstrahlung [W∙m-2],  = Oberflächenalbedo, L↓ =
Atmosphärische Gegenstrahlung (langwellig) [W∙m-2], L↑ = Spezifische Ausstrahlung (langwellig)
[W∙m-2], (L↓ - L↑) = Effektive Ausstrahlung (langwellig) [W∙m-2] (BENDIX 2004: 46)

Für eine weiterführende Auseinandersetzung mit der Strahlungsbilanz kann bei BENDIX 2004,
HUPFER & KUTTLER 2006, WEISCHET & ENDLICHER 2008 und ZMARSLY et al 2002 eine umfassende
Menge an Informationen gefunden werden.
Der Bodenwärmestrom B
Wie viel der auftreffenden Strahlung in den Bodenwärmestrom übergehen kann, ist sehr
abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Bodens, dem Porenvolumen, der Materialzusammensetzung und der Bodenfeuchte. Diese Parameter ergeben die spezifische Wärmeleitfähigkeit und zur Berechnung gilt folgende Formel:
B
dT
dz
(25)
Dabei ist B = Bodenwärmestrom [W∙m-2],  = Wärmeleitfähigkeitskoeffizient [W∙m-2∙K-1], T =
Temperatur [K], z = Strecke [m].




63
Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass die verschiedenen Bodenbeschaffenheiten von maßgeblicher Bedeutung für den Bodenwärmestrom sind. Luft ist gegenüber Wasser ein schlechterer
Wärmeleiter und demzufolge bestimmt der Wassergehalt über die Wärmeleitfähigkeit. Gleichzeitig entsteht aber bei der Verdunstung von Wasser aus dem Boden sogenannte Verdunstungskälte. Dies hat wiederum zur Folge, dass sich ein feuchter Boden im Tagesverlauf nicht so gut
erwärmen kann wie ein trockener Boden. Bei letzterem erhitzen sich vor allem die oberen
Bodenschichten extrem. Dafür haben diese Böden aber eine geringere Dämpfungstiefe und
kühlen somit in der Nacht schneller und stärker wieder aus als feuchte Böden (BENDIX 2004: 71).
Der fühlbare Wärmestrom L
Dieser Wärmestrom ist durch den vertikalen Temperaturgradienten und die Turbulenzintensität
über der Bodenoberfläche bestimmt. Er wird nach folgender Formel berechnet:
(26)
Dabei ist L = Fühlbarer Wärmestrom [W∙m-2],  = Luftdichte [kg∙m-3], c p = Spezifische Wärme
von Luft bei konstantem Druck [J∙kg-1∙K-1], KL = Turbulenter Diffusionskoeffizient für den
Wärmetransport [m2∙s-1], T = Temperatur [K], z = Strecke [m].



Aus der Formel ergibt sich, dass der fühlbare Wärmestrom mit zunehmenden Temperatur-

gradienten und Turbulenzintensität steigt. Das heißt, er ist von der Temperatur und der Wind-

geschwindigkeit abhängig. Jedoch wäre er für Windstille gleich null, beziehungsweise nicht
definiert. Doch auch bei Windstille erfolgt ein Wärmeaustausch mit der Erdoberfläche. Allerdings
nicht mehr über den turbulenten Wärmetransport, sondern über die molekulare Wärmeleitung.
Daraus resultiert eine andere Berechnung des Turbulenten Diffusionskoeffizienten und damit
folgende Formel:
(27)
Dabei ist L = Fühlbarer Wärmestrom [W∙m-2],  = Luftdichte [kg∙m-3], c p = Spezifische Wärme
von Luft bei konstantem Druck [J∙kg-1∙K-1], g = Schwerebeschleunigung [m∙s-2], C = Proportionalitätsfaktor 1,3, T = Temperatur [K], z = Strecke [m].



Die Herleitung dieser Gleichung kann
verfolgt werden.
 genauer in BENDIX (2004) auf S. 76/77

Der latente Wärmestrom V
Der latente Wärmestrom bezeichnet den Energiebetrag, der bei der Verdunstung von Flüssigwasser umgewandelt, dann im gasförmigen Zustand gespeichert und mit dem Wind turbulent
verlagert wird. Das heißt, er ist zunächst wieder von der Turbulenzintensität abhängig, jedoch ist
hier der Konzentrationsgradient von Wasserdampf in der bodennahen Luftschicht ausschlaggebend. Wenn der Wasserdampf kondensiert, dann wird die Wärme wieder frei und dem fühlbaren Wärmestrom zugeführt. Für die Berechnung ergibt sich folgende Formel.
64
(28)
Dabei ist V = Latenter Wärmestrom [W∙m-2], W = Wasserdampfdichte [kg∙m-3], LV =
Spezifische Verdunstungswärme [J∙kg-1], KW = Turbulenter Diffusionskoeffizient für den Wasserdampf [m2∙s-1], s = Spezifische Feuchte [kg∙kg-1], z = Strecke [m].



Die Berechnung bei Vorhandensein von Vegetation erfordert zusätzliche Parameter, um die

Verdunstungsleistung der Pflanzen zu erfassen. Dies wird mit Hilfe der PENMAN-MONTEITH

Gleichung abgeschätzt. Hierfür wird die Blattfläche zur Abschätzung der stomatären Verdunstung mit Hilfe des grünen Blattflächenindex angegeben. Dabei wird die Blattfläche, die pro
Quadratmeter Bodenfläche für die Verdunstung zur Verfügung steht, angegeben. Zusätzlich ist
der aerodynamische Widerstand der Spaltöffnungen zu berücksichtigen. Für genauere Betrachtungen sind Angaben bei BENDIX (2004) auf S. 77 zu finden.
Bowen Ratio
Fühlbarer und latenter Wärmestrom stehen in einem bestimmten Verhältnis, dem BowenVerhältnis, welches nach der unten stehenden Gleichung berechnet wird. Daraus lassen sich
Aussagen treffen, ob die Energie hauptsächlich in die Erwärmung der Luft oder in die
Verdunstung von Wasser übergeht. Ist dieser Quotient größer als 1, so wird die meiste Energie in
die sensible Wärme umgewandelt. Wenn er jedoch kleiner als 1 ist, dann wird die Energie
hauptsächlich in die Verdunstung von Wasser investiert (ZMARSLY et al 2002: 51).
Bo
L
V
(29)
Dabei ist Bo= Bowen-Verhältnis, L = sensibler Wärmestrom, V = latenter Wärmestrom.
Wärmebilanz verschiedener Oberflächen

Auf Grund der Messungen

 im Rahmen unseres Projektes
 werden hier nun zwei mikroklimatische
Wärmebilanzen vorgestellt. Die Standorte an denen die folgenden Messungen vorgenommen
wurden, ähneln den möglichen Projektstandorten.
Tagesgang der Wärmebilanz eines unbedeckten feuchten Bodens
Bei diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Boden während des gesamten Tagesverlaufs mit Wasser gesättigt ist. Dies wäre zum Beispiel im Bewässerungsfeldbau der Fall.
Mit Sonnenaufgang sieht man eine deutliche Zunahme der Strahlungsbilanz. Proportional dazu
nehmen latenter und sensibler Wärmestrom zu, jedoch kann sich der sensible im weiteren
Verlauf nur schwach entwickeln, da der überwiegende Teil der Strahlungsenergie in die latente
Wärme, also in die Verdunstung des Wassers fließt. Auf Grund der daraus resultierenden Verdunstungskälte bricht auch der Bodenwärmestrom kurz vor der Mittagszeit ein. Nach Sonnenuntergang wird weiter latente Wärme abgegeben, jedoch kehrt sich dieser Sachverhalt kurz vor
Mitternacht um und es wird latente Wärme aufgrund von Kondensation in sensible umgewandelt. Dieser Prozess wird auch als Freisetzung von Kondensationswärme bezeichnet (BENDIX
2004: 79).
65
Abb. 31: Tagesgang der Wärmebilanz an einem unbedeckten Standort mit feuchtem Boden (links) und
in einem Kiefernforst (rechts) (BENDIX 2004: 79)
Tagesgang der Wärmebilanz eines Kiefernforstes
Hier ist nun ein fast gegensätzlicher Verlauf zum unbedeckten, feuchten Boden zu erkennen. Der
fühlbare Wärmestrom kann sich im Verhältnis zum latenten Wärmestrom viel besser entwickeln.
Die leichten Einbrüche im latenten Wärmestrom resultieren aus der aktiven Regulierung der
Verdunstung durch die Pflanzen. Das heißt, dass diese ihre Spaltöffnungen schließen und nicht
mehr so viel Verdunstungswärme entsteht (ebd.).
Das Thema der Wärmebilanz kann auf ganz unterschiedlich Art und Weise betrachtet werden. So
fallen je nach Betrachtungsebene (Makro bis Mikro) andere Parameter mehr oder weniger ins
Gewicht.
Für die Messungen im Rieseberger Moor auf unserer Exkursion stellt sich nun die Frage, ob uns
einige Messwerte möglicherweise nicht zur Verfügung stehen, um eine vollständige Wärmebilanz
durchzuführen. Zunächst können wir die Daten der Automatischen Wetterstation von Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und einfallender Strahlung verwenden. Damit
lassen sich einerseits die latente und die sensible Wärme berechnen und andererseits lässt sich
die Strahlungsbilanz bestimmen. Da sich die Berechnung der Verdunstung durch die Pflanzen
mit dem Abschätzen der Blattoberfläche pro Quadratmeter relativ schwierig darstellt, wäre es von
Vorteil diesen Parameter bei der Messung weitestgehend auszuschließen. Dazu müsste man eine
der beiden Stationen auf einer vegetationsfreien Fläche aufstellen. So könnten wir die latente und
sensible Wärme im Bowen-Verhältnis darstellen. Zur Berechnung des Bodenwärmestroms
brauchen wir die genaue Bodenzusammensetzung sowie Aussagen über die Bodentemperatur
und die Bodenfeuchte. Da uns die nötigen Geräte zur Messung der Bodenfeuchte nicht zur
Verfügung stehen, muss diese möglicherweise abgeschätzt werden. Dadurch wird sich der
Wärmestrom auch nur näherungsweise ermitteln lassen
66
2.7 Messkonzept – Methoden und Standorte
Sebastian Seyffert
Die für die Untersuchung der Klimaelemente Wind, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Niederschlag
und Globalstrahlung im Untersuchungsgebiet benötigten Daten werden mit einer atmosphärischen Boden-Beobachtungs-Automatikstation, kurz automatische Wetterstation (AWS), erfasst
und aufgezeichnet.
Die Hauptbestandteile dieser AWS sind der Mast, die Messgeräte und der Datenlogger. Zu den
Messgeräten gehören das 3D Ultraschallanemometer, zwei Sensoren für die Lufttemperatur und
Luftfeuchtigkeit, ein Pyranometer und ein Totalisator. Bevor der Aufbau der AWS beschrieben
und das Messkonzept erläutert wird, werden kurz die einzelnen Messgeräte erklärt.
Für die Erfassung des Windes wird das 3D Ultraschallanemometer verwendet. Das Prinzip der
Messungen ist die Ermittlung der Windkomponenten in einem dreidimensionalen Raum, wodurch die Windgeschwindigkeit und Windrichtung berechnet und ausgegeben werden kann.
Wichtiges Bauteil ist hierbei der Sensorkopf mit 6 Ultraschallwandlern. Der Sensorkopf misst die
Zeit, die ein Tonimpuls von den oberen zu den unteren Ultraschallwandlern benötigt. Die Zeit ist
von Windgeschwindigkeit und Windrichtung abhängig und durch die spezifische Anordnung der
Ultraschallwandler können diese Größen exakt gemessen werden. Der Sensor für die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit ist ein Stabelement, in dem ein Platindraht zur Messung der
Lufttemperatur und ein Kondensator zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit eingebaut sind.
Der sich ändernde elektrische Widerstand des Platindrahtes wird eindeutig auf die sich ändernde
Temperatur des Stabelementes zurückgeführt. Damit nur die umgebende Luft auf die Temperatur
des Stabelementes Einfluss hat und somit die Lufttemperatur gemessen werden kann, muss der
Sensor durch ein Gehäuse gegenüber der Strahlung geschützt werden. Der Kondensator ist mit
Materialien versehen, die auf die Umgebungsfeuchte reagieren und die Kapazität des Kondensators verändern, sodass die erfassten Werte die relative Luftfeuchtigkeit aufweisen. Das Pyranometer dient der Messung der Globalstrahlung, indem in dem Gerät ein Sensor die solare Einstrahlung erfasst. Zur Messung des Niederschlags wird an der AWS der Totalisator benötigt, der
ein Wippenprinzip zur Registrierung des Niederschlags nutzt. Bei dieser Messmethode wird
aufgefangenes Niederschlagswasser auf eine Wippe geleitet, die bei bestimmter Menge an Wasser
ihren Schwerpunkt verliert und kippt.
Alle Messgeräte sind per Kabel (Signalübertragung) mit dem Datenlogger verbunden, der durch
einen Akkumulator mit Strom versorgt wird. Im Datenlogger werden die Daten erfasst und
aufgezeichnet. Bei der Auswertung der Daten bezüglich der Uhrzeit muss beachtet werden, dass
der Datenlogger nach der Greenwich Mean Time (GMT) programmiert ist. Weitere Einzelheiten
zu den Messgeräten können unter 2. Material und Methoden nachgelesen werden.
Damit Messdaten zwischen unterschiedlichen Gebieten vergleichbar sind, müssen die Messgeräte
an einer AWS gleich angebracht sein, was den Aufbau einer AWS in bestimmte Arbeitsschritte
aufteilt. Beim Aufbau ist es unerlässlich, dass die Messgeräte sorgfältig behandelt werden und auf
eventuelle Beschädigungen hin untersucht werden. Weiterhin empfiehlt sich die Durchführung
67
des Aufbaus mit mindestens drei Personen. Zu Beginn des Aufbaus wird der Mast aus vier Rohren
auf eine Länge von 3,55 m zusammengebaut und mit 2 Spannvorrichtungen versehen, die nach
Aufstellen des Mastes diesen halten. Bevor der Mast aufgestellt wird, muss das 3D Ultraschallanemometer am oberen Ende des Mastes mit Hilfe von Halterungen befestigt werden. Des
Weiteren wird auf eine Masthöhe von 3 m ein Stahlenschutzgehäuse angebracht, in dem der
Sensor für die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit befestigt wird, der als oberer Sensor ausgeschrieben ist. Mit Hilfe einer Markierung am Fuß des 3D Ultraschallanemometer wird das
Strahlenschutzgehäuse in gleicher Ausrichtung befestigt. Dann kann der Mast lotrecht
aufgerichtet und mit den Spannvorrichtungen und Heringen befestigt werden, sodass die
Markierung am 3D Ultraschallanemometer nach Norden zeigt. Nachfolgend kann das zweite
Strahlenschutzgehäuse mit dem unteren Sensor in einer Masthöhe von 1 m befestigt und nach
Norden ausgerichtet werden. Ein Ausleger wird in 1,5 m am Mast befestigt und in Nord-SüdAchse ausgerichtet. Auf das südliche Ende des Auslegers wird durch Halterungen das Pyranometer waagerecht befestigt, um zum einen den Einfluss einer Schattenwirkung durch den Mast
zu verhindern und zum anderen den gleichen Einstrahlwinkel zu garantieren. Als letzteres wird
der Totalisator in nahe Umgebung der AWS waagerecht aufgestellt und der Datenlogger mit Abstand zum unteren Strahlenschutzgehäuse an den Mast befestigt, um eine Einfluss der Wärmebildung durch den Datenlogger auf den Sensor für die Lufttemperatur zu verhindern. Anschließend werden alle Messgeräte mit dem Datenlogger verbunden. Mit dem Einschalten des
Datenloggers sollte gleichzeitig die Lufttemperatur mit dem Aspirationspsychrometer gemessen
und im Stationsprotokoll mit der Uhrzeit (GMT) vermerkt. Dies dient einer späteren Kontrolle
der Funktionstüchtigkeit der Lufttemperatursensoren. Neben Stationsname, Exposition, Oberflächenbeschaffenheit und Vegetation muss im Stationsprotokoll die Horizonteinschränkung und
weitere Hindernisse vermerkt werden, um bei der Auswertung der Daten einflussreiche Faktoren
mit einbeziehen zu können.
In dem Untersuchungsgebiet wurden drei AWS aufgestellt, die nachfolgend AWS 20, AWS 40
und AWS 50 genannt werden. Jede AWS stand einem für sich merkmalstypischen Standort. Für
die AWS 20 kann der Standort als feucht beschrieben werden. Durch den nordexponierte
Birkenbruchwaldrand ist eine starke Horizonteinschränkung nach Süden gegeben. Ebenfalls
befindet sich eine Waldkante nördlich in 100 m Entfernung und östlich in 30 m Entfernung. Die
oberflächige Vegetation aus Gräsern bildet eine feuchte Wiese. Neben einer südexponierten
Waldkante und auf einer offenen Waldlichtung stand die AWS 40. Durch die Waldeinrahmung
nach allen Himmelrichtungen wurde dieser Standort als windstill eingeschätzt. Zur vorherrschende Vegetation zählte das Heidekraut, sowie vereinzelte Sträucher und Kiefern. Die AWS 50
stand auf einem kleinen Hügel in mitten einer 5 % nordgeneigte Fläche. Das Umfeld ist durch
Trockenrasen und einer erst in 100 m nordöstlicher und südwestlicher Entfernung bestehenden
Waldkante charakterisiert. Die Stationsprotokolle können im Anhang weiter eingesehen werden.
Am letzten Tag wurden alle erfassten Messdaten durch eine Software auf einem PC ausgelesen
und für die weitere Analysen wie folgt aufbereitet. Die Messdaten, die für jede Minute erfasst
wurden (Niederschlagsmessung ausgenommen) wurden auf den Zeitraum vom 11.06.2012, 19:00
Uhr bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr beschränkt, um einheitlich von jeder AWS die gleiche Menge
68
an Daten analysieren zu können. Anschließend wurden für jede Stunde Datenmittelwerte
gebildet, was die spätere graphische Darstellung vereinfachen sollte. Um mögliche Messfehler
zwischen den Messgeräten ausschließen zu können, wurden die Datenmittelwerte jedes
Messgerätes um ihren spezifischen Abweichungswert zu dem Messgerät angeglichen, welches
sich an der AWS 50 befand. Die AWS 50 wurden als Referenzstation nach einer vor Beginn der
eigentlichen Messung durchgeführten zweitägigen Probemessung ermittelt. Die Probemessung
beinhaltet den korrekten Aufbau aller AWS, mit dem Unterschied, dass die Sensoren für die
Lufttemperatur auf gleicher Masthöhe nebeneinander auf einem Ausleger befestigt wurden. Bei
Probemessbeginn und Probemessende wurde auch manuell die Lufttemperatur mit dem
Aspirtionspsychrometer auf der Höhe gemessen, wo sich die Lufttemperatursensoren befanden.
Nach Beendigung der Probemessung wurden die erfassten Messdaten ausgelesen und ein
Vergleich der manuellen und durch die AWS gemessenen Lufttemperaturdaten vorgenommen.
Dieser Vergleich ergab, dass der untere Lufttemperatursensor, der für die AWS 50 bestimmt ist,
die geringste Abweichung zwischen den gemessenen Lufttemperaturdaten aufwies. Somit wurde
dieser Sensor als Standartmessgerät unter den Lufttemperatursensoren ausgewiesen. Aufgrund
fehlender Möglichkeiten der manuellen Messungen von Wind in 3,55 m Höhe und der
Globalstrahlung wurden auch alle anderen Messgeräte der AWS 50 als Standartmessgeräte
bestimmt. Somit konnten die Messdaten gleicher Messgeräte korreliert werden, wodurch für
jedes Messgerät spezielle Abweichungswerte zu AWS 50 ermittelt wurden. Der Einfluss eines
Messfehlers kann somit ausgeschlossen werden. Das bedeutet aber nicht, dass mögliche
Messfehler durch Alterung der Geräte, elektrische Anschlussfehler oder andere Vorkommnisse
aufgetreten sind.
Wie die Daten ausgewertet und nach welchen Gesichtspunkt sie analysiert wurden, kann in den
nachstehenden Artikeln begutachtet werden.
2.8 Makro vs. Mikro
Lukas Merkel, Michael Kachnicz
In diesem Kapitel wird beschrieben, wie auf der Nordhemisphäre Aktionszentren entstehen und
welche Aktionszentren zum Zeitpunkt der geländeklimatologischen Feldmessungen die großräumige Wetterlage bestimmten.
2.8.1 Entstehung der Hoch- und Tiefdruckgebiete auf der Nordhemisphäre
Die atmosphärische Zirkulation ist die Folge von unterschiedlicher Temperatur und folglich auch
unterschiedlichem Luftdruck. Die solare Einstrahlung ist in den Tropen am größten und im
Bereich der Pole am kleinsten. Das führt zur Bildung der innertropischen Konvergenz (ITC), einer
Zone mit tiefem Luftdruck entlang des Äquators, und mit Hochdruckgebieten in den Polregionen
(HÄCKEL 1999: 259). Durch diese thermischen Einflüsse bilden sich auf der Erdhalbkugel zwei
verschiedene Luftmassen: Die wärmere tropische Luftmasse in den niedrigen Breiten und die
kältere polare Luftmasse in den höheren Breiten. Innerhalb von beiden Luftmassen nimmt die
durchschnittliche Temperatur zu den Polen hin homogen ab, aber im Grenzbereich zwischen
69
ihnen ist die Temperaturabnahme deutlich stärker. Dieser Bereich wird als Frontalzone
bezeichnet. Die Gradientkraft wirkt bei horizontalen Luftdruckunterschieden auf alle Luftmoleküle in Richtung des niedrigeren Luftdrucks und erzeugt auf diese Weise Wind. Infolge von
Masseträgheit bei der Erdrotation weht der Wind nun aber nicht wie eigentlich erwartet auf
geradem Weg vom Hochdruck- zum Tiefdruckgebiet, sondern wird stark abgelenkt. Im Bereich
des Strahlstroms, einem schnellen Wind, der in den oberen Schichten der Troposphäre weht,
kommt es zu unterschiedlich großen Druckunterschieden zwischen der tropischen und der
polaren Luftmasse und es kommt zu dynamischen Änderungen der Gradient- und Corioliskraft,
die dazu führen, dass an bestimmten Stellen der Druck örtlich begrenzt steigt bzw. fällt. Aus
diesen Stellen bilden sich infolge vertikaler Luftausgleichbewegungen dann dynamische Hochs
und Tiefs, die im Einflussbereich der Frontalzone unser veränderliches Wetter bestimmen
(HÄCKEL 1999: 260). Die dynamischen Hochs und Tiefs ziehen in unseren Breiten meist in östliche
Richtungen. Weil die sich auf die Luftmoleküle nördlich und südlich des Zentrums dieser
Druckgebilde auswirkende Corioliskraft unterschiedlich stark ist, ziehen Hochs eher südöstlich
und Tiefs eher nordöstlich. Das führt zur Bildung der sogenannten Hochdruckgürtel in den
subtropischen und Tiefdruckrinnen in den subpolaren Breiten, in denen sich die entsprechenden
Druckgebilde bevorzugt sammeln. Damit bildet sich die in Abb. 32 dargestellte allgemeine
Zirkulation der Atmosphäre. Auch der durch diese Druckgebilde hervorgerufene Wind ist so
großräumig, dass die Corioliskraft eine nennenswerte Rolle spielt. Auf der Nordhalbkugel wird
die aus einem dynamischen Hochdruckgebiet herausströmende Luft nach rechts abgelenkt, so
dass sie im Uhrzeigersinn um das Zentrum des Hochs herum strömt (antizyklonale Strömung)
(FLEMMING 1991: 54). Bei Tiefdruckgebieten sorgt die Rechtsablenkung der Corioliskraft für eine
Strömung gegen den Uhrzeigersinn (zyklonale Strömung). Durch den Einfluss der Bodenreibung
insbesondere über Landmassen verhindert die Corioliskraft aber hier nicht den Druckausgleich,
sondern verzögert ihn lediglich.
Abb. 32: Schematische Darstellung der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre (HÄCKEL 2005)
70
2.8.2 Großräumige Wetterlage an den Tagen der Messungen im Rieseberger
Moor
In Abb. 33 ist die Wetterlage der Bodenanalyse vom Deutschen Wetterdienst vom 12.06.12 um
18:00 Uhr dargestellt (DWD 2012). Auf der Karte lässt sich erkennen, dass sich zu diesem
Zeitpunkt einige Tiefdruckgebiete über Europa befanden, das heißt, eine durch sehr wechselhaftes Wetter geprägte Großwetterlage vorhanden war. Im Bereich von Mittel- und Norddeutschland sieht man ein Tiefdruckgebiet, welche auch als Zyklone bezeichnet wird. Sie besitzt
zwei sogenannte Fronten, welche verschieden gekennzeichnet werden. Die Kaltfront wird entlang
der Isobaren gleichen Drucks mit spitzen und die Warmfront mit halbrunden Frontsymbolen
gekennzeichnet. Die Luftmassen der Zyklone bewegen sich entgegen dem Uhrzeigersinn (HÄCKEL
2005).
Daher ist erkenntlich, dass ausgehend vom Zeitpunkt 18.00 Uhr auf der Karte die Warmfront in
den nächsten Stunden durch das Exkursionsgebiet zieht. In Abb. 34 lässt sich der Durchzug der
Warmfront gut mit dem an allen Stationen verzeichneten Anstieg der Temperatur um 22:00 Uhr
am 12.06.12 nachvollziehen. Obwohl die Temperatur in der Nacht kontinuierlich sinkt kommt es
zu einer kurzzeitigen Erwärmung der Luft, da wärmere Luft in das Gebiet getragen wird. In der
Nacht vom 13.06. zum 14.06.12 kommt es um 23:00 Uhr zu einem ähnlichen Phänomen. Dies ist
immer noch auf die durchwachsene Wetterlage zurückzuführen, allerdings ist es kein klassischer
Durchzug einer Warmfront, der einen erheblichen Anstieg der Temperatur zur Folge hätte.
Abb. 33: Links: Bodennahe Wettersituation am 12.06.12 (DWD 2012). Rechts: Stundenmittelwerte der
Lufttemperatur in 3 m Höhe aller AWS
71
3 Ergebnisse
Alexandra Zettl
Die in Kapitel 2 beschriebene, intensive Auseinandersetzung mit dem theoretischen Kanon der
Klimaelemente, dem System der atmosphärischen Zirkulation über Europa sowie der Methodik
und den Instrumenten der Geländeklimatologie, ermöglichten während der Exkursion die
eigenständige Erfassung und Auswertung von Daten. Diese Daten wurden größtenteils mit den in
Kapitel 2.7 beschriebenen AWS gewonnen und aufgezeichnet, aber auch manuell ermittelte
Daten, dienten als Auswertungsrundlage für die Untersuchungen, der hier im Folgenden
vorgestellten Fachartikel.
3.1 Beitrag zur klimatologischen Einordnung von Vegetationsstufen im Harz
Alexandra Zettl, Meline Saworski
In Gebirgen verändert sich die Vegetation meist auffällig mit der Höhe. Die Lufttemperatur
wandelt sich jedoch ebenso: mit zunehmender Höhe, fällt in der Regel die Temperatur. Der
vorliegende Fachartikel ist das Ergebnis einer im Rahmen eines studentischen Projektes
durchgeführten Untersuchung über Zusammenhänge zwischen Höhenstufen der Vegetation im
Harz und dem Klimaelement Temperatur.
Anhand einer mit dem Aspirationspsychrometer
manuell aufgenommenen Datenreihe, wurden über eine Strecke von 9319 m (Ilsenburg bis
Brockengipfel) und einem Höhenunterschied von 781,3 m an 11 mikroklimatisch unterschiedlichen Standorten die Lufttemperatur und die feuchte Lufttemperatur festgehalten. Ebenso wurde
fotografisch und handschriftlich Protokoll über die an den Standorten gefundenen Pflanzengesellschaften geführt. Mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogrammes wurden die aufgenommenen Daten verarbeitet, in Bezug zu einer synoptischen Referenz gesetzt und ausgewertet.
Hieraus konnten der Verlauf der Lufttemperatur und der Anstieg der Höhenmeter in Abhängigkeit zur zurückgelegten Strecke ermittelt werden. Als Ergebnis der Auswertung und Interpretation der gewonnen Daten wurde deutlich, dass mit zunehmender Höhe entsprechende
Pflanzengesellschaften anzutreffen sind. Ein direkter Zusammenhang zwischen höhenbedingter
Temperaturänderung und vorgefundener Vegetation konnte jedoch nur eingeschränkt nachgewiesen werden, da mikroklimatische Einflüsse, unter anderem solche wie Himmelsausrichtung,
Boden und Wasser, an den verschiedenen Standorten die Zusammensetzung der Vegetation
beeinflussen und bei einer Zuordnung von Vegetation und Höhe nicht vernachlässigbar sind.
3.1.1 Einleitung
Um Landschaft planen und gestalten zu können ist es von großer Bedeutung, Einblicke in die
Funktionsweisen unserer Umwelt zu erlangen. Zu diesem Zweck können ökologische Zusammenhänge nicht immer getrennt voneinander betrachtet werden, da sie Teil eines komplexen Systems
biotischer und abiotischer Umweltfaktoren sind. Bei allen Faktoren kann davon ausgegangen
72
Ergebnisse
werden, dass sie in unterschiedlicher Intensität auftreten können, also einen Gradienten bilden,
der zeitlich und örtlich bedingt sein kann (COX & MOORE 1987: 41). Diese können kaum
zusammenhängend erfasst werden, in der Praxis werden aus diesem Grund eher konkrete
Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Umweltfaktoren wissenschaftlich untersucht (DIERSZEN
1990: 147). In diesem Fachartikel soll an die Umweltfaktoren der Klimatologie herangeführt
werden. Das Klima wird als Faktorenkomplex bezeichnet, welcher mit einer Vielzahl an Faktoren,
wie Temperatur, Strahlung und Feuchte, auf ökologische Prozesse wirkt (ebd.: 182). Die Lufttemperatur ist mit entscheidend für das Aufkommen und die Verbreitung spezifischer Pflanzengesellschaften. Ein Beispiel hierfür ist die Höhenstufung der Vegetation in Gebirgen, die in
Zusammenhang mit der vertikalen Temperaturabnahme der Atmosphäre steht (COX & MOORE
1987: 54 ff.). Dieser Zusammenhang soll betrachtet und vor allem hinsichtlich verschiedener
Skaleneinflüsse des Klimas untersucht werden. Die untersuchte Frage lautet hierbei, ob ein
Höhengradient der Lufttemperatur messtechnisch nachgewiesen werden kann, der sich auf die
Vegetation im Harz auswirkt und auf welchen Skalen weitere klimatische Einflüsse beobachtet
werden können. Hierbei ist entscheidend, bei welchen Witterungsverhältnissen die Messungen
erhoben werden. Bei windstillen, sonnigen Verhältnissen wäre zu erwarten, dass sich das
standortbedingte Mikroklima (z.B. Hangexposition) stark auf die Messergebnisse auswirkt. Sollte
der Himmel gleichmäßig bedeckt sein, können sich Standortklimate nicht so stark ausprägen und
der Höhengradient sollte stärker bemerkbar sein.
3.1.2 Material und Methoden
Im Rahmen der Untersuchung des Höhengradienten soll konkret eine im Harz manuell erhobene
Messreihe vom 13. Juni 2012 betrachtet und analysiert werden. Der durch ein GPS-Gerät (Qstarz
Qtravel) dokumentierte Weg vom nord-östlich gelegenen Ort Ilsenburg zum Brocken erstreckt
sich über 9319 m. In einem Zeitraum von etwa 09:00 bis 13:30 Uhr wurden insgesamt 781 Höhenmeter zurückgelegt und protokollierte manuelle Messungen der Lufttemperatur mit dem Aspirationspsychrometer an unterschiedlichen Standorten vorgenommen. Um Besonderheiten in den
Messergebnissen zu analysieren und mikro- beziehungsweise makroklimatisch einzuordnen,
wurde in den Protokollen sowohl der Bedeckungsgrad als auch der Himmelsichtfaktor nach
Abschätzung festgehalten. Anhand der protokollierten Uhrzeit an den Messpunkten konnten die
Höhenmeter der GPS-Daten den Messungen zugeordnet werden und ein Höhenprofil erstellt
werden. Die Differenz von 44 m zwischen dem ausgegebenen Höchstwert des GPS-Geräts und der
tatsächlichen Höhe der Brockenspitze von 1142 m wird als Korrekturwert für alle Höhenwerte des
GPS-Geräts verwendet. Allerdings können diese Werte weiterhin kleinere Schwankungen aufweisen. Über den Abgleich der protokollierten und der aufgezeichneten Uhrzeit des GPS-Geräts
konnten die exakten Koordinaten der jeweiligen Messpunkte erörtert werden, wodurch die
Strecke zwischen den Messungen ermittelt wurde. Da die Messungen am Vormittag erhoben
worden sind, ist zu bemerken, dass sich der Tagesgang der Lufttemperatur auf den Höhengradienten auswirkt. Um diesen nachvollziehen zu können, werden die Daten der etwa 55 km
Luftlinie in nord-östlicher Richtung, im Rieseberger Moor liegenden AWS-Stationen als
synoptische Referenzstationen verwendet. Um jedoch nicht das spezifische Standortklima einer
73
AWS zu dokumentieren, wurde aus den gemittelten Top- und Bottom-Werten aller drei
Stationen ein Stundenmittelwert gebildet. Diese Daten werden im Folgenden als Tagesgang der
Lufttemperatur in der Region Harzvorland/Harz betrachtet. Für den Zeitraum von 9:00 bis 14:00
Uhr wurde eine Trendlinie (30) berechnet, aus deren Steigung m sich der korrelierte stündliche
Lufttemperaturanstieg ergibt. Da dieser sich aus den Differenzen der einzelnen Temperaturwerte
errechnet, wird er in Kelvin (K) pro Stunde (h) angegeben:
y=m∙x+n
(30)
mit m = 0.952 K/h, n = 12.17 °C und R² = 0.9673
Der sich ergebende Anstieg von etwa 0,02 K/min wird mit der jeweiligen Zeit in Minuten, die
zwischen den Messungen und dem Ausgangspunkt vergangen ist, multipliziert und kann von den
gemessenen Lufttemperaturwerten abgezogen werden. Somit entsteht eine modifizierte Messreihe, die nicht dem Einfluss des tageszeitlich bedingten Anstiegs der Lufttemperatur unterliegt
und verwendet wird, um aus der Differenz der Temperaturextreme und der Höhendifferenz den
Temperaturgradienten zu berechnen.
3.1.3 Ergebnisse
Tab. 5 zeigt die 11 verschiedenen Standorte (Messpunkte), an denen Messungen mit dem Aspirationspsychrometer durchgeführt wurden. Angegeben sind außerdem die Höhenlage und die
modifizierte Lufttemperatur der jeweiligen Standorte sowie die den Höhen entsprechenden
Vegetationsstufen, welchen auf Grundlage der Protokolle typische Pflanzengesellschaften zugeordnet wurden. Unter Betrachtung des Werkes „Die Pflanzengesellschaften des National-Park
Harz (Sachsen-Anhalt). Eine kommentierte Vegetationskarte“ von KARSTE et al. konnte diese
Zuordnung wiedererkannt werden. Anhand der Höhe und der Lufttemperatur lässt sich zudem,
durch die Ermittlung des Quotienten der Differenz aus 1114 m und 333 m Höhe sowie der
Differenz aus 10 °C und 3,6 °C, ein Höhengradient von 0,8 K pro 100 m Höhenanstieg ableiten.
Tab. 5: Messpunkte und Pflanzengesellschaften
74
Ergebnisse
Abb. 34 stellt das Verhältnis von Lufttemperatur und Höhenanstieg zu zurückgelegter Strecke
und Zeit dar. Mit fortschreitender Strecke steigt die Höhe von 333 m auf 1114 m und die
Lufttemperatur sinkt von 10 °C auf 3,6 °C. Wie der Verlauf der Lufttemperatur zeigt, wurde nach
einer Strecke von 4,6 km ein entgegen dem absinkendem Trend ein erhöhter Temperaturwert von
9,5 °C gemessen. Aus den während der Wanderung geführten Protokollen, geht für diesen
Messpunkt hervor, dass der Bedeckungsgrad abnahm. Die Temperaturwerte, die kurz zuvor
geringer wurden, steigen hier plötzlich an und fallen danach bis auf 7,9 °C. Die Lufttemperatur
sinkt anschließend weiter bis auf 3,6 °C (auf der Brockenspitze). Die Änderung des Bedeckungsgrads lässt eine genauere Betrachtung der an den Referenzstationen gemessenen Globalstrahlungswerte zur Überprüfung sinnvoll erscheinen. Hierzu wurden die den Zeiten der Messpunkte
entsprechenden Punktwerte der Globalstrahlung an den Referenzen AWS 20, 40 und 50 gemittelt.
In Abb. 35 wird der sich aus den Punktwerten ergebende Verlauf der Globalstrahlung in Vergleich
zum in Abb. 34 bereits dargestellten Lufttemperaturverlauf, gesetzt. Wie zu sehen ist, steigt die
Globalstrahlung tendenziell an, wird jedoch von einigen Maximalwerten (P5, P7 und P10)
unterbrochen. Nochmals deutlicher wird das Absinken der Lufttemperaturwerte in Abhängigkeit
zur Höhe in Abb. 36. Mit steigender Höhe, fallen die Werte. Die Trendlinie stellt das Verhältnis
der Werte zueinander, also den Höhengradienten dar. Werden alle Messwerte einbezogen, ergibt
sich ein Bestimmtheitsmaß R² von etwa 0,91. Werden die Temperaturwerte, die zu den Zeiten, zu
welchen auch die Maxima der Globalstrahlung erfasst wurden (grau markiert) nicht beachtet,
ergibt sich für den Trend der Lufttemperatur ein R² von 0,94.
Abb. 34: Vertikaler Lufttemperaturverlauf (durchgezogene Linie), Höhe in M.ü.M. (gepunktete Linie)
und Vegetationsstufen nach ELLENBERG (1996) (submontan, montan, subalpin)
75
Abb. 35: Verlauf der Lufttemperatur (dicke Linie) und der Globalstrahlung (dünne Linie) an den
Referenzstationen (AWS im Rieseberger Moor)
Abb.36: Verteilung der Lufttemperaturwerte in Abhängigkeit zur Höhe. Mit den Messwerten zu
bedeckten Zeitpunkten (schwarz) mit R² =0,94 und den Messwerten zu sonnigen Zeitpunkten
(grau) mit R²=0,91
76
Ergebnisse
3.1.4 Diskussion
Besonders auffällig scheint der von den tendenziell sinkenden Lufttemperaturwerten (vgl. Abb. 34
abweichende Wert von 9,5 °C am Messpunkt 7 um 11:21 Uhr MEZ (vgl. Tab. 5). Ursache des
Zustandekommens dieser Abweichung scheint auf einen mesoskaligen Einfluss, das Aufreißen der
Wolkendecke rückführbar. Dieser geringere Bedeckungsgrad konnte anhand der Fotos nachvollzogen werden. Da im Harz jedoch keine Globalstrahlungswerte erfasst werden konnten,
mussten für die genauere Überprüfung die Werte der Referenzstationen (vgl. Abb. 35) herangezogen werden. Wie hierbei aus dem Anstieg des Graphen der Globalstrahlung hervorgeht,
wurde dessen Tagesgang nicht bereinigt. Dennoch können die Maxima an den Punkten P5 bis P10
als ein mögliches Aufreißen der Wolkendecke am Ort der Referenzstationen interpretiert werden.
Da der Wert der Flussdichte der Globalstrahlung in einem solchen Falle steigt die direkte solare
Einstrahlung zunimmt, scheint ein Zusammenhang möglich. Ob die an den Referenzstationen
gemessenen Werte jedoch repräsentativ sind, bleibt auf Grund der Distanz zwischen Harz und
Rieseberger Moor fraglich. In dieser Hinsicht muss angemerkt werden, dass Referenzdaten von
der Wetterstation des Deutschen Wetterdienstes, die sich auf dem Brocken befindet, einen
Beitrag zur weiteren Untersuchung dieses Zusammenhangs leisten können. Jene standen uns
jedoch nicht zur Verfügung.
Allgemein gültige Aussagen zu den Ergebnissen sind, da die Messungen an einem einzigen Tag
durchgeführt wurden, kaum möglich. Messreihen und Daten, die über längere Zeiträume und in
größerem Umfang gewonnen werden, erhöhten die Validität von Erkenntnissen über den Zusammenhang zwischen Feuchte, Wärme, Höhe und Pflanzenvorkommen. Gerade die Ausprägung der
standortbedingten Mikroklimate, die im Gebirge je nach Höhenlage und Exposition sowie dem
Himmelssichtfaktor sehr unterschiedlich sein kann, verdient eine intensivere Betrachtung. Aus
diesem Grund wurden in Abb. 35 die Maxima der Globalstrahlung P5, P7 und P10 markiert.
Zunächst wird P7 betrachtet. Dieser wurde bereits zu Beginn der Diskussion als ausschlaggebend
für die Betrachtung der Globalstrahlung genannt. Obwohl zu diesem Zeitpunkt das Maximum der
Globalstrahlung am wenigsten ausgeprägt ist, wurde ein auffällig hoher Temperaturwert gemessen. Werden die im Protokoll festgehaltenen standortspezifischen Eigenschaften betrachtet
kann dieser jedoch recht gut nachvollzogen werden, da sich der Messpunkt an einem ostexponierten Hang befindet, weshalb eine stärkere Aufwärmung seit dem Sonnenaufgang zu vermuten
ist. Außerdem ist der Himmelssichtfaktor (HSF) mit 35 % im Verhältnis zu den vorherigen
Messungen relativ hoch. Anders verhält sich diese Eigenschaft am Messpunkt P5. Hier beträgt der
HSF lediglich 10 %. Die ansteigende Globalstrahlung wirkt sich also nicht merkbar auf den
Temperaturwert aus, womit erklärt werden kann, dass der gemessene Lufttemperaturwert von 8,9
°C im Trend des fallenden Temperaturgradienten liegt. Auch am Messpunkt P10 liegt der
gemessene Temperaturwert im Trend, obwohl in der Globalstrahlung ein auffallender Ausschlag
zu vermerken ist. Unter Berücksichtigung, dass dieser Wert in einer Höhe von 1004 m gemessen
wurde und in diesen Höhen keine dichten Waldbestände vorzufinden sind, kann in diesem Falle
nicht mit dem Himmelssichtfaktor argumentiert werden. Allerdings ist auf den Fotos zu
verzeichnen, dass zu diesem Zeitpunkt dichter Nebel auftritt. Somit könnte die weiter fallende
77
Lufttemperatur durch das Fehlen der Energie, die in die Verdunstung von Wasser geht, erklärt
werden.
Obwohl also der Höhengradient durch den Bedeckungsgrad auf der Mesoebene beeinflusst wird
kann, wie in Abb. 36 dargestellt ein kontinuierliches Absinken der Lufttemperatur in Abhängigkeit zur Höhe mit einem Bestimmtheitsmaß von 0,91 festgehalten werden. Werden die, durch die
auf der Mesoskala auftretende Globalstrahlung beeinflussten Werte jedoch nicht mit einbezogen,
steigt das Bestimmtheitsmaß weiter auf 0,94. Somit ist ein sehr konstanter Temperaturgradient
mit ansteigender Höhe nachgewiesen.
Der durch die Änderungen der Lufttemperatur in der vertikalen Dimension erkennbare Höhengradient, lässt die Einteilung der Vegetation nach Höhenstufen nachvollziehbar erscheinen, da
Pflanzen unterschiedliche Temperaturamplituden und -toleranzen aufweisen. Im Harz wird die
Lufttemperatur neben dem makroklimatisch beeinflussten Höhengradienten von mikroklimatischen Standortspezifika, wie beispielsweise dem Himmelssichtfaktor und der Hangexposition
bestimmt. Der durch die Messauswertung errechnete Höhengradient von 0,8 K pro 100 m liegt
innerhalb einer Amplitude, die je nach Jahreszeit und geographischer Lage verschieden ausgeprägte Werte annehmen kann. In der Regel handelt es sich um einen Wert von 0,3 °C bis 1 °C pro
100 m Höhenanstieg (vgl. SCHRÖDER 1998: 116). Es bleibt jedoch noch zu beantworten, in welchem
Verhältnis mikroklimatische Ausprägungen zum Höhengradienten stehen und wie sie die Berechnung desselben beeinflussen.
78
Ergebnisse
3.2 Geländespezifische Auswirkungen auf den Niederschlag
Mareike Teske, Natascha Winkel
Im Rahmen einer studentischen Exkursion in das Rieseberger Moor im Harzer Vorland, wurden
mit Hilfe von drei Automatischen Wetter Stationen (AWS) an drei räumlich nahe beieinander
liegenden Standorten mit unterschiedlich geprägten Geländestrukturen, Messungen einzelner
Klimaelemente durchgeführt. In diesem Artikel wird Niederschlag (Regen und Tau) untersucht.
Obwohl die drei Standorte den gleichen mesoklimatischen Bedingungen ausgesetzt waren,
wiesen sie unterschiedliche Werte bezüglich des Niederschlags auf. Der Regenniederschlag
variierte in der Menge kaum, jedoch im zeitlichen Verlauf und in der Intensität. An einem der
Standorte wurde die Taupunkttemperatur nicht erreicht, da dort die zur Taubildung notwendige
Luftfeuchte nicht vorlag.
3.2.1 Einleitung
In diesem Artikel stehen zwei Formen des Niederschlags im Fokus der Untersuchung: Regen und
Tau. Es soll untersucht werden, ob Unterschiede in Intensität und Dauer der Niederschläge
festzustellen und Geländespezifika und unterschiedlich ausgeprägte Mikroklimata dafür verantwortlich sind.
Hypothese 1: Der im Harz dominierende Westwind wirkt sich auf die zeitliche Abfolge des
Niederschlagbeginns aus. Demnach wird an der westlichsten AWS zuerst Niederschlag gemessen.
Hypothese 2: Tau entwickelt sich an allen Standorten zu der dafür typischen Zeit, kurz vor
Sonnenaufgang.
Niederschlag ist das Produkt der Kondensation oder der Deposition von Wasserdampf in der
Atmosphäre, dabei entsteht Wasser in flüssiger oder fester Form. Unterschieden wird in fallenden
(Fest-, Flüssig- oder Mischniederschlag) und abgesetzten (Tau, Raueis, Glatteis, Schnee) Niederschlag. Zusätzlich wird Niederschlag statistisch nach Zeitdauer, Intensität und Quelle eingeteilt
(KUTTLER 2009: 100). Bei der Analyse von Niederschlagsdaten sollten mögliche Abweichungen
durch
Messfehler
berücksichtigt
werden.
Verdunstung
des
Niederschlagwassers,
die
Verschmutzung des Messgerätes (z.B. durch Vögel) und Wind sind entscheidende Fehlerfaktoren.
Durch eine Windfelddeformation werden Tropfen über das Messgerät getragen und es kommt zu
einer Unterschätzung des Niederschlagvolumens (SYMADER 2004: 31 f.). Tau ist am Boden oder an
festen Gegenständen kondensierter Wasserdampf (MALBERG 2007: 103). Bei Abkühlung feuchter
Luft, sinkt der Sättigungsdampfdruck E, die relative Feuchte nimmt zu und nähert sich ihrem
Maximalwert (100 %). Dann ist der herrschende Dampfdruck e gleich dem Sättigungsdampfdruck
E und weitere Temperaturerniedrigung führt zu Übersättigung und Taubildung. Die Temperatur,
an der dieser Punkt erreicht ist, bezeichnet den Taupunkt (oder die Taupunkttemperatur)
(ZMARSLY et al. 2007: 73). Die Taupunktdifferenz gibt die Differenz zwischen der aktuellen
Temperatur und der Taupunkttemperatur an. (HUPFER & KUTTLER 2006: 90).
79
Für die Beschreibung des Untersuchungsgebiets wird auf das Kapitel 2.7 im Projektbericht
verwiesen. Im Folgenden werden die Standorte mit ihren Stationsnummern als AWS (Automatische Wetterstation) 20, AWS 40 und AWS 50 bezeichnet. In der Zeit vom 11. (19:00 Uhr GMT)
bis 14. Juni 2012 (08:00 Uhr GMT) wurden von den drei AWS Minutenwerte der Temperatur, der
relativen Luftfeuchtigkeit, der Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie der Globalstrahlung erhoben.
Für die Messung von Niederschlag (Regen) wurden Totalisatoren mit einer Kippwaage verwendet.
Ist die Auffangschale mit 0,1mm Niederschlagswasser gefüllt, kippt die Waage um und 0,1 mm
werden in der Datenreihe notiert. Nicht alle Werte der Messung werden für den weiteren Verlauf
in Betracht gezogen. Messwerte am 11.06.12 und 14.06.12 sind Fehlermessungen während des Aufbzw. Abbaus der Stationen und werden daher nicht verwendet. Der einzelne Messwert am 13.06.12
wird ebenfalls nicht betrachtet. Um den zeitlichen Bezug zu den Messungen anderer Klimaelemente zu ermöglichen, wurden die Niederschlagsmengen auf Minuten Werte zurückgerechnet
(bis zum vorhergehenden Messereignis von 0,1 mm) und danach auf 10 Minuten-Werte addiert.
Der Taupunkt wurde in dieser Untersuchung nicht direkt gemessen, sondern rechnerisch ermittelt. Dazu wurden die stündlichen Mittelwerte der unteren Messfühler für Temperatur TB und
relative Luftfeuchtigkeit rB herangezogen. Um Rundungsfehler auszugleichen, wird in der
Untersuchung bei einer Taupunktdifferenz ≤ 0,1 °C Tauentwicklung angenommen.
Grundlage zur Berechnung des Taupunkts ist die Formel nach MAGNUS: zur Definition des
Sättigungsdampfdrucks:
E  6,1078exp
17,08085  T
234,175  T
(31)
Sättigungsdampfdruck E [hPa], Temperatur T [°C] (SCHÖNWIESE 2008: 76).
3.2.3 Ergebnisse
Während der Messungen wurde in den Morgenstunden vom 12.06.12 0,7 mm Niederschlagwasser
an den AWS 40 und 50 und 0,8 mm an der AWS 20 gemessen. Die AWS 20 weist also mit 0,1 mm
ein höheres Messergebnis auf. Die Niederschlagsmessung beginnt und endet an den einzelnen
Stationen zu unterschiedlichen Zeiten. Der Beginn der Niederschlagsmessung erfolgt an der AWS
20 um 04:09 Uhr, gefolgt von der AWS 50 um 04:12 Uhr und der AWS 40 um 04:20 Uhr. Die letzte
Niederschlagsmessung erfolgt an der AWS 20 um 05:29 Uhr, an der AWS 50 um 05:34 und an der
AWS 40 um 05:46 Uhr. Trotz unterschiedlicher Start- und Endzeiten, unterscheidet sich die
Dauer der Niederschlagsmessung der Stationen nur um einige Minuten. Eine Divergenz ist in der
Regenintensität zu erkennen (Abb. 37). Während die AWS 20 und 50 sich nur gering voneinander
unterscheiden, kommt es bei der AWS 40 ab 04:50 Uhr kurzzeitig zu einer höheren Niederschlagsintensität, welche ab 05:17 Uhr stark sinkt.
80
Ergebnisse
Niederschlagsintensität
[mm/10 min.]
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
04
:10
04
:2
0
04
:3
0
04
:4
0
04
:5
0
05
:0
0
05
:10
05
:2
0
05
:3
0
05
:4
0
05
:5
0
06
:0
0
0.00
Zeit [hh:mm]
Abb. 37: Niederschlagsintensität der AWS 20 (weiß), 40 (grau) und 50 (schwarz) am 12.06.12 von 04:00
bis 06:00 Uhr
Abb. 38 zeigt den Verlauf der Taupunktdifferenz über den gesamten Messzeitraum für die drei
Stationen. Wird die Taupunktdifferenz von 0 °C erreicht, kommt es zur Taubildung.
An Station 40 wird der Taupunkt niemals erreicht, an Stationen 20 und 50 kommt es in allen drei
Nächten zu Tauentwicklung. Station 20 erreicht sieben mal den Taupunkt (Taupunktdifferenz ≤
0,1 °C) und Station 50, sechs mal. In der ersten Nacht (12.06.) liegt der Zeitraum der
Tauentwicklung bei Station 20 zwischen 03:00 und 05:00 Uhr und bei Station 50 zwischen 03:00
und 04:00 Uhr. An der Station 50 ist der Zeitraum der Taupunktentwicklung kürzer als an Station
20. In der zweiten Nacht (13.06.) werden bei den Stationen 20 und 50 zwischen 01:00 und 02:00
Uhr und in der dritten Nacht (14.06.) zwischen 03:00 und 04:00 Uhr Taupunkttemperaturen
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
19
:0
0
23
:0
0
3:
00
7:
00
11:
00
15
:0
0
19
:0
0
23
:0
0
3:
00
7:
00
11:
00
15
:0
0
19
:0
0
23
:0
0
3:
00
7:
00
Taupunktdifferenz [°C]
erreicht.
Zeit [hh:mm]
Abb. 38: Taupunktdifferenz in °C gemessen in 1 m Höhe im Zeitraum vom 11.-14.6.2012. AWS 20
(schwarz), 50 (grau) und 40 (gepunktet)
81
3.2.4 Diskussion
Während des Niederschlagereignisses in den Morgenstunden des 12.06.12, kam der Wind aus SüdWest. Demnach müsste an der AWS 50 als erstes Niederschlag fallen, gefolgt von der AWS 20 und
zuletzt der AWS 40. Die tatsächliche zeitliche Abfolge zeigt jedoch, dass der Niederschlag zuerst
an der AWS 20 gemessen wird und danach an der AWS 50. Ein Grund hierfür kann die
Einwirkung des Windes bei der Niederschlagsmessung sein (Abb. 39).
Wind [m/s]
00
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Wind [m/s]
0.018
0.013
0.008
06
:
50
05
:
40
05
:
05
:
05
:3
0
20
10
05
:
05
:
00
50
04
:
40
04
:
30
04
:
20
04
:
04
:
04
:
-0.002
10
0.003
00
Niederschlagsintensitä
t [mm/min]
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
00
AWS 50
Zeit [hh:mm]
AWS 40
0.013
0.008
06
:
05
:5
0
40
05
:
30
05
:
05
:2
0
10
05
:
05
:
00
50
04
:
40
04
:
20
04
:3
0
04
:
04
:
-0.002
04
:10
0.003
00
t [mm/min]
0.018
Zeit [hh:mm]
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.015
0.010
0.005
00
06
:
50
05
:
40
05
:
30
05
:
20
05
:
10
05
:
00
05
:
50
04
:
40
04
:
30
04
:
20
04
:
04
:
04
:
10
0.000
Wind [m/s]
0.020
00
t [mm/min]
AWS 20
Zeit [hh:mm]
Abb. 39: Windgeschwindigkeit (Linie) in Korrelation zur Niederschlagsintensität (Balken) für AWS 50,
40 und 20 (von oben nach unten)
82
Ergebnisse
Die AWS 50 befindet sich auf einem freien Feld und ist im Gegensatz zu den anderen zwei
Stationen nicht windgeschützt. Zu Beginn des Regens ist die Windgeschwindigkeit an der AWS
50 um bis zu 0.8 m/s stärker als an der AWS 20. Diese Werte lassen darauf schließen, dass es an
der AWS 50 aufgrund der höheren Windgeschwindigkeit zu einer zeitlichen Verzögerung der
Messung kam. An der geschützten AWS 20 hingegen konnte ab Beginn des Regens das
Niederschlagwasser aufgefangen werden. Gegen diese These spricht die letzte Messung, die nicht
als erstes an der AWS 50, sondern an der AWS 20 eintritt. Auch hier ist das Einwirken von
Messfehlern nicht auszuschließen. Zu Messfehlern kann es durch eine Blockade im Totalisator
der AWS kommen, die verhindert, dass die Waage umkippt und es zur Aufzeichnung kommt
oder durch die Berührung eines Tieres an der AWS 20, die zu einer verfrühten Messung führt. Die
erhöhte Niederschlagsmessung an der AWS 20 könnte sich ebenfalls durch den Windschutz der
Bäume erklären lassen. Dagegen spricht jedoch die geringere Niederschlagsmessung an der AWS
40, an welcher wie bei der AWS 20 geringe Windgeschwindigkeiten während des Regens gemessen wurden. Auch hier liegt die Vermutung nahe, dass ein Tier einen zusätzlichen Impuls an
der Kippwaage ausgelöst hat.
An der Station 40 wird der Taupunkt niemals erreicht. Bei der getrennten Analyse der beiden den
Taupunkt definierenden Faktoren, der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit, kann
festgestellt werden, dass auf den gesamten Zeitraum bezogen die Lufttemperaturentwicklung an
den drei Standorten ähnlich verläuft (für Details und Abweichungen siehe Kapitel 3.3). An den
Tagen übersteigt jedoch die Lufttemperatur an Station 40 mehrmals die der anderen Stationen.
Beim Vergleich der drei Stationen bezüglich der relativen Luftfeuchtigkeit ist festzustellen, dass
Werte der AWS 40 fast durchgehend unter denen der beiden anderen Stationen liegen und den
Wert von 90 % nicht übersteigen. Insgesamt handelt es sich hier um einen trockenen Standort
mit Heide- und Grasvegetation. Die Wasserverfügbarkeit ist gering durch grundwasserfernen,
sandigen Untergrund. Niederschläge (in Form von Regen) werden kaum durch Vegetation
gehalten, sondern versickern schnell in den Untergrund. Im Gegensatz dazu ist AWS 50 ein
feuchter, grundwassernaher Standort, der zudem windgeschützt liegt. Die Tauentwicklung hält
dort länger an als an AWS 40, da der Anstieg der Lufttemperatur nach Sonnenaufgang (03:55 Uhr
GMT) langsamer verläuft, als am Sonnenexponierten Standort 50. Die Hypothese 2 kann somit
nur für die Stationen 20 und 50 bestätigt werden.
Bei der Auswertung der Daten aus dem Harzer Vorland konnte gezeigt werden, dass Geländeunterschiede sich auch in den klimatologischen Messungen widerspiegeln. So kann die Regenmessung durch den Wind, aber auch durch die Exposition und die Vegetation beeinflusst werden
und trotz räumlicher Nähe, unterschiedliche Zeiträume der Messung aufweisen. Für die Tauentwicklung sind ebenfalls Klimaelemente entscheidend, aber auch Faktoren wie Bodenbeschaffenheit und Wasserverfügbarkeit. Für die fehleranfällige Messung von Regen wäre bei
zukünftigen Messungen ein längerer Zeitraum wünschenswert, damit die Hypothesen ausreichend belegt werden können. Die Taupunktermittlung wurde bei dieser Untersuchung nur
statistisch ermittelt, ein Drosometer zur Messung von Tau wäre interessant gewesen.
83
3.3 Vergleich der Lufttemperatur eines nord- und eines südexponierten Standorts im Harzer Vorland
Cortina Feldmann, Cosima Seifert
Aus den Messdaten Automatischer Wetterstationen (AWS), die während einer studentischen
Exkursion im Naturschutzgebiets des Harzer Vorlands, dem ‚Rieseberger Moor‘ im Zeitraum vom
11.06.2012 - 14.06.2012 erhoben wurden, werden Vergleiche der Lufttemperatur eines nord- und
eines südexponierten Standorts vorgenommen. Der typische Tagesgang für die Nordhemisphäre
sowie standortspezifische Charakteristika durch Nord- und Südexponiertheit wurden untersucht
und dargestellt. Die dabei aufgetretenen Besonderheiten wurden genauer betrachtet.
3.3.1 Einleitung
Die Lufttemperatur beschreibt den Wärmezustand der Luft und kennzeichnet, laut LAUER &
BENDIX (2004), ihre mittlere kinetische Energie. Sie reagiert sehr empfindlich auf Relief, Boden,
Vegetation und anthropogene Einflüsse (HORBERT 2000: 49). Daher erweist sich die Untersuchung
dieser Größe als interessantes Thema im Rahmen der meteorologischen Messungen im
Rieseberger Moor.
Es gilt festzustellen, in wieweit der Standort der Messstation die Lufttemperatur beeinflusst.
Denn hierbei lässt sich die Wichtigkeit erkennen, beim Messen der Lufttemperatur auf den
geeigneten Standort zu achten (LAUER & BENDIX 2004: 75). Die Standorte der Stationen liegen
Luftlinie ca. 80 m voneinander entfernt. Es stellt sich die Frage, ob Lufttemperaturunterschiede
solch naher Messstationen zu erfassen sind und wenn ja, welche Ursachen diese haben.
Ziel soll es zum einen sein zu belegen, dass die Lufttemperatur eines südexponierten Standorts
stets höher ist, als die eines nordexponierten Standorts. Zum anderen soll der Verlauf des
Tagesgangs der Nordhemisphäre, wie er beispielsweise bei BENDIX (2004), HORBERT (2000), LAUER
& BENDIX (2004), sowie WEISCHET & ENDLICHER (2008) beschrieben wird, belegt werden. Denn die
klimatologische Charakteristik eines Standorts ist aus dem Tagesgang am besten herzuleiten
(HORBERT 2000: 49 f.).
Auf der Grundlage einer studentischen Exkursion im Zeitraum vom 11.06.2012 - 14.06.2012, wurden
im Naturschutzgebiet ‘Rieseberger Moor‘ an drei Standorten, die alle unterschiedliche Standorteigenschaften aufweisen, drei AWS aufgestellt. Genaueres zu den Standorten und dem speziellen
Aufbau sowie den einzelnen Geräten der AWS ist im Kapitel 2.7 nachzulesen. Unter dem
Gesichtspunkt, dass das gewählte Thema dieses Artikels der Vergleich der Lufttemperatur eines
nord- und eines südexponierten Standorts sein soll, wurden die Daten der Lufttemperatur der
Stationen 20 und 40 gewählt, da diese den Ansprüchen für die Bearbeitung der Fragestellung am
besten entsprechen (siehe Kapitel 2.7). Für die Auswertung wurden die ermittelten Daten der
Sensoren, welche in 1 m Höhe angebrachten wurden, verwendet, da diese auf Grund von z.B.
Umgebungseigenschaften und Untergrund aussagekräftiger für die Standortcharakteristika sind.
84
Ergebnisse
Um Abweichungen der einzelnen Geräte auszugleichen, wurde nach Testmessungen ein Gerät als
Referenz gewählt und alle Daten dementsprechend angepasst. Die genaue Vorgehensweise ist
Kapitel 2.7 zu entnehmen. Mit den korrigierten Werten wurden anschließend mit einem
Tabellenkalkulationsprogramm Stundenmittelwerte aller ermittelten Daten gebildet, mit denen
die Diagramme im folgenden Abschnitt erstellt wurden.
3.3.3 Ergebnisse
21
Temperatur [°C]
19
(#1)
17
15
(#2)
13
11
00
12
:0
0
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
8:
00
4:
00
0:
00
20
:
16
:0
0
9
Zeit [hh:mm]
Abb. 40: Tagesgang der Lufttemperatur der AWS 20 (grau) & AWS 40 (schwarz) vom 11.06.2012, 19:00
Uhr, bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr mit Phänomen (#1) & (#2)
Abb. 40 zeigt zunächst den Tagesgang der Lufttemperatur der AWS 20, sowie der AWS 40 vom
11.06.2012, 19:00 Uhr, bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr auf. Beginnend am 11.06.2012 nimmt zum
späten Abend und sich dem Sonnenuntergang nähernd, der Verlauf der Lufttemperatur beider
Stationen ab. Ein negativer Anstieg ist nach Sonnenuntergang zu verzeichnen. Um 03:00 Uhr,
kurz vor Sonnenaufgang, schwächt der negative Anstieg extrem ab und endet zwischen 03:00 Uhr
und 04:00 Uhr. Kurz vor Sonnenaufgang am 12.06.2012 (ca. 04.30 Uhr) ist ein Lufttemperaturminimum zu verzeichnen. Nach Sonnenaufgang ist die steilste Lufttemperaturänderung des
Tages festzustellen, denn von 05:00 Uhr bis 08:00 Uhr steigt die Lufttemperatur über 2 °C und
innerhalb von 2 Stunden, von 08:00 Uhr bis 10:00 Uhr, steigt die Lufttemperatur über 3 °C an. Ab
11:00 Uhr sind signifikante Unterschiede im Tagesverlauf der Lufttemperatur zwischen den beiden
Standorten zu beobachten. Die Lufttemperatur am Standort der AWS 40 steigt weiter linear an,
die der AWS 20 verzeichnet einen verzögerten Anstieg der Lufttemperatur. Das Lufttemperaturmaximum wird nicht während des Sonnenhöchststands um die Mittagszeit erreicht, sondern
verzögert sich (siehe Kapitel 2.2). Die AWS 40 erreicht ihr Maximum um 15:00 Uhr, die AWS 20
erst um 18:00 Uhr.
Zwar sinkt die Lufttemperatur vom 11.06.2012 - 14.06.2012 insgesamt um etwa 2 °C, doch ähnliche
Tagesgänge zeigen sich auch an den folgenden Tagen. Der rascheste Anstieg der Lufttemperatur
ist bei beiden Stationen stets kurz nach Sonnenaufgang zu verzeichnen. Die Lufttemperatur der
AWS 40 steigt nach der Mittagsstunde immer noch weiter rasch an, während der Anstieg sich bei
AWS 20 stets verlangsamt und das Maximum von AWS 40 nie erreicht. Außerdem vergeht am
Standort der AWS 20 mehr Zeit bis das Maximum erreicht wird, als an der AWS 40. Um die
85
Beeinflussung von Wind auf die Lufttemperatur zu ermitteln, wurde das Streudiagramm der Abb.
41 erstellt. Es ergibt sich für AWS 20 sowie für AWS 40 eine sehr geringe bzw. so gut wie keine
Korrelation zwischen Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit. Die erreichten Windgeschwindigkeiten reichen zur Beeinflussung der Lufttemperatur nicht aus. Gleiches wurde mit der
kurzwelligen Einstrahlung getan und hier zeigt sich, dass das R² beider Stationen eine Korrelation
von über 50 % ergibt (Abb. 42).
22
y = 10.024x + 9.3577
R2 = 0.4646
Temperatur [°C]
20
18
16
y = 1.7027x + 11.709
14
R2 = 0.2693
12
10
8
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Wind [m/s]
Abb. 41: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr bis
zum 14.06.2012, 09:00 Uhr (AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)
y = 0.0143x + 12.468
22
R2 = 0.5581
Temperatur [°C]
20
y = 0.0109x + 12.599
R2 = 0.5166
18
16
14
12
10
8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
kurzw. Einstrahlung [W/m²]
Abb. 42: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr
bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr (AWS 20: grau,; AWS 40: schwarz)
Als besonderes Ereignis (#1) (siehe Abb. 40) fällt der 12.06.2012 in der Zeit von 16:30 Uhr bis 18:00
Uhr auf, denn hier liegt die Lufttemperatur der AWS 20, entgegen dem sonstigen Verlauf, bis zu
0,71 °C über der Lufttemperatur der AWS 40. Ein weiteres Phänomen (#2) zeigt sich ebenfalls am
12.06.2012 von 21:00 Uhr bis 22:00 Uhr. Hier weist die Kurve, welche zu dieser Zeit gerade einen
starken, negativen, linearen Anstieg aufweist, abrupt einen positiven Anstieg von bis zu 1,41 °C
auf.
Um diese Auffälligkeiten zu erklären, werden die Daten der Windgeschwindigkeit (Abb. 44)
sowie die Daten der kurzwelligen Einstrahlung (Abb. 43) herangezogen und mit der Lufttemperatur in Bezug gesetzt. Es wird untersucht, in wieweit der Wind im betrachteten Zeitraum
86
Ergebnisse
die Lufttemperatur beeinflusst haben kann. Da zu diesem Zeitpunkt kein besonderes Windereignis zu verzeichnen ist, wird der Wind zur Erklärung des Phänomens (#1) nicht weiter betrachtet. Stattdessen werden die Werte der kurzwelligen Einstrahlung veranschaulicht und mit
der Lufttemperatur ins Verhältnis gesetzt (Abb. 43). Dabei zeigt sich, dass bei AWS 20 sich
erhöhende Strahlungswerte von 16:00 Uhr bis 17:00 Uhr abgebildet werden, die bei AWS 40 nicht
21
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Temperatur [°C]
19
17
15
13
11
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
9
Globalstrahlung [W/m²]
zu verzeichnen sind.
Zeit [hh:mm]
3
19
2.5
17
2
15
1.5
13
1
11
0.5
9
0
Wind [m/s]
21
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
16
:0
0
20
:0
0
0:
00
4:
00
8:
00
12
:0
0
Temperatur [°C]
Abb. 43: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr
bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, kurzwellige Einstrahlung:
gestrichelte Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)
Zeit [hh:mm]
Abb. 44: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr bis
zum 14.06.2012 09:00 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, Windgeschwindigkeit: gestrichelte
Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)
Diese Vorgehensweise wird auch für das Phänomen (#2) angewendet. Da zwischen 21:00 Uhr und
22:00 Uhr keinerlei Einstrahlung gemessen wurde, werden die Werte der Windgeschwindigkeit
herangezogen. Diese zeigen extreme Windstille von ca. 0,18 m/s (Abb. 44). Um dies zu erklären,
wurde die übergeordnete Wetterlage genauer betrachtet und dafür Wetterkarten des Deutschen
Wetterdienstes (DWD) herangezogen (siehe Kapitel 2.8). Anhand dieser zeigt sich folgendes
Ergebnis: eine Warmfront wurde an das Gebiet herangetragen und verursachte den zu verzeichnenden, für diese Uhrzeit ungewöhnlichen Lufttemperaturanstieg.
87
Temperatur AWS 20 [°C]
20
18
y = 0.9082x + 1.9159
R2 = 0.696
16
14
12
12
14
16
18
20
Temperatur AWS 40 [°C]
Abb. 45: Lufttemperatur der AWS 20 (x-Achse) & AWS 40 (y-Achse)
3.3.4 Diskussion
Phänomen (#1) weist eine Überschreitung der Lufttemperatur von AWS 20 gegenüber der AWS
40 am 12.06.2012 von 16:30 Uhr bis 18:00 Uhr auf. Diese Besonderheit lässt sich durch die hohe
Einstrahlung mit einem Maximum von 451,72 W∙m-2 um 17:00 Uhr begründen (Abb. 43). Am
Standort der AWS 20, welcher grundsätzlich durch die Horizonteinschränkung, den angrenzenden Wald und die Nordexponiertheit mehr vor Einstrahlung geschützt ist, ist gegen 16:30 Uhr
wahrscheinlich die Wolkendecke aufgebrochen. Der Sonnenstand war vermutlich schon so weit
fortgeschritten, dass die Horizonteinschränkung nicht mehr wirksam war. Der Standort der AWS
40 wird zu diesem Zeitpunkt schon durch die Waldkante im Schatten gestanden, und somit keine
direkte Einstrahlung mehr erfahren haben. Aus diesem Grund hat sich die Lufttemperatur des
Standorts der AWS 20 untypischerweise über die Lufttemperatur der AWS 40 erhoben. Nachdem
die Einstrahlung nach 17:00 Uhr wieder abnimmt, durch eine sich wieder schließende
Wolkendecke oder eine Horizonteinschränkung, sinkt die Lufttemperatur der AWS 20 ab 18:15
Uhr wieder und unterliegt ab 19:00 Uhr wieder der Lufttemperatur der AWS 40. Die Makroebene
hat hier erheblichen Einfluss auf die Lufttemperatur und unsere Messungen genommen.
Phänomen (#2) weist einen ungewöhnlichen Anstieg der Lufttemperatur von 21:00 Uhr bis 22:00
Uhr am 12.06.2012 auf. Der Grund hierfür ist die übergeordnete Wetterlage, der Durchzug einer
Warmfront. Dies ist anhand der Wetterkarten des DWD (siehe Kapitel 2.8) zu erkennen, aber
auch bei der Gegenüberstellung der Lufttemperatur mit der Windgeschwindigkeit (Abb.44). Ab
20.30 Uhr ist ein starker Rückgang der Windgeschwindigkeit zu verzeichnen mit Tiefpunkt um
22:00 Uhr. Dort beträgt die Windgeschwindigkeit 0,17 m/s. Der Mittelwert der Windgeschwindigkeit aller gemessenen Werte über den gesamten Zeitraum liegt bei 1,13 m/s und das Maximum bei
2,67 m/s. Dies verdeutlicht das enorme Minimum. Durch diesen starken Rückgang der Windgeschwindigkeit lässt sich ebenso ein Rückschluss auf eine Warmfront ziehen, da eine typische
Eigenschaft dieser ist, Windstille mit sich zu bringen bzw. zu verursachen (LAUER & BENDIX 2004:
93, Kapitel 2.8).
Der verlangsamte Anstieg der Lufttemperatur der AWS 20, während die der AWS 40 weiter rasch
steigt, lässt sich auf die Nordexposition und der damit schwächeren Beeinflussung durch Ein88
Ergebnisse
strahlung zurückführen (Abb.42). Abb. 41 verdeutlicht die Zeitverzögerung der Einstrahlung
zwischen AWS 20 und AWS 40. Die Phase der Einstrahlung beginnt am Standort der AWS 40
stets zum einen eher, und ist zum anderen auch noch stärker und verursacht somit, dass die
Lufttemperatur schneller und höher steigt.
Abb. 40 zeigt, dass es sich im Grunde um, ähnlich wie durch BENDIX (2004), HORBERT (2000),
LAUER & BENDIX (2004), sowie WEISCHET & ENDLICHER (2008), beschriebene Tagesgänge handelt.
Die aufgestellte Hypothese, der Tagesgang eines südexponierten Standorts sei stets höher als der
eines nordexponierten Standorts, zeigt sich bei den durchgeführten Messungen besonders in der
Tagesmitte. Aus diesem Grund wurde in Abb. 45 eine Trendlinie für die Lufttemperaturen über 13
°C der AWS 20 und AWS 40 erstellt. Dabei zeigt sich eine Differenz von 1,92 °C, welche die
aufgestellte Hypothese bestätigt.
Im Bezug zu Wind und Globalstrahlung zeigt sich, dass deutliche mikroklimatische Unterschiede
zwischen der AWS 20 und 40 bestehen. Zudem weist der Tagesgang deutliche Abweichungen wie
Phänomen (#1) und (#2) auf. Es gibt ebenso Ansätze zum Thema Beeinflussung des Standortes
durch Pflanzenbedeckung bzw. Heizwirkung des Untergrunds durch Pflanzen und deren Einfluss
auf das Mirkoklima, diese gehen aber über den Umfang der Arbeit hinaus. Hinweise dazu in
Kapitel 2.4.
Die Messungen im Harzer Vorland haben das gesetzte Ziel der Beantwortung der Fragestellung
erreicht und interessante Ergebnisse mit sich gebracht. Denn auf so kurze Distanz sind Unterschiede der Lufttemperatur und der Standortcharakteristika aufgetreten. Dieses Ergebnis kann
von großer Bedeutung für beispielsweise das Flächenmanagement und den Naturschutz bzw. den
Schutz der Biodiversität sein. Denn wenn für das Gebiet ein Flächenschutzkonzept z.B. zu einer
Feuchtwiese entwickelt wird, würde der andere Standort mit heideartiger Vegetation dabei
vollkommen vernachlässigt werden. Das Wissen über klimatologische Prozesse ist demnach auch
wichtig für Landschaftsplaner und Landschaftsarchitekten, die aus diesem Wissen über das
Element Lufttemperatur für ihre zukünftige Arbeit profitieren, und es berücksichtigen können.
Beispielsweise über den Zusammenhang mit Wind, der eine entscheidende Größe für Austauschprozesse der Luft darstellt (HORBERT 2000: 38 ff.). Bei der Planung eines Gebiets sollte dabei auf
Bebauung, Schneisen etc. geachtet werden. Ebenso muss der Untergrund und die Exponiertheit
beachtet werden, denn auch die Globale Strahlung hat Einfluss auf die Lufttemperatur und somit
auf das daraus resultierende Mikroklima. Dass die übergeordnete Wetterlage immer prägenden
Einfluss hat, ist auch eine bezeichnende Erkenntnis, die nicht zu vernachlässigen ist. Doch trotz
Einfluss der Großwetterlage haben sich die erwarteten, typischen Charakteristika der Standorte
aufzeigen und beweisen lassen. Hilfreich für die Aussagekraft der von unseren Messungen
erhaltenen Ergebnisse wäre allerdings eine Messung über einen längeren Zeitraum, die auch
verschiedene Jahreszeiten umschließt.
89
3.4 Einfluss von Wind auf die bodennahe Lufttemperatur
Michael Kachniz, Sebastian Seyffert
Vier Tage lang wurden im Juni 2012 in einem Gebiet des Harzvorlandes Messdaten erfasst, mit
denen der Einfluss von Wind auf die bodennahe Lufttemperatur untersucht wurde. Hierbei wird
der Schwerpunkt auf die Betrachtung der Nächte zwischen 22:00 Uhr und 03:00 Uhr, von drei
unterschiedlichen Standorten, gelegt. Unter Verwendung graphischer Darstellungen werden die
Gemeinsamkeiten und Unterschiede als Ergebnisse dargestellt.
Durch die Untersuchung wurde der Zusammenhang von Windgeschwindigkeiten bis 3,7 m/s auf
die bodennahe Lufttemperatur nicht deutlich. Im Gegensatz dazu konnte der Einfluss der
Makroskala aufgezeigt werden.
3.4.1 Einleitung
Wie allgemein gültig gesagt werden kann, sind der Wind und Lufttemperatur T zwei voneinander
abhängige Klimaelemente. Infolge thermisch bedingter Luftdruckunterschiede strömt Luft aus
einem Gebiet mit hohem Druck in Gebiete mit niedrigerem Druck, um einen Ausgleich der
Druckdifferenz zu erzielen. Es entsteht Wind, der durch die Topografie und Vegetation weiter
beeinflusst wird. Das kann zu einer Abnahme der Windgeschwindigkeit WG führen, die ca. 20 %
bis 30 % gegenüber dem unbeeinflussten Wind beträgt (ZENGER 1998: 159).
Die Hauptmotivation des Papers beläuft sich auf die These, dass Wind einen Einfluss auf die
Lufttemperatur hat und zu einer Durchmischung von dieser in der vertikalen Ebene führt
(FLEMMING 1991: 168). Durchmischung bedeutet, dass es zu keiner Differenz zwischen TB und TT
kommt. Diese Durchmischung spielt im geländeklimatologischen Bereich eine entscheidende
Rolle, weil dadurch Inversionswetterlagen aufgelöst werden und Frischluft aus Bodennähe in
obere Luftschichten transportiert wird, die dann an andere Orte gelangt. Inversionswetterlagen
liegen vor, wenn die Umgebungsluft geschichtet ist und die Lufttemperatur mit der Höhe
zunimmt (LAUER & BENDIX 2004: 90). In diesem Zusammenhang sollen durch die Auswertung der
AWS-Daten Aussagen getroffen werden, ob Windstärken bis zu einer Windgeschwindigkeit von
5,3 m/s (nach KOHLENBERG 2008) die Lufttemperatur zwischen 1 m und 3m Höhe durchmischen
und welche Rolle dabei die Windrichtung WR spielt. Die Auswertung umfasst, bedingt durch das
Datenmaterial keine Windstille und W über 3,7 m/s, wodurch hierzu keine Aussagen getroffen
werden können. Außerdem ist zu vermuten, dass die unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten
der Standorte (siehe Kapitel 2.7) die Messdaten mit beeinflussen.
Im folgenden Abschnitt wird näher auf die Messwerte eingegangen und wie sie für die Analyse
bearbeitet wurden.
Damit bei der Untersuchung der Lufttemperaturänderungen durch Wind beeinflusste Größen
von vornherein möglichst ausgeschlossen werden, wird die ergebnisorientierte Untersuchung nur
mit den Messwerten der TT, TB, WG und WR von 22:00 Uhr bis 03:00 Uhr in der Nacht stattfinden.
90
Ergebnisse
In diesem Zeitraum maßen die Pyranometer an allen drei Standorten keine Globalstrahlung,
sodass hier der Einfluss der Globalstrahlung auf die Lufttemperaturänderung ausgeschlossen ist.
Des Weiteren fand eine stündliche Mittlung der zu untersuchenden Messwerte statt. Somit sind
die zu betrachtenden Abb. aus sieben Messwerten aufgebaut. Dazu zählen neben den Messwerten
für 22:00 Uhr und 03:00 Uhr die Mittelwerte jeder Stunde.
Auf die Verwendung der Mittelwerte wurde beim Erstellen der Windrosen, die mit dem SoftwarePaket R erstellt wurden, jedoch verzichtet. Der Grund dafür ist die schlechte und ungenaue
Darstellung der Windrichtung aus nur sieben Messwerten.
Bei der Analyse der Messwerte wird auf die Lufttemperaturdifferenzen TD zwischen der unteren
Lufttemperatur TB und der oberen Lufttemperatur TT eingegangen, für die sich bei der
Berechnung folgende Formel ergibt:
TD= TT –TB
(32)
Nachfolgend werden nun die Ergebnisse dargestellt, auf denen die anschließende Diskussion
beruht.
3.4.3 Ergebnisse
Der Vergleich der drei AWS in Abb. 46. ergibt, dass jeder Standort im gleichen Zeitraum
unterschiedliche TD aufweist. Das Maximum der TD von 1,59 K wurde in der Nacht vom 12.06. zum
13.06. um ca. 00:50 Uhr am Standort AWS 40 erreicht, wohingegen ein Minimum der TD am
Standort der AWS 20 in der Nacht vom 11.06. zum 12.06. von 0,15 K gemessen wurde. Außerdem
änderte sich die TD dort zum Teil innerhalb einer Nacht kaum, bis hin zu einer Differenz von 0,72
K. Des Weiteren ist erkennbar, dass sich am Standort der AWS 50 innerhalb von drei Nächten die
TD ähneln, am Standort der AWS 40 jedoch unterscheiden sie sich zum Teil stark voneinander. TB
und TT waren zu keinem Zeitpunkt gleich.
Die TD der Nächte vom Standort AWS 40 waren im Gegensatz zu den TD der anderen Standorte
durchgängig negativ.
1.2
AWS 20
1.0
0.6
0.4
0.2
3:
00
2:
30
2:
00
0
1:3
1:0
0
30
0:
0:
00
0.0
22
:0
0
22
:3
0
23
:0
0
23
:3
0
TD [K]
0.8
Zeit [hh:mm]
91
-0.1
-0.3
-0.5
-0.7
-0.9
-1.1
-1.3
-1.5
-1.7
00
3:
2:
30
2:
00
0
1:3
0
1:0
30
0:
0:
00
AWS 40
22
:0
0
22
:3
0
23
:0
0
23
:3
0
TD [K]
Zeit [hh:mm]
1.2
AWS 50
1.0
0.8
TD [K]
0.6
0.4
0.2
0
3:
0
2:
30
2:
00
1 :3
0
1:0
0
0:
30
0:
00
30
23
:
00
23
:
30
22
:
22
:
00
0.0
Zeit [hh:mm]
Abb. 46: TD der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20, 40 und 50 (von oben nach unten)
(1. Nacht: schwarz, 2. Nacht: grau und 3. Nacht: gepunktet)
In Abb. 47. ist erkennbar, dass in allen Nächten an der AWS 40 Windgeschwindigkeiten unter 0,7
m/s herrschten. Der Standort der AWS 20 wies Windgeschwindigkeiten zwischen 0,18 m/s und 2,1
m/s auf, die TB war jedoch immer niedriger, wie Abb. 46 (oben) zeigt. Des Weiteren wird
ersichtlich, dass in der ersten Nacht bei geringer WG nur eine minimale Änderung der TD vorkam
(vgl. Abb. 46 und Abb. 47 für AWS 20). In der zweiten Nacht geht ab 0 Uhr ein Abfall der TD von
0,44 K mit einem Anstieg der WG um 1,1 m/s einher. In der dritten Nacht hingegen ändert sich die
Windgeschwindigkeit zwischen 23:30 Uhr und 01Uhr um 0,2 m/s, die TD aber um 0,71 K.
3.0
AWS 20
WG [m/s]
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
Zeit [hh:mm]
92
0
3:
0
2:
30
2:
00
1:3
0
0
1:0
30
0:
00
0:
22
:0
0
22
:3
0
23
:0
0
23
:3
0
0.0
Ergebnisse
3.0
AWS 40
WG [m/s]
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
00
3:
2:
30
2:
00
0
1:0
1:3
0
30
0:
00
0:
22
:0
0
22
:3
0
23
:0
0
23
:3
0
0.0
Zeit [hh:mm]
Abb. 47: WG der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20 (oben) und die AWS 40 (unten)
(1. Nacht: schwarz, 2. Nacht: grau und 3. Nacht: gepunktet)
Bei der Windrichtung ist festzustellen, dass die Luft in der zweiten Nacht konstant aus westlicher
Richtung an die AWS 20 herangeführt wurde, eine Änderung der TD aber kaum stattfand (vgl.
AWS 20 in Abb. 46 und Abb. 48). In der dritten Nacht strömte die Luft bis 23:30 Uhr ausschließlich aus Westen und die TD nahm leicht c.2
zu. Ab 23:30 Uhr strömte der Wind aus östlicher
Richtung (Abb. 49) und die TD nahm stark ab.
m/s
N
0.063 - 0.33
0.33 - 0.66
0.66 - 0.99
> 0.99
W
E
10 %
20 %
30 %
40 %
50 %
S
-1
Abb. 48: Windrose für die 2. Nacht an der AWS 20. Windgeschwindigkeiten über 1 m∙s in dunkelgrau,
c.3.1
c.3.2
-1
Windgeschwindigkeiten unter 1 m∙s in hellgrau
m/s
m/s
0.042 - 0.33
0.33 - 0.66
0.66 - 0.99
> 0.99
N
0.023 - 0.33
0.33 - 0.66
0.66 - 0.99
> 0.99
W
E
N
W
E
10 %
20 %
30 %
40 %
50 %
60 %
S
10 %
20 %
30 %
40 %
50 %
60 %
S
Abb. 49: Windrosen für die 3. Nacht an der AWS 20. 22:00 - 23:30 Uhr (links) und 23:30 - 03:00 Uhr
-1
(rechts). Alle Windgeschwindigkeiten lagen unter 0,7 m∙s
93
Bei der Analyse der Messdaten in der 1. Nacht am Standort AWS 50 wurde festgestellt, dass WG
und TD bis kurz nach 23:30 Uhr zu nahmen (Abb. 50). Die TD blieb dann bis 01:30 Uhr fast gleich
1.0
0.4
0.5
0.2
0.0
0.0
3:
1:3
1:0
0:
0:
TD [K]
0.6
00
1.5
2:
30
0.8
2:
00
2.0
0
1.0
0
2.5
30
1.2
00
3.0
22
:0
0
22
:3
0
23
:0
0
23
:3
0
WG [m/s]
und die WG schwankte zwischen 1,7 m/s und 2,2 m/s. Ab 01:30 Uhr nahm die WG ab und die TD zu.
Zeit [hh:mm]
Abb. 50: Verlauf der WG (gepunktet) und der TD (durchgezogen) am Standort der AWS 50 in der 1.
Nacht (vom 11.06.2012 auf den 12.06.2012)
3.4.4 Diskussion
Bei der Betrachtung der Ergebnisse ist deutlich geworden, dass an jedem Standort die
Lufttemperatur durch eine Größe beeinflusst wurde. Zum einen kann gesagt werden, dass am
Standort AWS 20 und AWS 50 nächtliche Inversionswetterlagen vorherrschen, da TT stets höher
als TB war. Zum anderen wird festgestellt, dass Windgeschwindigkeiten bis zu 3,7 m/s eine
Inversionswetterlage innerhalb des betrachteten Zeitraums nicht auflösen konnten. Das bedeutet,
dass schwache Briesen (nach KOHLENBERG 2008) die Lufttemperatur nicht durchmischen. Des
Weiteren kann gesagt werden, dass eine bestimmte WG keine Bestimmungsgröße für eine
bestimmte Differenz der bodennahen Lufttemperatur ist. Erkennbar in den Abb. 46 und 47 (für
AWS 50), da sich während der zweiten und dritten Nacht die Windgeschwindigkeiten sehr stark
unterschieden, die Temperaturdifferenzen jedoch annähernd gleich waren.
Auch wenn die dritte Nacht von AWS 20 und die zweite Nacht von AWS 50 aufzeigen, dass in
diesen Nächten eine Zunahme der WG mit der Abnahme der TD einhergeht, die Korrelation von
WG zu TD am Beispiel dieser Nacht zeigt, dass ein Zusammenhang beider Größen nicht besteht,
da sich die Messdaten beider Größen nicht annähernd an der gemeinsamen Trendlinie befinden
und somit der Wind nicht zu der Änderung der Temperaturdifferenz führte. Wird die zweite und
dritte Nacht an AWS 20 interpretiert, kann die WR als ein wichtiger Einflussfaktor auf die
bodennahe Lufttemperatur bestimmt werden, wobei die transportierte Luft eine wichtige Rolle
spielt. Wie im Ergebnisteil beschrieben, änderte sie die TD bei gleicher Windrichtung kaum. In
der dritten Nacht herrschten Westwinde und Ostwinde vor und die TD nahm ab 23:00 Uhr stark
ab. Zieht man hier die übergeordnete Wetterlage hinzu, kann ein Zusammenhang hergestellt
werden. In der dritten Nacht wurden wie in der zweiten Nacht auf der Makroebene gleich
94
Ergebnisse
temperierte Luftmassen von Westen her über das Untersuchungsgebiet nach Osten hin geführt
(siehe Kapitel 2.8). In der zweiten Nacht und anfangs der dritten Nacht änderte die herangeführte
Luft die TT und TB gleichmäßig, wodurch sich die TD kaum änderte. Als sich in der dritten Nacht
nur die WR ab 00:00 Uhr änderte (WG blieb gleich), fiel der Einfluss der Großwetterlage weg und
kühlere Luftmassen wurden an den Standort herangetragen. Die kühleren Luftmassen
entsprachen eher denen der TB, sodass die TT davon stärker beeinflusst wurde, was sich somit auf
das Mikroklima auswirkte und die TD abfallen ließ.
Sich bewegende Luftmassen haben Einfluss auf die bodennahe Lufttemperatur. Jedoch ist dieser
bei einem Höhenunterschied von 2 m in Bodennähe nur minimal bis kaum ersichtlich, solange
die WG betrachtet wird. Die Analyse wird hierbei auch durch unterschiedliche Standorte und
deren Bodeneigenschaften erschwert. Wird durch den Wind aber eine unterschiedlich
temperierte Luftmasse an den Messstandort geführt, so ist der Einfluss stark deutlich. Ab welcher
Windstärke der Wind zu einer Durchmischung der bodennahen Lufttemperatur führen würde,
konnte mit den vorliegenden Messdaten nicht herausgefunden werden. Aus diesem Grund
können hier keine Aussagen getroffen werden. Konkretere Aussagen über den Einfluss von Wind
auf die bodennahe Lufttemperatur könnten möglicherweise getroffen werden, wenn eine
Windgeschwindigkeitsmessung auch auf der Ebene des unteren Lufttemperatursensors gemessen
wird und an allen Standorten die gleiche Bodenbeschaffenheit vorliegt.
95
3.5 Untersuchung mikroklimatischer Unterschiede in der
Bowen Ratio
Christian Rüll, David Aerni, Lukas Merkel
Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit der Untersuchung standortspezifischer, mikroklimatischer Unterschiede anhand der Bowen Ratio. Um die verschiedenen Energieumsatzprozesse in
der bodennahen Luftschicht zu untersuchen, wurden zwei räumlich nahegelegene, sich in den
Eigenschaften deutlich voneinander unterscheidende Standorte gewählt. Der Messzeitraum
erstreckte sich über drei Tage, vom 11.06.12 bis zum 14.06.12. Für die detaillierte Betrachtung der
Bowen Ratio wurde ein Zeitfenster von 05:00 Uhr bis 18:00 Uhr am 12.06.12 ausgewählt.
Als Ergebnis dieser Arbeit werden die Unterschiede in der Bowen Ratio, sowie in den Größen, die
zur Berechnung dieser notwendig sind, dargestellt. In diesem Zusammenhang konnte ein erheblicher Einfluss der Globalstrahlung auf die Bowen Ratio festgestellt werden.
3.5.1 Einleitung
Für die meteorologischen Messungen im Gebiet des Rieseberger Moors erwies sich die Bowen
Ratio als ein interessantes Untersuchungsthema. Mit Hilfe dieser Größe kann eine Vielzahl an
Prozessen nachvollzogen werden. Die Standorte, an welchen die Automatischen Wetterstationen
(AWS) aufgestellt wurden, weisen starke Unterschiede sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer
Umgebung auf (siehe Kapitel 2.7). Daher ist es zu erwarten, diese mit den Messreihen aufzuzeigen und die standortspezifischen Charakteristika nachzuweisen.
Die Erdoberfläche dient der Umsetzung von Sonnenenergie in Wärmeenergie. Die dabei entstehenden Wärmeformen sind in Kapitel 2.6 genauer dargestellt. Die Bowen Ratio stellt das
Verhältnis vom sensiblen zum latenten Wärmestrom dar. Sind beide Ströme ausgeglichen,
beträgt der Wert der Bowen Ratio 1. Überwiegt der sensible Wärmestrom, kommt ein Wert der
Bowen Ratio von über 1 zustande. Dominiert der latente Wärmestrom, ist der Wert kleiner als 1.
Kehrt sich die Richtung der Wärmeströme um, entstehen negative Werte (WEISCHET 2008: 99 ff.).
Durch die Verdunstung von Wasser entsteht latente Wärme. Bei der Aggregatszustandsänderung
des Wassers von flüssig zu gasförmig wird Energie in Wasserdampf gespeichert. Dabei erhöht sich
die Lufttemperatur nicht. Dadurch wird sie auch als versteckte Wärme bezeichnet (BENDIX 2004:
77 f.). Im Gegensatz dazu ist die sensible Wärme direkt fühlbar. Sie beschreibt die Erwärmung der
Luft und damit den Anstieg der Lufttemperatur (BENDIX 2004: 75 f.).
Das bedeutet, dass sich die Entstehung von latenter und sensibler Wärme in der Betrachtung von
Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur nachvollziehen lassen. Diese Größen werden zur Berechnung der Bowen Ratio benötigt und stellen damit wichtige Parameter dar.
Die Hypothesen für die Untersuchungen gliedern sich in die folgenden zwei Kernpunkte:
1. An einem bodenfeuchten Standort wird mehr Energie in Form von latenter Wärme frei als an
einem bodentrockenen Standort, da hier mehr Wasser für die Verdunstung zur Verfügung
steht (BENDIX 2004: 79).
96
Ergebnisse
2. Durch
die
verschiedenen
Ausrichtungen
der
Standorte
fällt
die
Globalstrahlung
unterschiedlich stark ein (HÄCKEL 2005: 334). Wir erwarten daher, dass sich die Bowen Ratio
im Tagesgang unterschiedlich entwickelt. An Standorten die eine Horizontüberhöhung gegen
Osten haben, entwickelt sich die Bowen Ratio am Morgen verzögert. An Standorten mit einer
Horizontüberhöhung gegen Westen, baut sich die Bowen Ratio am Abend schneller ab.
Auf Grund dieser Hypothesen sollte ein überwiegend trockener und ein sehr feuchter Standort
ausgewählt werden, um eine nachvollziehbare Interpretation gewährleisten zu können.
Bevor eine genauere Ausführung der Methode dieser Arbeit stattfindet, wird geklärt, wie die
Bowen Ratio berechnet wird. Zur Berechnung des sensiblen und des latenten Wärmestroms
werden die vertikalen Gradienten der absoluten Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur verwendet. Das heißt, die Differenz zwischen zwei Sensoren auf unterschiedlicher Höhe.
Ausgehend von der Formel zur Berechnung der Bowen Ratio (nach BENDIX 2004: 221, 261 ff.) soll
zunächst aufgezeigt werden, wie die benötigten Größen aus den Daten, die mit den AWS
gemessen wurden, berechnet werden können. Um die jeweiligen Parameter und die Bowen Ratio
zu berechnen, wurden Stundenmittelwerte der gemessenen Werte gebildet, um eine zu starke
Schwankung der Werte zu vermeiden und eine angemessene Interpretierbarkeit zu gewährleisten.
Die Bowen Ratio B wird mit folgender Formel berechnet:
B
Ca T

Lv a
(33)
Dabei ist: LV = spezifische Verdunstungswärme [J∙kg-1], C a = Wärmekapazitätsdichte der Luft
[J∙m-3∙K-1], ΔT = Differenz der 
Lufttemperatur (3 m - 1 m) [K], Δ a = Differenz der absoluten
Luftfeuchtigkeit (3 m - 1 m) [g∙m-3]
Die Wärmekapazitätsdichte C a und die spezifische Verdunstungswärme LV werden aus der
Lufttemperatur T [°C] folgendermaßen berechnet:

Ca  1005  1,2754298  0,0047219538  T  1,6463585 105  T
LV  (2,5008  0,002372  T ) 106

(34)
(35)
Die absolute Luftfeuchtigkeit a kann aus dem Dampfdruck e und der Lufttemperatur T [°C] wie
folgt berechnet werden:
a
0,21668  e
T
(36)
Der Dampfdruck wiederum kann aus dem Sättigungsdampfdruck E und der relativen Luftfeuchtigkeit r ermittelt werden:
e  E
r
100
(37)
97
Der Sättigungsdampfdruck E wird mit der Formal nach MAGNUS berechnet:
E  6,1078 10aT / bT 
(38)
Dabei ist: T = Lufttemperatur [°C], a = 7.5 (über Wasser) und b = 235 (über Wasser)
Wie in den Hypothesen erläutert, gilt es zwei möglichst unterschiedliche Standorte miteinander
zu vergleichen. Dafür werden im Folgenden die standortspezifischen Eigenschaften der drei AWS
20, 40 und 50 beschrieben. Die Grundlage für die Beschreibung der Standorte ist das Kapitel 2.7.
Der Standort der AWS 20 befindet sich auf einer Feuchtwiese am Waldrand, die gekennzeichnet
ist durch üppige Vegetation mit vielen Feuchtezeigern und hohem Gehölzbestand bis an die
Station heran. Durch die Gehölze ergibt sich eine große Horizontüberhöhung hauptsächlich
gegen Süden und Osten. Dadurch entsteht eine nordwestexponierte Lage. Aus diesen Gründen
zeigt die AWS 20 im Mittel über den ganzen Messzeitraum sowohl die höchsten absoluten
Luftfeuchtigkeitswerte, als auch die niedrigsten Lufttemperaturwerte (Tab. 6). Auf Grund dieser
speziellen Charakteristika wird die AWS 20 als erste Vergleichsstation ausgewählt.
AWS 20
AWS 40
AWS 50
10,07
9,99
9,97
13,75
13,80
13,96
Tab. 6: Über den gesamten Messzeitraum gemittelten Werte der absoluten Luftfeuchtigkeit und der
Lufttemperatur
Die AWS 40 steht in einer Heidelichtung auf sandigem Boden. Die Vegetation ist geprägt von
Trockenzeigern und Gehölzen, die insbesondere im Norden nahe an der Station stehen. Dadurch
entsteht eine südexponierte Lage. Zwischen der AWS 40 und 20 ist die Temperaturdifferenz
größer als zwischen AWS 50 und 20 (Tab. 7). Außerdem liegen die Stationen 20 und 40 sehr nahe
beieinander, was die Untersuchung von Differenzen noch interessanter macht.
|Δ AWS 20 - AWS40|
|Δ AWS 20 - AWS 50|
Absolute Luftfeuchtigkeit [g/m³]
0,35
0,52
1,55
0,32
Tab. 7: Betrag der Differenz der über den gesamten Messzeitraum gemittelten Werte (absolute Luft
feuchtigkeit, Lufttemperatur) zwischen den AWS 20 und 40 sowie 20 und 50
An der AWS 50 herrschen ebenfalls trockene Bedingungen vor. Die Fläche ist bedeckt von einer
Trockenrasenvegetation
und
es
gibt
kaum
eine
Horizontüberhöhung.
Die
absolute
Luftfeuchtigkeit ist über den gesamten Messzeitraum im Mittel am niedrigsten (Tab. 7).
Das einzige Argument die AWS 50 für einen Vergleich mit AWS 20 zu wählen, ist die größte
Differenz dieser beiden Stationen in den Werten der absoluten Luftfeuchtigkeit (Tab. 7). Alle
anderen Vergleichseigenschaften sprechen für AWS 40. Daher fällt die Entscheidung auf einen
Vergleich zwischen AWS 20 und 40. Die wichtigsten standortspezifischen Eigenschaften dieser
beiden Stationen sind in Tab. 8 einander gegenübergestellt.
98
Ergebnisse
AWS 20
AWS 40
Bodenverhältnisse
anmooriger Boden
sandiger Boden
Vegetation
Birkenbruchwald, Feuchtwiese
offene Heidefläche, Kiefernbestand
Wasserverhältnisse
Feucht
trocken
Exposition
Nordwesten
Süden
Tab. 8: Zusammenfassung der standortspezifischen Eigenschaften der AWS 20 und 40
Der fühlbare und latente Wärmestrom entsteht hauptsächlich durch Turbulenzen, die für eine
vertikale Durchmischung der Luft sorgen und somit Wärmeenergie transportieren. Bei Windstille
wird dies durch konvektive Vorgänge gewährleistet (BENDIX 2004: 74 f.). Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten werden die Differenzen der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur zwischen den
AWS ausgeglichen. Dies würde eine Untersuchung standortspezifischer Eigenschaften erschweren. Daher sollte zur Berechnung der Bowen Ratio ein Zeitraum ausgesucht werden, in dem
geringe Windgeschwindigkeiten vorherrschen.
Die Globalstrahlung ist die Energie, die in Form von kurzwelliger Strahlung auf die Erdoberfläche
gelangt. Dort wird die Strahlungsenergie in kinetische Energie umgewandelt. Dadurch erhöhen
sich unter anderem die Lufttemperatur, also die mittlere kinetische Energie des Gasgemisches
Luft und die Wahrscheinlichkeit dass sich Wassermoleküle aus dem Verbund lösen, also Verdunstung stattfindet (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 161).
Daraus ergibt sich, dass die Globalstrahlung auf die Größen, die zur Berechnung der Bowen Ratio
gebraucht werden, einen erheblichen Einfluss hat. Um die charakteristische Entwicklung der
Bowen Ratio sichtbar zu machen, sollte ein Zeitfenster ausgewählt werden, in dem die Globalstrahlung gleichmäßig ansteigt und hohe Werte erreicht.
Da die AWS 50 die geringste Horizontüberhöhung aufweist, entsprechen die gemessenen Daten
der großräumigen Wetterlage am ehesten. Somit werden Wind und Globalstrahlung kaum von
standortspezifischen Eigenschaften beeinflusst. Daher werden zur Bestimmung des Zeitfensters
die Messwerte dieser Station verwendet.
In Abb. 51 ist der Verlauf der Windgeschwindigkeit und der Globalstrahlung für den gesamten
Messzeitraum der Exkursion dargestellt. Die zuvor beschriebenen Voraussetzungen treffen am
12.06.12 für den Zeitraum von 05:00 Uhr bis 18:00 Uhr am ehesten zu. Die Globalstrahlung entwickelt sich sowohl am 12.06.12 als auch am 13.06.12 den Anforderungen entsprechend. Der Wind
fällt jedoch am 12.06.12 etwas geringer aus.
99
700
4.5
4
600
3
400
2.5
300
2
Wind [m/s]
3.5
500
1.5
200
1
100
0.5
0
0
20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00
Zeit [hh:mm]
Abb. 51: Verlauf der Globalstrahlung (durchgezogen) und der Windgeschwindigkeit (gepunktet) an der
AWS 50 vom 11.-14. Juni 2012
3.5.3 Ergebnisse
Nachfolgend werden die Verläufe der absoluten Luftfeuchtigkeit, der Lufttemperatur und der
Differenz AWS 40-20
:0
0
18
0
17
:0
16
:0
0
:0
0
15
:0
0
14
:0
0
13
0
12
:0
10
09
08
06
:0
05
11:
00
-1
:0
0
10
:0
0
0
:0
0
11.5
07
:0
0
1
0
13
:0
0
Bowen Ratio im ausgewählten Zeitfenster für jeweils beide AWS dargestellt.
Zeit [hh:mm]
Abb. 52: Verlauf der absoluten Luftfeuchtigkeit an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet)
sowie der Differenz der absoluten Luftfeuchtigkeit (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20)
vom 12. Juni 2012
Im Verlauf der absoluten Luftfeuchtigkeit (Abb. 52) ist zu sehen, wie die Werte beider Stationen
nach dem Sonnenaufgang um 04:55 Uhr (METEOBLUE 2012) zunächst stark ansteigen. Danach
nehmen beide Werte bis in die frühen Mittagsstunden kontinuierlich zu. Das Maximum wird an
der AWS 40 um 10:00 Uhr erreicht und an der AWS 20 eine Stunde verzögert. Bis in die späten
Nachmittagsstunden ist die absolute Luftfeuchtigkeit an der AWS 40 durchgehend größer. Um
15:00 Uhr jedoch beginnt sie an der AWS 20 wieder leicht anzusteigen, während sie an der AWS
40 weiter fällt. Aus diesem Grund ist die absolute Luftfeuchtigkeit um 16:00 Uhr an der AWS 20
einmalig höher, das heißt die Differenz ist negativ.
100
Differenz AWS 40-20
00
18
:
0
17
:0
16
:0
0
0
:0
15
00
14
:
:0
0
13
0
12
:0
11:
09
06
:0
05
00
-1.2
10
:0
0
0
:0
0
0
08
:0
0
1
07
:0
0
1.2
0
2
:0
0
Bowen Ratio
Ergebnisse
Zeit [hh:mm]
Abb. 53: Verlauf der Bowen Ratio an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) sowie der
Differenz der Bowen Ratio (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012
An der AWS 20 steigt die Bowen Ratio um 05:00 Uhr kurz stark an und fällt danach auf den
Tiefststand (Abb. 53). Von 07:00 Uhr an beginnen die Werte der beiden Stationen zu steigen. Die
Bowen Ratio der AWS 40 steigt schnell an und erreicht das Maximum um 11:00 Uhr. Direkt nach
dem Maximum beginnt der Wert kontinuierlich zu fallen und erreicht gegen 16:00 Uhr
Tiefstwerte in der Größenordnung der frühen Morgenstunden. Bei der AWS 20 steigt der Wert
der Bowen Ratio bis in die Abendstunden stetig an und erreicht um 17:00 den Höchstwert. Nach
dem kurzzeitigen Hochpunkt der Bowen Ratio an der AWS 20 kurz nach Sonnenaufgang, ist die
Differenz tagsüber positiv, das heißt der Wert an der AWS 40 ist größer als der an der AWS 20.
Um 16:00 Uhr kehrt sich die Differenz um.
3.5.4 Diskussion
Um zu klären, ob sich die aufgestellten Hypothesen bestätigen, ist eine detaillierte Betrachtung
des Verlaufs der Bowen Ratio notwendig. Diese nimmt an beiden AWS größtenteils Werte
zwischen 0 und 1 an (Abb. 53). Das heißt, dass an beiden Stationen mehr Energie in die Verdunstung von Wasser fließt als in die Erwärmung der Luft. Dieses Resultat ist nicht nur auf die
standortspezifischen Eigenschaften zurückzuführen, sondern auch auf die vorherrschende
großräumige Wetterlage (Kapitel 2.8). Zum einen kam es im Messzeitraum des Öfteren zu hohen
Bedecktheitsgraden und zum anderen war durch Niederschläge eine große Wasserverfügbarkeit
gegeben. Im betrachteten Messzeitfenster wurde nur einmal ein Wert der Bowen Ratio von über 1
erreicht. Dies war bei der AWS 40 in den Mittagsstunden der Fall (Abb. 53).
Im Untersuchungszeitraum tritt die erste Auffälligkeit schon in den frühen Morgenstunden auf.
Die Bowen Ratio steigt bei der AWS 20 kurz nach Sonnenaufgang stark an und sinkt gleich wieder
(Abb. 53). Dieses Phänomen kann durch die Absetzung von Tau erklärt werden. Bei der Kondensation des Wassers wird sensible Wärme freigesetzt (BENDIX 2004: 77). Daraus folgt, dass der
Wert der Bowen Ratio steigt.
101
700
500
0
0
18
:0
:0
0
17
:0
0
16
15
:0
0
:0
0
14
:0
0
13
12
:0
0
00
11:
10
:0
0
-700
06
:0
0
07
:0
0
08
:0
0
09
:0
0
05
:0
0
0
Differenz AWS 40-20
1000
Zeit [hh:mm]
Abb. 54: Verlauf der Globalstrahlung an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) und der
Differenz der Globalstrahlung (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012
Der weitere Verlauf der Bowen Ratio lässt sich mit dem Verlauf der Globalstrahlung an den
beiden AWS erklären. Mit steigender Globalstrahlung nimmt auch die Bowen Ratio zu (vgl. Abb.
53 mit Abb. 54). Das bedeutet, dass sich der sensible Wärmestrom im Vergleich zum latenten
Wärmestrom ausgeprägter entwickelt.
Durch den uneingeschränkten Himmelssichtfaktor gegen Süden und Osten fällt die Globalstrahlung an der AWS 40 in den Morgenstunden ungehindert ein. Im Gegensatz dazu ergeben
sich aufgrund der Horizontüberhöhung gegen Osten an der AWS 20 niedrige Werte der
Globalstrahlung. Dadurch steigt die Bowen Ratio in den Morgen- und Mittagsstunden an der
AWS 40 schneller an und erreicht höhere Werte als an der AWS 20. Am Nachmittag dreht sich
dieser Effekt um. Bedingt durch die große Horizontüberhöhung gegen Süden erreicht die Globalstrahlung an der AWS 20 erst um 16:00 Uhr ihre Höchstwerte, während die Globalstrahlung bei
der AWS 40 bereits signifikant abgenommen hat (Abb. 54).
Trotz der stärker steigenden Bowen Ratio an der AWS 40 in der ersten Hälfte des Messzeitraums,
steigt an diesem Standort auch die absolute Luftfeuchtigkeit schneller als an der AWS 20 (Abb.
52). Das bedeutet, dass auch die Verdunstung und somit der latente Wärmestrom in diesem
Zeitraum zunehmen. Der sensible Wärmestrom entwickelt sich demzufolge stärker. Dieser Umstand kann ebenfalls mit den hohen Globalstrahlungswerten an der AWS 40 erklärt werden. Nach
dem Rückgang der Globalstrahlung sinken auch die Werte der absoluten Luftfeuchtigkeit. Den
erneuten Anstieg bei der AWS 40 ab 16:00 Uhr kann nicht erklärt werden.
102
Ergebnisse
Ein Einfluss der Globalstrahlung, sowohl auf die Lufttemperatur als auch auf die absolute
Luftfeuchtigkeit lässt sich deutlich erkennen. Demzufolge hat sie auch auf die Bowen Ratio einen
erheblichen Einfluss. Die Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio ist in Abb. 55
für die AWS 20 und in Abb. 56 für die AWS 40 dargestellt.
1
0.9
Bowen Ratio
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
R2 = 0.6439
0.3
0.2
0.1
0
0
100
200
300
400
500
Abb. 55: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 20. Der Zusammen
hang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß dieser Linie angegeben
1.8
1.6
Bowen Ratio
1.4
1.2
1
0.8
0.6
R2 = 0.7049
0.4
0.2
0
0
200
400
600
800
Abb. 56: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 40. Der Zusammen
hang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß R² dieser Linie angegeben
Wenn der Einfluss der bereits untersuchten standortspezifischen Eigenschaften (Exposition und
Horizontüberhöhung) ausgeklammert wird, ist nach wie vor ein signifikanter Unterschied in den
Werten der Bowen Ratio zu erkennen. Dies wird an den beiden Messpunkten um 13.00 Uhr und
15.00 Uhr deutlich. Die Globalstrahlung ist zu diesen Zeitpunkten nahezu gleich (Abb. 54),
mögliche Einflüsse durch Überschattungen sind nicht vorhanden. Dennoch ist die Bowen Ratio
zu diesen Zeitpunkten an der AWS 40 höher als an der AWS 20 (Abb. 53). Aus diesem Sachverhalt
ergibt sich, dass weitere standortspezifische Eigenschaften einen Einfluss auf die Bowen Ratio
haben. Diese Schlussfolgerung kann nicht durch gemessene Daten belegt werden. Vermutlich
sind die Nähe zum Grundwasser, die Wasserhalteeigenschaften des Bodens und die vorhandene
Vegetation für diese Unterschiede in der Bowen Ratio verantwortlich.
103
Abschließend kann festgehalten werden, dass deutliche mikroklimatische Unterschiede zwischen
den AWS 20 und 40 bestehen. Beide aufgestellten Hypothesen wurden bestätigt. Zum einen ist
die Bowen Ratio an einem bodenfeuchten Standort niedriger als an einem bodentrockenen
Standort. Das heißt eine gute Wasserverfügbarkeit führt dazu, dass mehr latente Wärme entsteht,
also mehr Wasser verdunstet wird. Zum anderen konnte ein hoher linearer Zusammenhang von
Globalstrahlung und Bowen Ratio mit Bestimmtheitsmaßen von 0,70 und 0,64 festgestellt
werden. Dabei ist die Globalstrahlung vorwiegend von der Exposition und der Horizontüberhöhung des jeweiligen Standortes beeinflusst.
Die auf der Erde ankommende Strahlungsenergie wird stets in andere Energieformen umgewandelt. Für die Ausprägung des Klimas in der Atmosphäre, sind der sensible und der latente
Wärmestrom maßgeblich verantwortlich. Ein Verständnis für die Bowen Ratio und das Zusammenspiel der darin enthaltenen Energieströme ermöglicht die gezielte Beeinflussung von
Mikroklimaten. Durch die Lenkung der Wasserverfügbarkeit kann beeinflusst werden, wie viel
Energie in die Erhöhung von Lufttemperatur oder Luftfeuchte fließt. Beispielsweise könnte durch
den Einsatz großer Wasserflächen die Verdunstung erhöht und ein Kühlungseffekt erzeugt
werden. In der Stadtklimatologie kann eine solche Erkenntnis bedeutend sein. Beispielsweise
könnte durch den Einsatz großer Wasserflächen die Verdunstung erhöht und ein Kühlungseffekt
erzeugt werden.
Für zukünftige Forschungsarbeiten wäre zudem die Betrachtung der gesamten Wärmebilanz
interessant, um die Energieumsatzprozesse ausgewählter Mikroklimate umfassender mit Zahlen
zu belegen.
104
Ergebnisse
105
4 Schlusswort
David Aerni, Meline Saworski
Die Projektbezeichnung MAKRO vs. Mikro Landschafts- und Geländeklimatologie im Harzer
Vorland weist auf einen allgemeinen Konflikt bei klimatologischen Messdurchführungen hin.
Möchte man Phänomene des Mikroklimas erfassen, muss der erhebliche Einfluss des Makroklimas, der großräumigen Wetterlage, berücksichtigt werden. Dies erweist sich bei der Datenauswertung und Interpretation als problematisch. Sollen beispielsweise standortspezifische
Eigenschaften sichtbar gemacht werden, ist es schwer, den Einfluss des Makroklimas zu
benennen und Aussagen über das Standortklima zu treffen. Diese Kompetenz ist jedoch für
Landschaftsplaner von Bedeutung. Mikroklimate zu erkennen, ist zum einen notwendig, um
standortspezifische Ansprüche in der räumlichen Gliederung der Landschaft zu berücksichtigen,
zum anderen ist es wichtig, um großräumige Planungen und Eingriffe in die Umwelt fachlich
bewerten und auf ihre kleinräumige Funktionsfähigkeit überprüfen zu können.
Absicht dieses Projektberichtes ist, die Zusammenhänge zwischen diesen klimatologischen
Einflüssen verschiedener Skalen besser nachvollziehen zu können. Um auf kleinstem Raum
mikroklimatische Besonderheiten sichtbar zu machen, wurden auf Standorten mit sehr
spezifischen Eigenschaften kurzfristige Messungen durchgeführt. Die übergeordnete Wetterlage
war im Untersuchungszeitraum nicht optimal. Der hohe Bedeckungsgrad, Niederschläge und
wechselhafte Windverhältnisse haben die Mikroklimate erheblich beeinflusst. Trotzdem ist es
gelungen, anhand der gemessenen Daten deutliche Unterschiede zwischen den Messstandorten
aufzuzeigen.
Viele standortspezifische Eigenschaften, die wir im Verlauf der Tagesexkursionen unter
Begleitung von Experten kennenlernten, haben wir nicht selbst untersucht. Dazu gehören
Eigenschaften wie die Bodenzusammensetzung oder die Nähe zum Grundwasser. Einige klimatologisch bedeutsame Charakteristika, auf die wir viele standortspezifische Unterschiede der
Messdaten zurückführten, konnten wir vor Ort aufnehmen und in den Stationsprotokollen
festhalten. Dies waren zum einen die Horizontüberhöhung und zum anderen die Exposition der
Standorte. Diese beiden Eigenschaften bestimmten in hohem Maße den Einfluss großräumiger
Gegebenheiten. Durch eine große Horizontüberhöhung ist ein Standort in Bodennähe, wo Messsensoren angebracht waren, zu einem gewissen Grad vor Wind geschützt und aufgrund von
Überschattung fällt weniger direkte Sonnenstrahlung ein. Die Exposition der Standorte hatte vor
allem auf die Tagesgänge einen erheblichen Einfluss. In den Morgen- und Abendstunden ist es
beispielsweise entscheidend, ob eine West- oder eine Ostexposition vorliegt. Die auf diesen
Eigenschaften beruhenden Unterschiede in den Tagesgängen waren die stärksten standortspezifischen Ungleichheiten. Es wurden Maxima in unterschiedlicher Höhe und zu unterschiedlichen Zeiten festgestellt.
Der starke Einfluss des Standortklimas auf die Umwelt wird bei großräumigen Untersuchungen
über längere Zeiträume oft nicht berücksichtigt. Vor allem, wenn es um die ökologische Bewertung größerer Gebiete geht. Aus diesem Grund wollten wir mit unseren Messdaten keine
106
Fazit
allgemeinen, klimatologischen Aussagen treffen. Dazu fehlte die Zeit, eine statistisch relevante
Datenmenge zu sammeln. Die Charakteristik des Klimas und mesoskalige Einflüsse konnten
trotzdem beobachtet und zugeordnet werden. Außerdem konnten mit den durchgeführten
Messungen konkret standortspezifische Phänomene untersucht werden. Daraus resultierte eine
große Vielseitigkeit von verfolgten Fragestellungen und gesetzten Schwerpunkten in der Auswertung der Daten. Die mobilen Messungen ermöglichten auf Grund der überschaubaren Datenmenge von 4 Tagen, das Arbeiten und Diskutieren, sowie Verstehen vor Ort. Dies wiederum
förderte den Anspruch Zusammenhänge herstellen zu wollen und interdisziplinär zu Denken. Es
wurden Ansätze für neue Fragestellungen gefunden. Zum Teil wurden solche Fragestellungen in
den Ausarbeitungen bereits wissenschaftlich diskutiert. Um die landschaftsökologischen
Zusammenhänge jedoch näher untersuchen zu können, war der nötige zeitliche Rahmen sowie
die Messvorrichtungen in diesem Orientierungsprojekt nicht gegeben. Resultat der abschließenden Diskussion war, dass uns als Studierende der Landschaftsarchitektur und Landschaftsplanung
jedoch eben diese komplexen Zusammenhänge interessieren. An dieser Stelle wollen wir auf das
bestehende Interesse zu einer Initiative hinweisen, die Orientierungsprojekte interdisziplinär
auszurichten. Es könnten die Exkursionen verschiedener Ökologieprojekte, beispielsweise der
Klimatologie und der Bodenkunde, im gleichen Untersuchungsgebiet stattfinden und die
gewonnen Erkenntnisse ausgetauscht und ergänzt werden.
Eine weitere wichtige Erkenntnis die wir als Gruppe aus diesem Projekt gewonnen haben ist, wie
man mit Daten umgeht und sie auswertet. Wir haben festgestellt, dass der Arbeitsprozess
demjenigen des Entwurfes sehr ähnlich ist. Um aus der Fülle an Daten ansehnliche Resultate zu
extrahieren und nachvollziehbare Aussagen zu treffen, muss man die Arbeitsschritte stets kritisch
betrachten, die Resultate diskutieren, offen für neue Ansätze sein und Grundannahmen
hinterfragen. Wie bei einem Recyclingprozess wird Entstandenes immer wieder verworfen und
ein neuer Kreislauf initiiert. Dieser Prozess ist anspruchsvoll und zeitintensiv. Diese Erfahrung zu
machen, war für uns als Gruppe sehr hilfreich und hat uns eine Vielzahl methodischer
Herangehensweisen näher gebracht.
107
5 Anhang
5.1 Quellenverzeichnis
Literatur
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Verlagsbuchhandlung: Stuttgart, 282 S.
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Bodenkultur. Deutscher Bauernverlag: Berlin, 100 S.
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GLÄSSER, R., 1994: Das Klima des Harzes. Agaria-Studien zur Agrarökologie, Bd. 11, Verlag Dr.
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HÄCKEL, H., 1985: Meteorologie. 5. Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 447 S.
HANLE, A., Geographisch-Kartographisches Institut Meyer (Hrsg.), 1992: Meyers Naturführer
Harz. Meyers Lexikonverlag: Mannheim, 172 S.
HÖHNE, W., 2000: Komponenten automatischer meteorologischer Meßsysteme. Selbstverlag des
Deutschen Wetterdienstes: Offenbach am Main, 124 S.
108
Anhang
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Fachbereich 7 – Umwelt und Gesellschaft – der Technischen Universität: Berlin, 330 S.
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KARSTE, G., U. WEGENER, R. SCHUBERT & H.-U. Kison 2006: Die Pflanzengesellschaften des
National-Park Harz (Sachsen-Anhalt). Eine kommentierte Vegetationskarte. Nationalpark
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LAUER, W. & J. BENDIX, 2004: Klimatologie. In: DUTTMANN, PROF. R., PROF. R. GLAWION & PROF. H.
POPP & PROF. R. SCHNEIDER-SLIWA (Hrsg.): Das Geografische Seminar, 2. neu bearbeitete Aufl.,
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Weitere Quellen
Protokolle zur Messung mit dem Aspirationspsychrometer vom 13. Juni 2012
Fotos Lukas Merkel und Mareike Teske, aufgenommen am 13. Juni 2012
112
Anhang
5.2 Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Die Projektgruppe in Beienrode auf dem Gelände des Hauses der helfenden Hände
(von links-hinten nach rechts-vorne: Marco, Cosi, Basti, Mareike, David, Cortina, Natascha,
Britta, Lukki, Micha, Meline, Alex, Christian)
7
Abb. 2: Übersichtskarte der nationalen Geoparks in Deutschland (GEOUNION 2012)
9
Abb. 3: Klimadiagramme der Gemäßigten Zone (verändert nach FORKEL 2009)
13
Abb. 4: Niederschlag - Braunlage (LÜBKER 2009 )
14
Abb. 5: Niederschlag - Harzgerode (LÜBKER 2009 )
15
Abb. 6: Übersicht über die Wolkengattungen und wichtigen Wolkenarten (WEISCHET &
ENDLICHER 2008)
16
Abb. 7: links:Hellmannregenmesser, rechts mit Kippwaage (Foto: RENTEL, W.). rechts: Totali
sator am Schönwieskopf (Foto: MAG. CATHLEEN PEER)
20
Abb. 8: Harz als Klimascheide (o.A.)
21
Abb. 9 : Entstehung von Zyklonalen Niederschlägen an einer Kalt-/Warmfrontgrenze (KOCH)
21
Abb. 10: Aspirationspsychrometer nach Aßmann (o.A.)
24
Abb. 11: Automatische Wetterstation (TU BERLIN 2011)
26
Abb. 12: Links: Kombiniertes Temperatur- und Feuchte-Messgerät CS215 der Firma Cambell.
Rechts: Digitaler Feuchte- und Temperatursensor SHT75 der Firma Sensiron im Messgerät CS215
(TU BERLIN 2011)
26
Abb. 13: Tagesgang der Lufttemperatur (nach WETTERKONTOR 2012)
27
Abb. 14: Jahresgang der Lufttemperatur der Monatsmittel der Jahre 2011, 2008, 2005 auf dem
Brocken (nach WETTERKONTOR 2012)
28
Abb. 15: Effekt der unterschiedlichen Mittelbildung auf den Temperaturmittelwert einer stünd
lichen Messreihe aus dem Lötschental (LAUER & BENDIX 2004: 73)
Abb. 16 :
29
Einfluss der Windgeschwindigkeit auf die Bodennähe: Starker Wind führt infolge der
besseren vertikalen Durchmischung zu ausgeglichenen Temperaturen
33
Abb. 17: Entstehung thermischer Zirkulaltionen (Strömungsverlauf in Bodennähe vom kalten
zum warmen Gebiet)
35
Abb. 18: Sättigungskurve bei einem Luftdruck von 1013 hPa (verändert nach WEISCHET &
ENDLICHER 2008: 163)
41
Abb. 19: Globale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit Modelldaten für den Monat Juli (verändert
nach WEISCHET & ENDLICHER 2008:170)
43
Abb. 20: Vertikale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Sommers (April-Sept
ember) von 1961 in Larkhill GB (verändert nach FLOHN in WEISCHET & ENDLICHER 2008: 169) 43
113
Abb. 21: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Julis 1996 bei Bonn
(verändert nach WARNECKE 1991: 154)
44
Abb. 22: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Februars 1996 bei
Bonn (verändert nach WARNECKE 1991: 154)
45
Abb 23: Jahresgang des Dampfdrucks mit den Monatsmittelwerten von 1951-1980 bei Quedlin
burg (verändert nach GLÄSSER 1994: 231)
Abb. 24: Cosinus-Gesetz nach LAMBERT (KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999: 29)
45
50
Abb. 25: Verteilung des Sonnenstrahlungsstroms in der Erdatmosphäre im jährlichen Mittel
(nach HÄCKEL 1985: 195ff.)
51
Abb. 26: Veränderung im Spektrum der kurzwelligen Strahlung beim Durchgang durch die
Atmosphäre (HÄCKEL 1985: 179)
52
Abb. 27: Karte der Globalstrahlung an der Erdoberfläche in W∙m-2 (WEISCHET & ENDLICHER
2008: 62)
53
Abb. 28: Globalstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland. Mittlere Jahressummen, Zeit raum:
1981-2010 (DEUTSCHER WETTERDIENST 2011)
55
Abb. 29: Einfluss der Topographie auf die Direktstrahlung, Schlagschatten (BENDIX 2004: 50)
56
Abb. 30: Darstellung der Wärmeströme (eigene Darstellung)
63
Abb. 31: Tagesgang der Wärmebilanz an einem unbedeckten Standort mit feuchtem Boden
(links) und in einem Kiefernforst (rechts) (BENDIX 2004: 79)
Abb. 32: Schematische Darstellung der Zirkulation der Atmosphäre (HÄCKEL 2005)
66
70
Abb. 33: Links: Bodennahe Wettersituation am 12.06.12 (DWD 2012). Rechts: Stundenmittel
werte der Lufttemperatur in 3 m Höhe aller AWS
71
Abb. 34: Vertikaler Lufttemperaturverlauf (durchgezogene Linie), Höhe in M.ü.M. (gepunktete
Linie) und Vegetationsstufen nach ELLENBERG (1996) (submontan, montan, subalpin)
75
Abb. 35: Verlauf der Lufttemperatur (dicke Linie) und der Globalstrahlung (dünne Linie) an den
Referenzstationen (AWS im Rieseberger Moor)
76
Abb.36: Verteilung der Lufttemperaturwerte in Abhängigkeit zur Höhe. Mit den Messwerten zu
bedeckten Zeitpunkten (schwarz) mit R² =0,94 und den Messwerten zu sonnigen Zeitpunkten
(grau) mit R²=0,91
76
Abb. 37: Niederschlagsintensität der AWS 20 (weiß), 40 (grau) und 50 (schwarz) am 12.06.12 von
4:00 bis 6:00 Uhr
81
Abb. 38: Taupunktdifferenz in °C gemessen in 1 m Höhe im Zeitraum vom 11.-14.6.2012. AWS 20
(schwarz), 50 (grau) und 40 (gepunktet)
81
Abb. 39: Windgeschwindigkeit in Korrelation zur Niederschlagsintensität für AWS 50, 40 und 20
(von oben nach unten)
114
82
Anhang
Abb. 40: Tagesgang der Lufttemperatur der AWS 20 (grau) & AWS 40 (schwarz) vom 11.06.2012,
19 Uhr, bis zum 14.06.2012, 9 Uhr mit Phänomen (#1) & (#2)
85
Abb. 41: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19 Uhr
bis zum 14.06.2012, 9 Uhr (Trendlinie & Punkte AWS 20: grau; Trendlinie & Punkte AWS 40:
schwarz)
86
Abb. 42: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19
Uhr bis zum 14.06.2012, 9 Uhr (Trendlinie & Punkte AWS 20: grau; Trendlinie & Punkte AWS
40: schwarz)
86
Abb. 43: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19
Uhr bis zum 14.06.2012, 9 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, kurzwellige Einstrahlung: ge
strichelte Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)
87
Abb. 44: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19 Uhr
bis zum 14.06.2012 9 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, Windgeschwindigkeit: gestrichel
te Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)
87
Abb. 45: Lufttemperatur der AWS 20 (x-Achse) & AWS 40 (y-Achse)
88
Abb. 46: TD der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20, 40 und 50 (von oben nach
unten). 1. Nacht = schwarz, 2. Nacht = grau und 3. Nacht = gepunktet
92
Abb. 47: WG der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20 (oben) und die AWS 40
(unten). 1. Nacht = schwarz, 2. Nacht = grau und 3. Nacht = gepunktet
93
Abb. 48: Windrose für die 2. Nacht an der AWS 20. Windgeschwindigkeiten über 1 m∙s-1 in
dunkelgrau, Windgeschwindigkeiten unter 1 m∙s-1 in hellgrau
93
Abb. 49: Windrosen für die 3. Nacht an der AWS 20. 22:00 - 23:30 Uhr (links) und 23:30 - 03:00
Uhr (rechts). Alle Windgeschwindigkeiten lagen unter 0,7 m∙s-1
93
Abb. 50: Verlauf der WG (gepunktet) und der TD (durchgezogen) am Standort der AWS 50 in der
1. Nacht (vom 11.06.2012 auf den 12.06.2012)
94
Abb. 51: Verlauf der Globalstrahlung (durchgezogen) und der Windgeschwindigkeit (gepunktet)
n der AWS 50 vom 11.-14. Juni 2012
100
Abb. 52: Verlauf der absoluten Luftfeuchtigkeit an den AWS 20 (durchgezogen) und 40
gepunktet) sowie der Differenz der absoluten Luftfeuchtigkeit (grau) zwischen den Stationen
AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012
100
Abb. 53: Verlauf der Bowen Ratio an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) sowie der
Differenz der Bowen Ratio (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012
101
Abb. 54: Verlauf der Globalstrahlung an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) und der
Differenz der Globalstrahlung (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012102
115
Abb. 55: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 20. Der
Zusammenhang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß dieser Linie
angegeben
103
Abb. 56: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 40. Der
Zusammenhang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß R² dieser
Linie angegeben
103
5.3 Tabellenverzeichnis
Tab. 1:
Abgrenzung von Wolken- und Regentropfen in einer ruhenden Atmosphäre und Fallge
schwindigkeit (verändert nach LAUER & BENDIX, 2004)
Tab. 2: Skalen mit Fixpunkten (verändert nach DEUTSCHER WETTERDIENST 2012)
17
23
Tab. 3: Vergleich der drei häufig verwendeten Thermometer (verändert nach DEUTSCHER
WETTERDIENST 2012)
25
Tab. 4: Wichtige Messgrößen
39
Tab. 5: Messpunkte und Pflanzengesellschaften
74
Tab. 6: Über den gesamten Messzeitraum gemittelte Werte der absoluten Luftfeuchtigkeit und
der Lufttemperatur
98
Tab. 7: Betrag der Differenz der über den gesamten Messzeitraum gemittelten Werte (absolute
Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur) zwischen den AWS 20 und 40 sowie 20 und 50
98
Tab. 8: Zusammenfassung der standortspezifischen Eigenschaften der AWS 20 und 40
99
5.4 Protokolle
Im Folgenden sind die Protokolle der Plena, der Exkursionswoche (11.06.2012-14.06.2012) sowie
das Messprotokoll vom 13.06.2012 der mit dem Aspirationspsychronometer gemessenen Werte
während der Wanderung im Nationalpark Harz angefügt.
116
Anhang
Protokoll zum Plenum am 10.04.2012 (10
00
00
bis 13 )
Protokollantin: Britta
Moderation: Marco
TeilnehmerInnen: Meline, Natascha, Cosima, Sebastian, Lukas, Michael, Raoul, Alexandra, Cortina
Tagesordnung:
1. Begrüßung und Verabschiedung der TOPs
2. Hinweise zur Moderation & Protokoll
3. Workload des Projekts – Zeitplan & Bewertung
4. Besprechung ISIS/Web-Geo/Online-Test
5. Exkursion (Exkursionsgruppe & Kassenwart)
6. Verteilung der Aufgaben
7. Fachreferate
8. „Paper Club“
9. Sonstiges
10. Führung durchs Institut
TOP Inhalt
Ggf. To Do
(was, wer,
bis wann)
1 Begrüßung und Verabschiedung der TOPs
Die TeilnehmerInnen stellen sich vor und die Ziele des Projektes werden genannt.
Das Verständnis für klimatologische Prozesse und naturwissenschaftliche
Arbeitsweisen soll verbessert werden, was in der Praxis zum Beispiel beim Lesen von
Fachgutachten dienlich ist. Inhaltlich werden auf der Mikroskala eigene Messungen
durchgeführt und durch weitere Daten ergänzt, so dass auch erste Aussagen zur
Meso- und Makroskala getroffen werden können. Anschließend werden die TOPs
vorgestellt und verabschiedet. Zum Plenum gibt es Folien, die auf ISIS zu finden sind.
2 Hinweise zur Moderation & Protokoll
In den nächsten Plena werden die Rollen der Moderation und des Protokollanten
weitergegeben. Zur Moderation und zum Protokoll gibt es Checklisten und
Bewertungskriterien auf ISIS, die unbedingt zu beachten sind. Auch zu anderen
Themen gibt es solche Listen, die zur Bewertung herangezogen werden. Wenn es
Unklarheiten oder Fragen dazu gibt, können sie im Plenum besprochen werden. Die
Formatvorlage dieses Protokolls sollte für alle weiteren Protokolle verwendet werden,
wenn kein anderer Vorschlag für eine Formatvorlage im Plenum um besprochen wird.
ALLE:
Checkliste
zu
Moderation
& Protokoll
anschauen
3 Workload des Projekts – Zeitplan & Bewertung
Die 10 LP des Projekts entsprechen 300 Arbeitsstunden im Semester. Verteilt auf die
Wochen des Semesters ergibt sich ein Arbeitsaufwand von etwa 12 h, wobei die sich
in etwa 3 h Kontaktzeit im Plenum und 9 h selbstständiges Arbeiten aufteilen. Das
Plenum findet in der Regel Dienstagvormittag statt. Der gesamte Dienstag sollte aber
für Projektarbeit freigehalten werden, da einzelne Plena auch bis nachmittags gehen
können. Grundsätzlich besteht Anwesenheitspflicht, es darf maximal zweimal
unentschuldigt gefehlt werden.
Die Bewertung der Leistungen im Projekt erfolgt je zur Hälfte aus Projektorganisation
(Moderation, Protokoll, Teamwork, Projektbericht) und inhaltlicher Arbeit (Referate,
ISIS-Tests, Präsentationen, Ausarbeitungen). Dabei sind die ISIS-Tests, Moderation
und Protokoll Einzelleistungen.
117
Das Projekt gliedert sich in zwei Teile: einen Grundlagenteil zur Klimatologie und
Geländeklimatologie und einen Vertiefungsteil zur Datenerhebung und Auswertung
eigener Messungen. Am Ende werden die Ergebnisse im Projektbericht, in einer
Abschlusspräsentation der einzelnen Gruppen und beim Offenen Haus als
Präsentation des gesamten Projekts vorgestellt.
Auf ISIS
Anmelden
Die Kommunikation im Projekt wird außerhalb des Plenums überwiegend über die WebGeo &
ISIS-Plattform stattfinden. Es wird in den nächsten drei Wochen drei Online-Tests Test bis Mo.
geben, die auf WebGeo-Lernmodulen basieren, welche auf ISIS verlinkt sind. Der
erste Test endet am 16.04.2012 um 09:00. Der Test kann einmal wiederholt werden
und der beste Versuch wird bewertet. Bei inhaltlichen Unklarheiten oder technischen
Problemen bitte sofort eine Mail an Marco und Britta schreiben. Im folgenden Plenum
werden die Inhalte und Ergebnisse des Tests besprochen.
4 Besprechung ISIS/Web-Geo/Online-Test
5 Exkursion (Exkursionsgruppe & Kassenwart)
Die Exkursion ins Projektgebiet, in der die Messungen vorgenommen werden, findet
in der Woche vom 11. Juni voraussichtlich über 4 Tage statt. Für das Programm der
Exkursion in der Exkursionswoche gibt es bereits einen Vorschlag von Herrn Diestel,
einem ehemaligen Professur der TU Berlin und der uns als Ansprechpartner Vorort
begleiten wird. Um weitere Themen der Exkursion zu klären, wie Finanzierung,
Anreise und Dokumentation wurde eine Exkursionsgruppe (bestehend aus Lukas und
Raoul) und ein Kassenwartin (Alexandra) gewählt. Es wird einstimmig von Plenum
beschlossen eine Kaffeekasse für Kaffee, Tee und Kekse einzurichten, in die jede/r 5
€ einzahlt.
Exkursionsgr
uppe: Bus
organisieren
Ggf. 5 €
mitbringen
für
Kaffeekasse
6 Verteilung der Aufgaben
Jede/r Teilnehmer übernimmt eine organisatorische Aufgabe, dabei werden folgende
Gruppen festgelegt. Die Redaktionsgruppe ist untergliedert in drei Untergruppen. Die
Layout-Gruppe (Michael) schlägt ein Layout für den Projektbericht vor und bringt den
Projektbericht in die entsprechende Form. Die Lenkungs-/Gliederungsgruppe
(Natascha, Meline) erarbeitet eine Gliederung zusammen mit dem Plenum, setzt
Abgabetermine und achtet auf deren Einhaltung. Die Gegenlesen/Korrigieren-Gruppe
(Cosima, Cortina) korrigiert einzelne Fehler, überprüft, ob die Kriterien nach der
Checkliste eingehalten wurden und schickt die Ausarbeitung ggf. wieder an den
Verfasser zur erneuten Bearbeitung zurück, wenn mehrere Fehler oder Mängel
vorliegen. Die Präsentationsgruppe (Sebastian) kümmert sich um die Organisation
der Abschlusspräsentationen (Einladung, Verpflegung, Technik etc.) und um den
Vortrag. Beim Plenum abwesende Teilnehmende sollten möglichst zur Präsentationsund Korrekturgruppe dazukommen, was aber im nächsten Plenum nochmal diskutiert
werden kann.
7 Fachreferate
Nächste Woche werden Themen für Fachreferate vergeben, die das Ziel haben
Grundlagen zum Projektgebiet, zur Geländeklimatologie und zu Messmethoden zu
erarbeiten. Außerdem wird anhand der schriftliches Ausarbeitung und des Vortrags
das wissenschaftliche Arbeiten erlernt. Dazu gibt es die Möglichkeit ein Feedback von
Marco und Britta zu erhalten bis zum Abgabetermin. Vorrangig soll auf Literatur in
den Semesterapparaten in der Universitätsbibliothek und in der Institutsbibliothek
zurückgegriffen werden.
8 „Paper Club“
Im Semester wird in der Regel alle zwei Wochen ein „Paper Club“ stattfinden. Als
„Paper“ wird in der Wissenschaft ein Fachartikel in einem Fachjournal bezeichnet. Die
Besonderheit dabei gegenüber anderen Publikationen ist die Qualitätsicherung durch
ein Peer Review. In der Regel wird jede Publikation von zwei unabhängigen
Fachgutachtern bewertet und nur bei entsprechender Qualität publiziert. Im Projekt
118
Alle: Paper
lesen
Anhang
werden 7 Fachartikel gelesen werden zu Themen der Geländeklimatologie, um zum
einen Fachwissen zu erlangen und zum anderen einen ersten Zugang zu
wissenschaftlicher Literatur zu bekommen. Außerdem sollen aus den in der
Exkursion erhobenen Messdaten eigene „Paper“ geschrieben werden. Alle zwei
Wochen wird ein Paper von zwei Personen vorgestellt, aber alle TeilnehmerInnen
lesen die Paper, um sich aktiv in die Diskussion einzubringen. Das erste Paper wird
von Marco nächste Woche vorgestellt und ist auf ISIS zu finden.
Marco:
Projektberich
Offene Fragen werden diskutiert zum Beispiel wird geklärt, dass der Projektbericht in te mitbringen
erster Linie die Fachreferate, die Protokolle der Exkursion und die Artikel zu den
Messungen erhalten wird. Zur Veranschaulichung sollen nächste Woche
exemplarisch alte Projektberichte mitgebracht werden.
9 Sonstiges
Außerdem werden die TOPs für das nächste Plenum besprochen und festgelegt
(siehe unten).
10 Führung durchs Institut
Bei der Führung durch das Institut für Ökologie wurde die Institutsbibliothek
vorgestellt. Sie ist eine Bestandsbibliothek, einige Bücher und Zeitschriften sind auch
im Sekretariat nebenan von Frau Stamm zu finden. Es steht hier ein kleiner
Semesterapparat zur Verfügung. Die Öffnungszeiten der Bibliothek sind Dienstag 1015 Uhr und Donnerstag 10-15 Uhr. Außerdem wurde der Computerraum vorgestellt,
der ebenfalls genutzt werden kann. Für die Rechner lautet der Benutzername: Studi
und das Passwort Oslo. Zum Schluss wurden noch die Büros von Britta und Marco
gezeigt, die sich hinter dem Gebäudes AB1 in den Gebäuden AB2 und AB3 befinden.
Nächster Termin: 16.04.2012 10:00 - ca. 12:45 Uhr im Sozialraum (im Keller)
TOPs:
1. Verabschiedung der TOPs (5 min)
2. Verabschiedung des Protokolls (10 min)
3. Paper-Club (45 min)
Pause (10 min)
4. Besprechung Online-Tests (30 min)
5. Exkursion (20 min)
6. Ausgabe der Fachreferate (30 min)
7. Sonstiges (15 min)
Moderation: Britta
Protokoll: Raoul
Mitbringen (ggf.): 5 € für Kaffeekasse
119
Protokoll zum Plenum am 16.04.2012 (10:00 - 14:15 Uhr)
Protokollant: Raoul
Moderation: Britta
TeilnehmerInnen: Marco, Sebastian, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,
David, Christian, Michael
Tagesordnung:
1. Verabschiedung der TOPs
2. Verabschiedung des Protokolls(Plenum 10.04.2012, Britta)
3. Paper-Club
4. Pause
5. Verteilung der Artikel für den Paper-Club
6. Besprechung des Online-Tests
7. Exkursion
8. Ausgabe der Fachreferate
9. Verteilung der restlichen Aufgaben
10. Sonstiges
TOP
Inhalt
1
Verabschiedung der TOPs:
Die Gruppe ist zufrieden und die Tagesordnung wird so übernommen.
2
Verabschiedung des Protokolls vom 10.04.2012:
Ggf. To Do
(was, wer, bis
wann)
Das Protokoll von Britta wird diskutiert und für etwas ausführlich, sonst aber sehr
gut befunden. Keine weiteren Anmerkungen.
3
Paper-Club:
Marco leitet den Paper-Club in Form eines Kurzvortrags ein. Zunächst werden
einige Grundbegriffe zur Makro- und Mikroskala mit Unterstützung der Website:
Hinweis an Alle:
meteoblue.com definiert.
Leitfaden zum
Lesen von
Fazit der Diskussion:
wissenschaftlichen
Der wissenschaftliche Artikel enthält nicht belegte Aussagen. Dazu kommt, dass Artikeln auf ISIS.
viele dieser Aussagen nicht in Zusammenhang mit den Messergebnissen stehen.
Der Artikel ist unter Gesichtspunkten des wissenschaftlichen Arbeitens
mangelhaft strukturiert.
Dabei wird festgellt, dass das kritische Lesen eines Artikels nicht negativ, sondern
im Gegenteil oft auch einen positiven Effekt erzielt.
Britta stellt als Verbesserungsvorschlag ein Beispiel vor, welches eine virtuelle
Projektion darstellt. Mit dieser Projektion lässt sich eine Rastermessung für ein
komplettes Gebiet durchführen.
4
Pause
120
Anhang
5
Verteilung der Artikel für den Paper-Club:
Jeweils 2 Teilnehmer bereiten ein „Paper“ vor, um der Gruppe einen
grundsätzlichen Überblick zu liefern.
Das erste Paper ist festgelegt, alle weiteren können auch selbst gewählt werden.
Hilfreiche Websites: AMS Journals
scholar.google.de
Alle:
Frei gewählte
Termine: 24. April Meline, Christian
„Paper“ müssen
mindestens 2
15. Mai Mareike, Alexandra
Wochen vorher
29. Mai David, Lukas
bekannt gegeben
12. Juni Michael, Raoul
werden.
26. Juni Sebastian, Cortina
10. Juli Natascha, Cosima
6
Besprechung des Online-Tests:
Der erste Test wurde mit einer guten Bilanz von allen Kursteilnehmern absolviert.
Es gab kaum Probleme. Ein paar Beispielfragen aus dem Test werden zum
besseren Verständnis besprochen. Die Testlösungen sind auch auf ISIS
einsehbar.
7
Exkursion:
Die Exkursionsgruppe gibt einen ersten groben Überblick zu unserer Exkursion
vom 11.6. – 14.6. in den Geopark Harz. Die An- und Abfahrt erfolgt mit VWBussen. Als Unterkunft wird uns das Haus der helfenden Hände dienen. Bisher
anfallende Kosten für die Exkursion liegen bei ca. 100€ p. P.
Der Exkursionsantrag wird bis zum nächsten Plenum ausgefüllt mitgebracht.
Weitere Infos und einen genauen Programmfahrplan wird es ebenfalls am
nächsten Dienstag geben.
8
Ausgabe der Fachreferate:
Im ersten Teil des Semesters fallen für alle Kursteilnehmer Fachreferate an.
Für weitere Infos und die Themenverteilung siehe auf ISIS.
9
Verteilung der restlichen Aufgaben:
Kursteilnehmer, die am 10.04.2012 nicht anwesend waren, werden jeweils einer
Gruppe, zuständig für organisatorische Aufgaben, zugeteilt:
Präsentation:
Mareike
Korrigieren:
David
Layout:
Michael
121
Glossar
Einzutragen sind:
Es wird ein Glossar für ein besseres Grundverständnis der Klimatologie Isothermie und freie
eingeführt. Dazu sind Begriffe beispielsweise aus dem jeweiligen „Paper“ dort Atmosphäre
einzutragen.
An Marco:
Subsidienzinversion
Es gibt einen zusätzlichen 5. Online-Test zum Thema des wissenschaftlichen
+ Unterbegriffe.
Arbeitens(siehe ISIS). Dieser soll im Anschluss an die ersten 3 Tests
absolviert werden, um eine Hilfestellung für die Fachreferate, sowie die
Kaffeekasse:
schriftliche Ausarbeitung zu geben.
Wer noch nicht
Toyota Finance: Bei Fragen/Interesse zu/an diesem Programm bitte an Marco bezahlt hat, bitte
wenden.
nicht vergessen. Es
wäre unfair den
Es wird festgelegt, dass die Moderatoren und die Protokollanten zu ihren Anderen
Terminen auch für Kaffee und Tee zuständig sind. Also bitte jeweils 20min gegenüber!
vorher da sein.
10 Sonstiges:
Für einige grundlegende Begriffe der Klimatologie wird meteoblue.com in die
Tagesordnung übernommen. Bei Interesse kann ein Kursteilnehmer gerne
einen kleinen Input bezüglich der auf der Website angezeigten Daten,
Begriffe, etc. vorbereiten.
Literaturhinweise:
Aus der Reihe der Studienbücher der Geographie, Autor: Jörg Bendix ,
Geländeklimatologie, 2004
Christian-Dietrich Schönwiese, Klimatologie, 3. Auflage
TOPs:
3. MeteoBlue (10 min)
Pause (10 min)
5. Besprechung Online-Test 2 (30-45 min)
7. Fragen und Probleme bezüglich der Fachreferate (15 min)
Moderation: Raoul
Protokoll: Lukas
122
Anhang
Protokollant: Lukas
Moderation: Raoul
TeilnehmerInnen: Britta, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,
David, Christian, Michael, Sebastian, Raoul
Tagesordnung:
2. Verabschiedung des Protokolls vom 17.04.12
3. meteoblue
4. Paper Club
5. Pause
6. Besprechung des 2. Online-Tests
7. Exkursion
8. Probleme / Offene Fragen zu den Fachreferaten
9.
Sonstiges
TOP Inhalt
1
Begrüßung und Verabschiedung der TOPs:
Raoul eröffnet das Plenum und begrüßt die Gruppe, anschließend stellt er die
TOPs vor, diese werden so übernommen.
2
Ggf.
(was,
wann)
To
wer,
Do
bis
Raoul:
Protokoll
überarbeiten
Das Protokoll wird soweit als gut befunden, jedoch gibt es noch mehrere kleine
Fehler, auf die Britta hinweist. Ergebnisse und Zusammenfassungen sind als
ganze Sätze und ausführlich zu schreiben, sodass sie klar nachvollziehbar sind.
Weiterhin sind Links auch als solche und mit direkter Internetadresse einzufügen.
Falls es Hinweise auf Online - Arbeitsmaterial gibt, sollte auch hier der direkte
Zugang mit Link und Adresse geschaffen werden.
In den inhaltlichen Punkten stimmen alle überein und das Protokoll wird
verabschiedet.
3
Michael:
Vorbereitung
Von den Teilnehmenden hat sich keiner speziell auf eine kleine Vorstellung im meteoblue
Plenum vorbereitet. Einige haben sich ein paar Karten angeschaut und auch für Vorstellung
einen persönlichen Wetterüberblick genutzt. http://www.meteoblue.com/ 08.05.12
de_DE/wetter/vorhersage/woche/berlin_de_10656 - meteoblue
meteoblue:
der
für
Britta hat sich die Karte der relativen Topografie für die Vorstellung angeschaut
und erklärt der Gruppe die Bedeutungen, sowie mögliche Auswirkungen der
aktuellen Luftdruckverhältnisse. Dabei werden offene Fragen über verschiedene
Themen wie Hoch- und Tiefdruckgebiete geklärt (Tiefdruckgebiete drehen sich
entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, Hochdruckgebiete mit dem Uhrzeigersinn).
123
4
Paper Club
Meline und Christian stellen den Artikel – „Die angewandte Geländeklimatologie –
Ein aktuelles Arbeitsgebiet der physischen Geographie“ kurz vor und geben
einen Überblick, wie sie sich Diesen erschlossen haben und in welchen Schritten
Marco: Bitte um
sie die Lesungen mit uns durchführen wollen.
mögliche
Insgesamt ist der Text für alle gut zu verstehen, jedoch bereiten einige Abschnitte Begriffserklärungen
Probleme im Verständnis, da man teilweise Vorwissen benötigt um den Text gut zum 08.05.12
zu verstehen. Folgende Begriffe konnten nicht geklärt werden: „empirisch
statisch“ (S.7, 5.2, 2) und „empirisch statistisch“ (S.8 Tab. 4, 4), „genetisches
Prinzip der Klimatologie“ (S.4, Z.3)
Der Artikel ist als überblicksartiger, zusammenfassender Artikel zu verstehen und
enthält viele nützliche Informationen und grundlegende Definitionen für unsere
Arbeit im Projekt. Er enthält zum Beispiel die wichtigen Definitionen der
Klimaelemente und Klimafaktoren auf Seite 2. Wichtig ist auch für unsere Arbeit
die Einteilung der Skalierung des Klimas nach einem vorhandenen Prinzip und
einem dazugehörigen Autor!
ALLE: gründliches
Lesen der Paper!
Am Ende des Papers werden auf Grund der geringen Beteiligung Probleme der
Teilnehmer analysiert, die bei der Bearbeitung aufgetreten sind. Dabei wird vor
allem die Textmenge als größte Schwierigkeit geschildert.
Um eine bessere Zusammenarbeit zu ermöglichen muss sich jeder der
Teilnehmer vorher intensiv mit dem Paper auseinandersetzen. Eine halbe Stunde
reicht nicht aus!
Mareike und Alexandra stellen das nächste Paper - „Zur mikroklimatisch
bedingten Fehlervariabilität von Niederschlagsmessungen“ am 08.05.12 vor.
5
Pause
6
Besprechung des 2. Online Tests
Der Test ist sehr gut ausgefallen. Es gibt keine weiteren Fragen. Eine Frage die
einige Probleme bereitet hat, wird noch einmal erläutert.
Einige hatten technische Probleme, sollte dies wieder vorkommen sofort per Mail
bei Britta oder Marco melden.
7
Exkursion
Exkursionsgruppe:
Vor der Exkursion wird es noch einen Probeaufbau der Messstationen geben, um detaillierter
Exkursionsplan,
eine reibungslosen Ablauf vor Ort zu gewährleisten.
Fahrzeuge org. zur
Lukas und Raoul stellen den groben Exkursionsplan vor, dieser wird von ihnen KW 18
noch in der nächsten Woche detailliert ausgearbeitet. Der Exkursionsantrag
wurde soweit wie möglich von Britta, Alexandra, Raoul und Lukas ausgefüllt. ALLE: Laptop und
Britta sieht ihn sich noch einmal mit Marco an und er muss spätestens beim Gesellschaftsspiele
nächsten Plenum abgeschickt werden.
für Exkursion
Die Busse der TU sind leider ausgebucht, daher muss nach anderen Alternativen
gesucht werden. Lukas würde einen PKW stellen, jedoch wird noch ein weiterer
PKW benötigt. Gleichzeitig versucht die Exkursionsgruppe über die TU einen
günstigen Mietbus zu organisieren. Cortina hat auch noch einen Kontakt zu
einem günstigen Mietwagenangebot, auf das wir notfalls zurückgreifen können.
Zur Exkursion sollte jeder der einen Laptop hat diesen auch mitbringen. Wir
werden schon während der Exkursion mit der Auswertung der Daten beginnen
124
Anhang
und uns in diesem Zusammenhang mit Excel beschäftigen.
Für das Abendprogramm müssen wir selbst sorgen, dafür kann jeder Spiele etc.
mitbringen.
8
Probleme / Offene Fragen zu den Fachreferaten
ALLE:
Inhaltlich gibt es keine Fragen zu den Referaten. Alle müssen beachten, dass zur Ausarbeitung
Vorbereitung der Referate nur noch knapp 3 Wochen zur Verfügung stehen! Bei Fachreferate!
konkreten Fragen zu den Themen kann auch jeder Zeit eine Mail an Marco oder
Britta geschickt werden.
Die Aufteilung der Gruppen für die zwei Termine wird wie folgt vorgenommen:
Gr.1-4 15.05.12 (Gr. 4 muss sich zur Sicherheit für diesen Termin vorbereiten.)
Gr.4-7 22.05.12
Alle Referatsthemen sollten, wenn möglich, einen Bezug zu unseren eigenen
Messungen bekommen. Dafür steht auf der Fachgebietsseite http://www.klima.tuberlin.de/index.php?show=lehre_E-Learning_aws&lan= eine Liste mit den
Messgeräten zur Verfügung, die wir vor Ort verwenden werden.
9
Sonstiges
ALLE: Online Tests
Für die Moderation wird die Teilnehmerliste alphabetisch nach unten 3 und 4 bis zum
abgearbeitet. Wer beim nächsten Plenum Protokollant ist steht immer am Ende 07.05.12
durchführen.
des Protokolls.
3. und 4. Online Test
Britta öffnet die nächsten beiden Tests für zwei Wochen. Beide sind also bis
spätestens 07.05.12, 9.00 Uhr zu lösen.
TOPs:
3. meteoblue mit Michael (10 min)
Pause (10 min)
5. Besprechung Online-Test 3 und 4 (40 min)
7. Fragen und Probleme bezüglich der Fachreferate (20 min)
Moderation: Lukas
Protokoll: Christian
125
Protokollant: Christian
Moderation: Lukas
TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,
David, Michael, Christian
Tagesordnung:
3. meteoblue mit Michael
4. Besprechung der Online-Tests 3 und 4
5. Pause
6. Exkursion
7. Offene Fragen/Schwierigkeiten bei den Fachreferaten
8. Sonstiges
TOP Inhalt
Ggf.
(was,
wann)
To
wer,
Do
bis
1
Lukas eröffnet das Plenum und begrüßt die Anwesenden. Der
Tagesordnungspunkt „Paperclub“ löst eine Diskussion aus, da vorab zwei
verschiedene Termine bekannt waren. Der Moderator beschließt den
Tagesordnungspunkt zu streichen, da nicht alle den Text gelesen haben. Das
Paper soll im nächsten Plenum vorgestellt werden.
Mareike
und
Alexandra: 2.Paper
vorstellen,
zum
05.06.
2
Lukas:
Protokoll
überarbeiten
Das Protokoll wird als gut befunden. Marco gibt einige kleinere Hinweise.
Internetadressen sollten stets vollständig angegeben werden. Anmerkung
bezüglich des Glossars: es wurden einige neue Begriffe aufgenommen.
3
meteoblue:
Michael hat sich den Begriff UV-Index herausgesucht und stellt diesen vor. Er
erklärt, dass es sich um eine Skala handelt, die die Belastung durch schädliche
(hautkrebsverursachende) UV-Strahlung angibt. Marco fragt danach, wie es zu
der Skaleneinteilung kommt, beziehungsweise wie die Berechnung derselben
erfolgt. Diese Frage bleibt offen, Michael erklärt sich bereit eine Antwort zu
diesem Sachverhalt zum nächsten Plenum nachzureichen.
Im Anschluss erfolgt noch eine kurze Ansicht verschiedener Karten (aktuelle
Wetterlage für Mitteleuropa, Windgeschwindigkeit) bei meteoblue, Marco erklärt
die Funktion der Isobaren als ‚Antriebsfedern‘.
126
Michael:
Ergänzung
der
meteoblue
Vorstellung
(Berechnung
UVIndex) zum 15.05.
Anhang
4
Besprechung der Online-Tests 3 und 4:
Test ‚Meteorologische Messungen‘
Britta:
Antworten
für Test 4 einsehbar
machen.
Der dritte Test ist sehr gut ausgefallen, es gibt dementsprechend wenige Fragen.
Diese werden kurz geklärt: Es ist nötig ein Thermometer im Schatten
aufzustellen, da das Strahlungsschutzgehäuse keinen hundertprozentigen Schutz
bietet. Schotter ist deshalb heißer als Asphalt, da die Luft zwischen den Steinen
eine stark isolierende Schicht bildet, wodurch die Ableitung der Wärmestrahlung
blockiert wird. Windstille am Messstandort ist ein wichtiges Kriterium, da bereits
bei leichtem Wind erhebliche Messfehler auftreten können.
Test ‚Wissenschaftliches Arbeiten‘
Es wird zunächst noch einmal gesagt, weshalb dieser Test eingeführt wurde. Er
soll das Bewusstsein für genaues Arbeiten mit der Formatvorlage schärfen. Die
Formatvorlage gewährleistet, dass Quellen stets problemlos nachvollzogen
werden
können.
Die Ergebnisse des Tests sind gut. Da bei einer Frage zwei Antworten richtig
gewertet wurden, ergibt sich für Einige noch eine Verbesserung der
ursprünglichen Note. Britta wird die Antworten noch einmal einsehbar machen.
Marco und Britta geben mehrere Hinweise: Mit dem Tool JabRef
(http://jabref.sourceforge.net/) ist es möglich, Literatur einfacher zu verwalten.
Falls aus zwei Publikationen rezitiert wird, müssen diese mit ‚A‘ und ‚B‘
gekennzeichnet werden. Wörtliche Zitate sollten möglichst selten eingesetzt
werden, da diese unreflektiert wirken. Im Anschluss wird im Plenum darüber
abgestimmt, ob bei sinngemäßen Zitaten die Seitenzahl angegeben werden
sollte. Dies wird mit 8 zu 2 Stimmen bejaht.
5
Pause
6
Exkursion:
Lukas verweist darauf, dass die Informationen über die Kosten nun auf ISIS zu
finden sind. Für die Verteilung der Lunchpakete soll eine Liste erstellt werden, in
welche die Projekteilnehmer eintragen können, ob sie ein Paket möchten oder
nicht. Daraufhin werden die Transportmöglichkeiten abgewogen. Aufgrund der
schlechten Nahverkehrsanbindungen ist das Zugfahren keine realistische Option.
Da noch immer ein Auto für die Privat-PKW-Lösung fehlt, wird sich schließlich für
die Mietvariante entschieden. Alexandra wird sich um die erforderliche Kaution
kümmern. Zum Zeitplan gibt es einige Anmerkungen. Beim Daten-Handing geht
es um selbstständiges Arbeiten, es wird eine Dauer von ca. 2-3 Stunden
veranschlagt, im Anschluss soll eine etwa 15-minütige, kurze Vorstellung des
Arbeitsstands erfolgen. Die Messungen werden auf einem Trockenrasen-, einem
Wald- und einem Moorstandort durchgeführt. Es werden Messwerte zum Klima,
zur Luftfeuchte und zur Strahlungsbilanz erhoben. Der
Probeaufbau der
Messstationen findet am 05.06. statt. Ferner müssen mehrere (mindestens 3)
Daten- sowie Aufbau- und Abbauprotokolle vorbereitet werden. Diese werden in
den Projektbericht integriert. Britta will diesen zum besseren Verständnis
hochladen.
7
Alexandra:
baldmöglichst
um
Kaution kümmern
Alle:
Am
05.06.
unbedingt
anwesend sein!
Britta:
Projektbericht aus
dem
letzten
Semester
hochladen
Offene Fragen/Schwierigkeiten bei den Fachreferaten:
Diesmal werden einige Fragen geklärt und mehrere Hinweise gegeben. Im
Hinblick auf den Bezug zum Harz sollte Internetrecherche betrieben werden. In
der Universitätsbibliothek ist es möglich, sich im Magazin Diplomarbeiten
anzusehen. Weitere hilfreiche Seiten: Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung
(http://www.pik-potsdam.de/pik-startseite);GFZ Potsdam(http://www.gfzpotsdam.de/
portal/gfz/home;jsessionid=FF6CC55AC333B8341F976A888FD1B75C).
127
Die vorläufigen Gliederungen können jederzeit per E-Mail an Britta oder Marco
geschickt werden, ebenso konkrete Fragen zum Thema.
8
Alle: Vortrag am
22.05. zum Thema
Am 22.05. besucht uns eine Gastrednerin aus Kanada. Sie wird einen ca. 30- Geländeklimatologie
minütigen Vortrag über Mikro/Makroskalen halten und auf weitere
geländeklimatologische Fragen (z.B. wozu brauche ich ein Modell?) anhand eines
konkreten Beispiels, einem Gletscher im Nordwesten Tibets, eingehen. Der
Vortrag wird auf Englisch gehalten, wir können uns im Vorhinein Fragen
überlegen. Diese müssen nicht unnötig kompliziert sein, sondern dürfen sich
ruhig nach dem derzeitigen Wissensstand richten.
Sonstiges:
Nächster Termin: 15.05.2012 10:00 - ca. 13:15 Uhr im Seminarraum AB08
TOPs:
1. Begrüßung und Verabschiedung der TOPs (5 min)
3. meteoblue (10 min)
4. Referate 1 und 2 (60 min)
Pause (10 min)
6. Beschließung der TOPs für das nächste Plenum (10 min)
Moderation: Christian
Protokoll: Meline
128
Anhang
ProtokollantIn: Meline
Moderation: Christian
TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Natascha, Sebastian, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,
David, Michael, Christian
Tagesordnung:
3. meteoblue mit Michael
4. Referate 1 und 2
5. Pause
6. Referate 3 und 4
7. Sonstiges
8. Beschließung der TOPs für das nächste Plenum
TOP Inhalt
1
Christian begrüßt uns zum heutigen Plenum. Michael, der zum TOP3 die
Berechnung des UV-Index‘ ergänzend zum letzten Plenum vorstellen möchte ist
noch nicht anwesend. Christian beschließt das Plenum wie geplant zu beginnen
und hält die Option offen, die meteoblue-Vorstellung zu verschieben.
2
Verabschiedung des Protokolls vom 08:05.2012:
Ggf.
To
Do
(was, wer, bis wann)
Christian: Protokoll
überarbeiten
Christian entschuldigt sich für das verspätete Protokoll.
Meline:
Das Protokoll wird für vollständig befunden. Lukas merkt an, dass Christian wie Zitiervorlage
in der Woche zu vor die vollständigen Links nicht in das Protokoll aufgenommen verbessern
hat. Mareike bemerkt, dass es zur leichteren Zuordnung hilfreich wäre, wenn
hochladen
die Online-Tests mit Titeln benannt wären und nicht mit Ziffern. Britta bemerkt,
dass bezüglich der Überarbeitung der Zitiervorlage ein Fehler aufgetreten ist:
Die Benennung unterschiedlicher Publikationen eines Autors, welche innerhalb
des gleichen Jahres veröffentlich wurden mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet
werden. Beispiel: SCHÖNWIESE 2000a
und
Die Zeiteinheiten im Protokoll sind nicht einheitlich. Zwischen Zahl und Einheit
gehört generell ein Leerzeichen.
Des Weiteren kommt unsere Gastrednerin vom 22.05. nicht aus Tibet sondern
aus Kanada.
3
meteoblue:
Michael ist (noch) nicht anwesend. Christian beschließt den TOP offen zu
lassen und eventuell zu verschieben.
129
4
Referat 1 und 2:
Referat 1- Regionalklima Harz (Natascha und Sebastian)
Natascha und Sebastian teilen ihr Handout aus. Das Referat überschreitet die
vorgegebene Zeit. Anschließen werden Fragen geklärt und Anmerkungen
gemacht, dabei ergibt sich, dass bei Grafiken zum Datenvergleich auf
einheitliche Skalen geachtet werden sollte. Außerdem sollten wir vorsichtiger
bei der Interpretation von Daten vorgehen und eine Aussage über UrsacheWirkung vermeiden. Marco ergänzt, dass die Fruchtbarkeit der Magdeburger
Börden nicht einzig auf das Klima sondern vor Allem auf die Speicherfähigkeit
des Lößbodens zurückzuführen ist.
Natascha und Sebastian sollen bei ihrer Ausarbeitung der Schwerpunkt Auf das
Klima legen. Geographisch sollten sie verstärkt auf das nördliche Gebiet des
Harz‘ eingehen.
Referat 2 – Gelände und Niederschlag (Mareike)
Mareike hält ihr Referat allein und hält sich an die Zeitvorgabe der 20min.
Aus der anschließenden Besprechung geht hervor, dass nicht darauf
eingegangen wurde welche Messgeräte wir auf der Exkursion verwenden
werden. Marco erklärt, dass der Niederschlagsmesser nach Hellmann ebenfalls
ein Totalisator ist. Auf der Exkursion werden wir einen Totalisator mit Waage
verwenden, wir brauchen also keine Niederschlagsmengen ablesen. Es wird
ergänzt, dass es sich bei dem „Signal“, dass für den Niederschlagsradar
ausschlaggebend ist um ein Echo handelt. An dieser Stelle verweist Marco auf
die Differenzierung zwischen aktiven und passiven Messprinzipien. Dies sollte
in der Ausarbeitung erwähnt werden. Außerdem sollte verstärkt auf andere
Formen der horizontalen Niederschlagsentstehung eingegangen werden. Ggf.
könnte an der Entstehung der verschiedenen Niederschlagsformen auch
gekürzt werden.
Bei den Ausarbeitungen dürfen wir gerne auch auf im Projekt behandelte Paper
verweisen.
5
Es wird vorgeschlagen vor der Pause den TOP 3 nachzuholen, da Michael
mittlerweile anwesend ist.
Der UV-Index kann nicht gemessen werden. Lediglich die Energie der UVStrahlen wird gemessen. Daraus kann dann Der UV-Index berechnet werden.
Marco
zeigt
uns
diese
im
Internet
(www.uvindex.ch/de/uvindex/berechnung_s.html)und erklärt, dass diese auf empirischer
Grundlage erstellt wurde, weshalb die Globalisierung dieses Index‘ eine Gefahr
bedeuten kann. Er ergänzt, dass es bei der Messung der UV-Strahlen wichtig
ist ein Messgerät zu nutzen, welches nur die Strahlung des
Wellenlängenbereiches 250-400nm registriert. Auf die Frage von Michael hin,
ob wir auf der Exkursion den UV-Index berechnen könnten wird geklärt, dass
wir lediglich die Globalstrahlung messen, welche einen wesentlich größeren
Bereich an Strahlung misst. Wir werden den UV-Index also nicht berechnen
können.
Pause
Nach der Pause zeigt und Marco noch einmal mit Hilfe einer Grafik an der Tafel
wie man sich die die integrale Messung von Strahlung in einem gewissen
Wellenlängenbereich vorzustellen hat.
130
Anhang
6
ALLE:
Für das kommende
Plenum mehr Zeit
Referat 3: Gelände und Lufttemperatur (Cortina und Cosima)
einplanen. (Ca. bis 14
Auch Cortina und Cosima halten sich an die Zeitvorgabe und sind nach etwa 20 h)
min mit ihrem Referat fertig. In der anschließenden Fragerunde dreht es sich
vor allem um das vorgestellte Wetterphänomen der Bodeninversion. Cosima Präsentationen
auf
erklärt auf Nachfrage von Marco erneut, wie man sich das „Anheben“ der ISIS hochladen
Inversionsschicht durch vom Berg kommende Kaltluftströme vorzustellen hat.
Bodeninversionen können sowohl durch mechanische als auch durch
thermische Turbulenzen aufgelöst werden. Marco betont dass es sich bei der
Lufttemperatur um die Bewegungsenergie der Luft handelt. Formal wird
bemerkt, dass Abbildungen die Präsentation gestützt hätten (gilt auch für
Mareike). Bei Datenvergleichen sind Tabellen und/oder Diagramme
einprägsamer als eine Auflistung der Daten.
Referat 3 und 4
Referat 4: Michael hat sein Referat nicht zu heute vorbereitet. Aus den
Vorherigen Protokollen geht hervor, dass das Referat hätte gehalten werden
sollen. Es wird auf kommendes Plenum verschoben.
Wir legen fest, dass die Präsentationen im pdf-Format auf die ISIS geladen
werden sollen (https://www.isis.tu-berlin.de/mod/data/view.php?id=237390)
7
Lukas:
Übergabeprotokoll f.
d. Bus,
Exkursion
Fahrerlaubnisformular
Lukas hat doch noch einen Bus von der TU organisiert bekommen, dadurch für Sebastian und
werden die Exkursionskosten für alle sinken. Die Fahrtkosten werden jetzt p.P. Cortina
max. 17€ betragen. Lukas wird den Bus fahren und bereits am Freitag vor der
Exkursion abholen. Er wird sich außerdem um das Übergabeprotokoll
kümmern. Alle Projektteilnehmer über ISIS angegeben, ob sie ein Lunchpaket Mareike:
und
mitgebucht haben wollen. Die Termine für die Harzwanderung und die Organisation
der
vegetationsfachliche Führung stehen fest: Am Dienstag wird zweiteres Verteilung
ganztägig stattfinden. Am Abend bleibt die Möglichkeit den Paperclub zu Protokollführung
veranstalten. Am Mittwoch findet dann die Harz Exkursion statt.
Sonstiges:
ALLE:
Uhrzeit für
Abbau überMareike merkt an, dass es sinnvoll wäre für jeden Bus einen ErsatzfahrerIn für legen.
einen Krankheitsfall festzulegen und sich um die jeweiligen Fahrerlaubnisse zu
kümmern. Sebastian und Cortina erklären sich hierfür bereit. Lukas kümmert
sich um die Anträge.
Brittas Exkursionsfinanzierung
Betreuungsperson bräuchten.
ist
unklar,
da
wir
offiziell
nur
eine
Probeaufbau/- abbau (05. und 07.06.12)
8
Feedback für die Referate
Die Integration von Bildern und Grafiken und das Verwenden von
weniger Schrift sind hilfreich um mehr Aufmerksamkeit vom Publikum
zu bekommen. Auch das Verwenden eines Laserpointers oder
Zeigestocks kann helfen.
ALLE:
Fragen
an
vorbereiten
Emily
Genrell ist es höflicher im Stehen zu Referieren.
Das Zeitmanagement soll besser funktionieren und durch die
Moderation koordiniert werden.
TOPs für das nächste Plenum
131
Wir hören nächste Woche die restlichen 4 Referate und den Vortrag von Emily.
Anmerkung Meline:
Bei der Besprechung der TOPs für das nächste Plenum wurde nicht die
Vorstellung
des
Rieseberger
Moors
angesprochen.
Dieser
Tagesordnungspunkt war aber vor 2 Wochen etwa für den 22. angepeilt.
Wollten das Britta oder Marco machen? Außerdem hatte ich mir notiert, dass
wir die Finanzen für die Exkursion klären wollten und ggf. bereits das Geld
einsammeln. Ich würde diese Punkte jetzt bei Sonstiges einordnen und
ansprechen.
Nächster Termin: 22.05.2012 10:00 - ca. 14 Uhr im Seminarraum AB08
TOPs:
3. Vortrag Emily und anschließende Diskussion (60 min)
Pause (15 min)
6. Sonstiges, Exkursion (10 min)
Moderation: Meline
Protokoll: Cosima
132
Anhang
Protokollant: Cosima
Moderation: Meline
TeilnehmerInnen: Marco, Sebastian, Natascha, Alexandra, Britta, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,
David, Christian
Tagesordnung:
1. Verabschiedung der TOPs
2. Verabschiedung des Protokolls
3. Vortrag Emily Collier
(Pause)
4. Referate 4 und 5
5. Referat 6 und 7
6. Sonstiges
7.
TOP
Beschließung der TOPs für das nächste Plenum am 29.05.
Inhalt
1
Verabschiedung der TOPs:
Meline begrüßt das Plenum und stellt die TOPs vor.
2
Das Protokoll wird besprochen und es werden Verbesserungen zur Beschreibung
des Totalisators und der Definition von Luft angemerkt. Die Änderungen werden von
Meline übernommen.
Natascha wird sich beim DWD über Karten erkunden. Natascha und Marco werden
sich noch darüber austauschen, welche Daten/Karten wichtig sind.
3
Ggf. To Do
(was, wer,
bis wann)
Natascha:
DWD-Karten
Vortrag Emily:
Marco stellt unsere Gastrednerin Emily Collier vor. Emily kommt von der Universität
von Alberta und referiert über das numerische Klimamodell.
Die meisten Klimamodelle basieren auf physikalischen Prinzipien. Es werden
physikalische Prozesse eines Gebiets studiert. Diese Annahmen werden mit dem
Klimamodell angeglichen. Es wird die Physik also von der Makroskala auf die
Mikroskala runter gezogen („downscaling“).
Emily erforscht regionale Klimamodelle zur Massenbilanz von Oberflächen bei
Gletschern. Ihr Forschungsgebiet ist die Karakoram Region im Nordwesten des
Himalayas. Sie arbeitet mit zwei Klimamodellen, dem GCM (global circulation model)
und ihrem Massenbilanzmodell, welches sie vom WRF (weather research and
forecasting model) antreiben lässt. Ihre Aufgabe besteht darin die Wechselwirkung
zwischen den beiden Modellen zu analysieren.
Das WRF ist ein Community-Projekt (open source model). Je mehr es auf der Welt
133
angewendet wird, desto mehr erhöht sich die Übertragbarkeit. Regionale Modelle
sind spezifisch und müssen häufiger validiert werden um genaue Aussagen zu
treffen
Pause
4
Referat 4 und 5:
Referat 4 entfällt, da Michael nicht anwesend ist.
Meline und Alex halten ihr Referat über Globalstrahlung und Gelände.Die Zeit wurde
diesmal bei allen Vorträgen eingehalten.
Bei der anschließenden Fragerunde wird noch mal auf die blaue Farbe des Himmels
eingegangen. Die Streuung und Reflexion (an Luftteilchen) sind die Ursache, damit
wir überhaupt Farben sehen. Reflexion ist abhängig von Größe des
Reflexionskörpers und der Wellenlänge. Luftmoleküle sind klein genug um Blau zu
streuen. Bei Wolken sind die Wassertropfen sehr groß, dadurch wird das ganze
Spektrum gestreut.
5
Referat 6 und 7:
Christian und David tragen ihr Referat über Luftfeuchtigkeit und Gelände vor.
Im Anschluss wird u.a. der Unterschied zwischen Evaporation und Transpiration
erläutert. Evaporation ist der passive Teil bei der Umwandlung vom Aggregatzustand
flüssig bis gasförmig (z.B. Auflösung der Wasserstoffbrückenbindungen).
Transpiration ist der aktive Vorgang durch lebende Wesen (z.B. Pflanzen können
Spaltöffnungen schließen).Lukas referiert über Wärmebilanz und Gelände.
Lukas stellt u.a. Formeln zur Berechnung von latenter Wärme, fühlbarer Wärme etc.
vor. Marco fragt die Runde wie im Allgemeinen unsere Messstation aufgebaut sein
müsste.
Es gibt 2 verschiedene Formen der Wärmeübertragung: turbulente (durch Wind) und
molekulare Wärmeübertragung (Zusammenschluss von Teilchen).
6
An ALLE:
Hypothesen
Nächstes Plenum stellen alle ein paar Hypothesen zur Ausarbeitung bezüglich des aufstellen bis
29.05.
Exkursionsgebietes vor (Wenn-Dann-Formulierungen)
Sonstiges:
Exkursion:
Lukas erweitert für das nächste Plenum den Exkursionsplan.Es wird noch auf die
Empfangsbestätigung des Antrags für die Ersatzfahrer (Cortina und Basti)
gewartet.Alex bezahlt mit dem Geld aus der Kaffeekasse zwei Rollerball Pens aus
dem TU-Shop.
ALLE:
Aufbau 5.6
Abbau 7.6.
13 Uhr
Die Kosten für die Exkursion werden nächstes Plenum vorgestellt. Im Laufe der
Woche wird wahrscheinlich die Zuschussbestätigung eintreffen. Nächstes Plenum
stellen Alex und Lukas die Kosten für die Exkursion vor (Raoul muss raus gerechnet ALLE:
Über
werden).Der Aufbau der Messgeräte erfolgt am 5.6.
Rieseberger
Moor selbst
Es wird festgelegt, dass beim Abbau am 7.6. ab 13 Uhr alle anwesend sein sollen.
schon mal
Meline lädt noch die geänderte Zitiervorlage, sowie die Formatvorlage bei ISIS hoch. informieren
134
Anhang
Nächster Termin: 29.05.2012 10:00 - ca. 13:40 Uhr im Seminarraum AB08
TOPs:
3. Referat 4 (30 min)
Pause (10 min)
5. Brittas Input über Rieseberger Moor (15 min)
6. Messkonzept und Hypothesen (60 min)
Moderation: Cosima
Protokoll: Sebastian
135
ProtokollantIn: Sebastian
Moderation: Cosima
Michael, Christian
Tagesordnung:
3. Referat „Wind und Gelände“ von Michael
4. Paper-Club – Lukas/David
Pause
5. Vorstellung des 3D Ultraschallanemometers und des Exkursionsgebietes
6. Fragenkatalog
7.
TOP
Sonstiges
Inhalt
1
Cosima begrüßt uns zum heutigen Plenum. Michael und David sind noch nicht
anwesend. Cosima beschließt das Plenum wie geplant zu beginnen.
2
3
Referat „Wind und Gelände“ von Michael
Ggf. To Do
(was, wer,
bis wann)
Cosima:
Protokoll
Das Protokoll wird für vollständig befunden. Anmerkungen sind im Vorhinein schon überarbeiten
von Britta geäußert worden.
Da Michael jetzt im Anschluss sein Referat halten sollte, er aber nicht anwesend ist,
beschließt Cosima den Paper-Club vorzuziehen und den Top ´Referat´ offen zu
lassen und vorerst zu verschieben.
Paper-Club – Lukas/David
David ist nicht anwesend, sodass Lukas das Paper „Abbau nächtlicher alle:
Bodeninvasion durch konvektive Prozesse.“ (Klöppel, 1980) allein vorstellt.
Paper
von
Miegel
Nachdem Lukas den Inhalt zusammenfasst, fällt es im schwer eine klare Struktur in
(1995)
seine Vorstellung zu bringen. Marco springt ein und verdeutlicht, dass zu Beginn sorgfältig
einer Papervorstellung der Untersuchungsgegenstand klar definiert werden muss. nach
Dies soll mit den grundlegenden Fragen: was, wo, wie, wann, warum erreicht
Anleitung
werden. Des Weiteren soll bei Unverständnis einzelner Begriffe nachgelesen und bei lesen
zum
Zusammenhängen die Primärquelle einbezogen werden.
05.06.2012
In der Gruppe wird versucht, dass Paper weiter zu analysieren. Zum einen ist die
Erkenntnis, dass wenn Formeln aus Primärquellen in ein Paper eingebracht werden,
diese als richtig angesehen werden können. Somit soll verhindert werden, dass eine
Aufschlüsslung der Formeln das Interesse auf den „wichtigen“ Teil des Papers
136
Anhang
mindert. Zum anderen macht uns die Analyse der Abbildungen klar, dass auch
negative Aussagen in einem Paper getroffen werden können.
Außerdem sollte dem Lesen eines Papers mehr Zeit gewidmet werden.
3
Präsentation
auf Isis
Michael ist mit Verspätung eingetroffen und hält seinen Vortrag. Anschließend hochladen
werden viele Fragen gestellt. Details aus dem Vortag werden durch Michael nur
teilweise geklärt. Marco weist darauf hin, dass auch bei einfachen Abbildungen auf
den Maßstab geachtet werden muss, um die Richtigkeit der Aussage durch die
Abbildung gewährleisten zu können.
Referat „Wind und Gelände“ von Michael
Pause
5
Alle:
Für die
Britta stellt das 3D Ultraschallanemometer vor, welches wir zur Messung des Windes Exkursionswoche ist
während der Exkursion nutzen.
festes
Schuhwerk
Zum nachlesen auf der Internetseite des Fachgebietes:
notwenig
http://www.klima.tu-berlin.de/index.php?show=lehre_E-Learning_aws-wind&lan=de
Vorstellung des 3D Ultraschallanemometers und des Exkursionsgebietes
Danach gibt uns Britta durch Fotos Einblicke in unser Exkursionsgebiet.
6
Fragenkatalog
Durch eine Gruppendiskussion in Verbindung mit einer Übersicht unseres
Exkursionsgebietes sind Schwerpunkte gefunden worden, die die Standorte der
Messstationen bestimmen sollen. Die Schwerpunkte sind in folgende Fragen
gebettet:
1 – Findet ein Einflusses des Harzes auf das Mikroklima des Rieseberger Moor
statt?
2 – Ist die Tagesamplitude standortabhängig (Wald–Lichtung–offenes Feld)?
3 – Wie groß ist der Einfluss des Himmelsichtfaktors auf die Temperatur?
4 – Beeinflusst die Vegetation die Niederschlagsmessung (Taubildung–
Luftfeuchtigkeit)?
5 – Wie ausgeprägt ist die Energiebilanz nach Standorten?
6 – Wie weit beeinflusst das Moor die Luftfeuchtigkeit nach außen hin? Kann ein
Übergangsgebiet festgestellt werden?
7 – Gibt es zwischen Moor und dem Wald große Unterscheide? Ist eine Kartierung
für die Klimatologie anwendbar?
8 – Gibt es für typische Standorte veröffentlichte Werte, die im Exkursionsgebiet
verglichen werden können?
Alle:
sich mit einer
Frage zum
nächsten
Plenum
beschäftigen
Aufgabe an alle:
Jeder soll sich zum nächsten Plenum Gedanken machen, mit welcher Frage er sich
während der Exkursionswoche beschäftigen möchte. Es sollen Informationen
gesammelt werden, Methoden angesprochen werden, die in der Gruppe öffentlich
diskutiert werden können. Dadurch erreichen wir, dass im Voraus geklärt ist, wo wir
was messen. Außerdem stellt diese Vorarbeit auch ein Teil der Papers dar, der im
Lukas:
Kostenplan
137
Anschluss der Exkursionswoche erstellt werden soll.
Bezüglich der Beantwortung der Fragen kann sich in Gruppen (1-3 P.)
zusammengefunden werden.
Die Möglichkeit, sich mit einer anderen nicht aufgeschriebenen Frage zu
beschäftigen, ist eingeräumt.
Sonstiges:
Lukas stellt den Kostenplan für die Exkursionswoche vor und es wird abgestimmt,
dass das Geld innerhalb der nächsten Wochen auf das Konto von Alexandra
überwiesen werden soll. Genaue Deadline wird beim nächsten Plenum angesagt.
Nächster Termin: 05.06.2012 10:00 - ca. 14 Uhr im Sozialraum
TOPs:
3. Paper-Club Mareike/Alexandra (80 min)
Pause (15 min)
4. Fragenkatalog (60 min)
5. Sonstiges, Exkursion (15 min)
Moderation: Sebastian
Protokoll: Mareike
138
auf ISIS
hochladen
Anhang
ProtokollantIn: Mareike
Moderation: Sebastian
David, Michael, Christian, Alexandra
Tagesordnung:
3. Paper-Club Mareike/Alexandra
Pause
4. Fragenkatalog
5. Exkursionsbericht
6. Sonstiges, Exkursion
7.
TOP
Aufbau der Messstationen
Inhalt
1
Sebastian begrüßt uns zum heutigen Plenum und stellt die TOPs vor.
2
Verabschiedung des Protokolls vom 29:05.2012:
3
Paper-Club Mareike/Alexandra:
Ggf. To Do
(was,
wer,
bis wann)
Sebastian:
Protokoll
Ein To Do wurde nicht im Protokoll aufgenommen. Es sollte bis zum 03.06.12 überarbeiten
Fragestellungen und Hypothesen bezgl. unserer Messungen im Hartz auf Isis
hochgeladen werden. Diese Abgabe wurde verschoben auf den 08.06.12. Alle: bis zum
Desweiteren wurden kleinere Rechtschreibfehler angesprochen.
08.06.12
Hypothesen
online stellen
Alexandra und Mareike stellen das Paper „Zur mikroklimatisch bedingten
Fehlervariabilität von Niederschlagsmessungen“ vor.
Mareike fasst den ersten Teil des Artikels kurz zusammen. Bevor Alexandra den
zweiten Teil vorstellt, werden die Abbildungen genauer betrachtet. Hier stellt sich
heraus, dass die Abbildungen teilweise fehlerhaft beschriftet wurden und somit die
Qualität des Artikels sinkt. Marco weißt darauf hin, dass Abbildungen ein wichtiges,
unterstützendes Mittel sind. Die im Artikel vorgestellte Doppelanalyse und die zur
Darstellung von Niederschlag verwendeten Säulendiagramme eignen sich auch gut
für die Auswertung unserer Messwerte während der Exkursion.
4
Fragekatalog:
Lukas:
In welchem Verhältnis stehen der latente und der sensible Wärmestrom auf einem
bodentrockenen und bodenfeuchten Standort?
Hypothese: Auf dem trockenen Standort wird sich der sensible Wärmestrom im
139
Verhältnis zum latenten Wärmestrom besser entwickeln als auf dem feuchten
Standort, da wird es genau umgekehrt sein.
In welcher Größenordnung steht dazu der Bodenwärmestrom? Können wir diesen
vielleicht einschätzen?
Hypothese: Auf dem feuchten Standort wird der Bodenwärmestrom eine höhere
Dämpfungstiefe haben, jedoch wird er auf Grund der Verdunstungskälte schneller
wieder abfallen. Haben Moorflächen auf der Makroebene eine Bedeutung? Können
diese die Wärmeentwicklung auf der Erde beeinflussen?
 Zur Überprüfung der Hypothese fehlen während der Exkursion allerdings die
richtigen Messgeräte
Michael/Sebastian:
Wind trägt zur Temperaturdurchmischung bei.
Hypothese: Je stärker der Wind ist, desto stärker kommt es zur
Temperaturdurchmischung.
 Messung der Temperatur bei Wind und Windstille. Wie kann die Differenz
am besten Graphisch dargestellt werden

Cosima/Cortina:
Bzgl. der Temperaturamplitude wird die Hypothese aufgestellt, dass die Temperatur
auf offener Fläche höher ist als im Wald.
 Was genau soll gemessen werden? Ist z.B. auch die Bodenbedeckung zu
berücksichtigen?

Mareike/Natascha:
Hypothese: In windgeschützter Umgebung wird mehr Niederschlag gemessen als
auf einem freien Feld.
 Da nicht mit Sicherheit gesagt werden kann, ob es regnet, soll sich genauer
mit dem Thema Tau befasst werden. Wann tritt Tau ein? Welche
messergebnisse werden erwartet? Etc.

David/Christian:
Wie viel Wasser entsteht durch Verdunstung? Gibt es eine höhere Verdunstung bei
Vegetation?
 Zusammenarbeit mit Lukas wird vorgeschlagen, da beide Themen
miteinander verknüpft sind. Marco schlägt vor Messgeräte für die
Bodentemperatur zu kaufen und wird sich nach einem
Bodenfeuchtemessgerät erkundigen

Meline/Alexandra:
Marco:
Messgerät für
Bodenfeuchte
08.06.12
Fragen und
Es gab Schwierigkeiten zum Thema Globalstrahlung Hypothesen aufzustellen.
Hypothesen
auf
Isis
 Vegetation und Strahlungswerte. Weisen verschiedene Pflanzengruppen
stellen
unterschiedliche Strahlungswerte auf?
Britta
und
Jeder soll sich bis zum 08.06.12 weitere Fragen und Hypothesen überlegen und Marco:
auch Literatur zur Vorbereitung nutzen. Bei Fragen kann jederzeit eine Email an
Bitte Info an
Marco und Britta gesendet werden.
uns
Es steht noch die Frage offen, in welchem Umfang der Artikel geschrieben und bis
wann dieser abgegeben werden soll.
5
Exkursionsbericht
Meline
u
Meline und Natascha stellen die erste Gliederung für den Projektbericht vor. Marco Natascha:
bittet darum, die Gliederung noch einmal zu überarbeiten und weniger zu Gliederung
untergliedern. Es soll außerdem zwischen Vorwort und Einleitung unterschieden überarbeiten
werden. Das Vorwort soll sich damit befassen, was im Projekt behandelt wird und die
Einleitung soll kurz Vorstellen was im Folgenden Exkursionsbericht vorgestellt wird.
Nach einer Diskussion darüber wie der Bericht gegliedert und in welcher Reihenfolge
140
Anhang
dieser geschrieben werden soll ,wird sich auf folgende Reihenfolge geeinigt:
Vorwort – Einleitung – Projektgebiet – Klimaelemente – Material und Methoden –
Ergebnisse – Fazit
Das Fazit soll aus einer gemeinesamen Diskussionsrunde am 03.07.12 entstehen.
Hier wird das Projekt Revue passiert und ausgewertet.
Da die Layout Gruppe viel zu tun hat, schließt sich David der Gruppe an.
Folgende Punkte sollen von jedem bis zur nächsten Woche überprüft werden:
6
-
Es sollen maximal 3 Unterüberschirften vorhanden sein. Je weniger desto
besser
-
Alle die ein Kapitel zur Exkursion haben, diesen bitte wie folgt ändern:
Ausblick auf due geländeklimatologische Feldmessung
-
Alle Abbildungen überprüfen ob sie korrekt sind und in s/w gedruckt werden
können
-
Alle Abbildungen aus dem Text entfernen und in einen extra Ordner packen
und beschriften
-
Überprüfen ob die Formatvorlage korrekt übernommen wurde
Alle: Referat
auf
Richtigkeit
überprüfen
wie
links
aufgeführt
Sonstiges, Exkursion
Lukas: Info
Lukas verteilt den Zeitplan und die Kostenkalkulation an alle. Er klärt noch einmal, ob an alle bzgl.
Bettwäsche
Handtücher und Bettwäsche mitgebracht werden muss.
via Isis
Das Geld bis Ende der Woche an Alexandra überweisen und weitere 5 € einplanen, ALLE:
die Alexandra für den Einkauf der Speisen und Getränke für unsere
Geld bis zum
Abschlussbesprechung benötigt.
10.06.12 an
Alexandra
Wer einen Rothmaler oder andere Vegetationsbücher besitzt kann diese gerne überweisen
mitbringen.
Die Ergebnisprotokolle werden für Mo und Di von Alexandra und Lukas geführt und
am Mi und Do von David und Sebastian
Mareike passt die Messprotokolle an und bringt diese zur Exkursion ausgedruckt mit.
7
Probeaufbau:
Die drei Messstationen wurden im Garten aufgebaut und ließen sich ohne Probleme
anschalten. Der Aufbau dauerte ca. 2 ½ Std.
Abbau:
07.06
.12
Nächster Termin: 18.06.2012 10:00 - ? Uhr im Seminarraum AB08
TOPs:
3. Sonstiges(10 min)
Moderation: Mareike
Protokoll: Natascha
141
Protokoll zum ersten Exkursionstag, Montag 11.06.2012
Protokollant: Lukas
David, Christian, Michael, Sebastian
Tagesordnung:
1. 8.30 Uhr Abfahrt in Berlin
2. ca. 11.00 Uhr Ankunft in Beienrode
3. 13.00 Uhr Erkundung des Geländes vor Ort und Aufbau der Stationen
4.
TOP
18.30 Uhr Abendbrot
Inhalt
1
8.30 Uhr (geplante) Abfahrt in Berlin:
Alle Teilnehmer waren zur vereinbarten Zeit an den vereinbarten Orten. Leider
wurde der gebuchte Bus vom Grundbauinstitut nicht wie vereinbart um 7.30 Uhr zur
Verfügung stellt, sondern konnte erst 10.00 Uhr abgeholt werden. Dadurch ergab
sich dann eine Verzögerung von 4,5 Stunden. Daher verzögern sich ab hier die
anderen geplanten Zeitpunkte entsprechend.
2
14.15 Uhr Ankunft in Beienrode (38154 Königslutter am Elm):
Auf Grund der Verzögerung bei der Abfahrt kommt die Gruppe erst 14.15 Uhr in
Beienrode im „Haus der helfenden Hände“ an. Die Unterkunft wird kurz vorgestellt
und die Schlüssel übergeben. Alle sind über das große Platzangebot erfreut und
freuen sich über die gute Unterkunft. Auch ein größerer Raum für Gruppenarbeit
steht zur Verfügung.
3
14.30 Uhr Aufbau:
Herr Diestel holt die Gruppe in Beienrode ab und zeigt auf dem Weg zum
Messgebiet in Lauigen die „Linde zu Lauingen“, welche vor der Kirche steht.
Informationen zur Geschichte der Linde kann man im Internet unter folgender
Adresse
nachlesen:
http://www.elmsagen.de/Index.asp?Text=S16T16.XML&Titel=Die Linde zu Lauingen
Danach stellt er uns die möglichen Standorte für unsere Messungen vor. Bevor mit
dem Aufbau der einzelnen Stationen begonnen wird, besichtigt die Gruppe alle
möglichen Standorte und entscheidet sich danach für drei Standorte. Die Gruppe
entschließt sich die Stationen auf einem exponierten Trockenrasenstandort (AWS
50), auf einer Feuchtwiese an einem nördlichen Waldrand (AWS 20) und einem
südlichen trockenen Standort (AWS 40) aufzubauen.
Danach folgt der Aufbau der Messstationen. Auf Grund der längeren Anfahrtswege
für Station 40 und 20 und den weichen Bodenverhältnissen bei AWS 40 kommt es
hier zu Verzögerungen beim Aufbau.
Die AWS 50 kann als erste in Betrieb genommen werden und startet mit der
Messung um 17.00 Uhr. AWS 20 startet um 17.44 Uhr und AWS 40 um 18.05Uhr.
4
18.30 Uhr Abendbrot
Die Gruppe von Station 50 fährt um 18.45 Uhr nach Beienrode zurück um Abendbrot
zu essen. Um 19.30 Uhr treffen die restlichen Teilnehmer in der Unterkunft ein und
essen Abendbrot.
142
Ggf. To Do
Anhang
Protokoll zum zweiten Exkursionstag, Dienstag 12.06.2012
Protokollant: Lukas
Tagesordnung:
1. 10.00 Uhr Vegetationskundliche Führung durch das Rieseberger Moor mit Frau Wöbbeking und
Herrn Diestel
2. 13.00 Uhr Wasserburg, Königslutter
3. 14:50 Uhr Führung durch das Infozentrum des FEMO
4. 17.30 Uhr Paper-Club
5. 20.00 Uhr Einführung in die Datenauswertung mit Excel
TOP
Inhalt
1
10.00 Uhr Vegetationskundliche Führung durch das Rieseberger Moor mit
Frau Wöbbeking und Herrn Diestel
Der Bedeckungsgrad zum Ankunftszeitpunkt um kurz nach 10 Uhr beträgt circa
100%, die gefühlte Temperatur liegt bei circa 18 °C. Während der vergangenen
Nacht gab es immer wieder Regenschauer.
Herr Diestel begrüßt die Gruppe und stellt Frau Wöbbeking, welche uns mit
ihrem vegetationskundlichen Wissen zur Seite stehen wird, vor. Außerdem
anwesend sind zwei weitere Gäste: Herr und Frau Knust, die einige Ländereien
in der Gegend um Lauingen gehören und die sie bewirtschaften. Herr Knust,
Frau Wöbbeking und Herr Diestel informieren die anderen Anwesenden über
den ersten Standort, AWS 50: Die Wiese, ein Trockenrasenstandort, auf der
sich die Wetterstation befindet, wird von der Stadt Königslutter als
Ausgleichsfläche verwaltet. Einmal jährlich findet eine Mahd statt. Im Anschluss
an diese kurze Information, erklärt Michael den Gästen, was ein
Aspirationspsychrometer ist. Danach werden die mobilen Messgeräte, ein
Aspirationspsychrometer, ein KT19, ein Temperaturfühler zum Messen der
Bodentemperatur, ein Pyranometer sowie ein Schalenkreuzanemomenter, an
die Studierenden verteilt.
Nach der Ankunft an Station 1, erklären Sebastian, Marco und Alexandra, wie
die Automatische Wetterstation aufgebaut ist und wie sie funktioniert.
Anschließend erfolgt die Bestimmung der am Standort vorhandenen Pflanzen
mit Frau Wöbbeking. Erkannt wurden: Hieracicum pilosella – kleines
Habichtskraut, eine Art Festuca – Schaf-Schwingel, Calamagrostis epigeos –
Reitgras, Hypericum perforatum – Johanniskraut, Hypochaeris radicata –
Ferkelkraut, Tanacetum vulgare - Rainfarn, Rumex acetosella – Kleiner
Sauerampfer, Luzula campestris – Hainsimse, Holcus lanatus – Wolliges
Honiggras, Gallium harzynicum – Harzer Labkraut, Vica facelia – Haar-Wicke.
Gegen 11.15 erreicht die Gruppe den zweiten Standort, AWS 20. Die
Luftfeuchte auf 1 m Höhe beträgt circa 84 %, in 3 m Höhe circa 80 %. Unter den
Baumarten am Standort befinden sich verschiedene Salix – Arten, Populus
tremula und Betula pendula. Der Boden ist anmoorig, sodass dort die
Pflanzengesellschaft der Großseggen wachsen kann. Außerdem finden sich
dort: Carex visitaria – Blasen-Segge, Juncus ephusus – Flatter-Binse, Cirsicum
palustre – Sumpf-Kratzdistel, Glyceria fluitans – Manna-Schwaden, SumpfLabkraut, Gemeines Rispengras sowie Wolliges Honiggras.
Messstation 3, AWS 40, wird um circa 11.51 Uhr erreicht. Die Vegetation am
Standort entspricht in etwa einer Heide-Vegetation. Am Standort kommen vor:
Calluna vulgaris – Heidekraut, Rentierflechte sowie Amelanchier lamarckii –
Ggf. To Do
(was, wer,
bis wann)
143
Kupfer-Felsenbirne. Nach der Besichtigung des letzten Standorts geht die
Gruppe zurück zum anfänglichen Treffpunkt, in der Nähe von AWS 50. Dort
findet eine Mittagspause statt, während der es zu Nieseln beginnt. Nach circa
einer halben Stunde erfolgt der Aufbruch nach Königslutter.
13:00 Wasserburg, Königslutter :
Auf Grund der Mittagspause, wird die Wasserburg um circa 13.30 Uhr erreicht.
Herr Diestel und seine zwei Kollegen vom FEMO (Freilicht- und
ErlebnisMuseum Ostfalen) begrüßen die Gruppe. Während einer kleine Führung
über das Burggelände, erfahren die Anwesenden, dass die Burg in früheren
Zeiten als Amtsgericht diente und danach viele Jahre bis 2011 als
Jugendhaftanstalt. Heute ist das Burggebäude Sitz der Institution FEMO und
des Geopark Harz.Braunschweiger Land.Ostfalen. Nach der Führung zeigt Herr
Diestel den Studierenden und ihren Begleitern sein neues Projekt: eine mobile
Wetterstation, verteilt auf zwei Wetterhütten, die sich an einem einfach auf- und
abzubauenden Gerüst befinden. Die Station soll für Lehrzwecke eingesetzt
werden und ausleihbar sein, allerdings müssen derzeit noch die Sensoren der
Messgeräte eingerichtet und synchronisiert werden.
14.50 Uhr Führung durch das Infozentrum des FEMO:
Herr Hochsprung führt die Gruppe durch das Infozentrum und weist darauf hin,
dass der Geopark Harz.Braunschweiger Land.Ostfalen. der größte Geopark der
Welt ist. Fast alle geologischen Zeitalter liegen hier aufgeschlossen vor. Somit
sind 290 Mio Jahre der Erdgeschichte erlebbar. Eine Besonderheit des
Geoparks ist, dass es auf dem heutigen Gebiet einst ein Meer gab: das
Zechsteinmeer. Im Laufe der Jahrmillionen wurden durch geologische
Vorgänge, die Gesteinsmassen, die sich über der Schicht des Zechsteins
befinden, aufgefaltet. Ortsspezifische Gesteinsarten sind daher unter anderem:
Stromatolith, ein Kalkstein, der in hoch salinen Gewässern, in denen algenartige
Bakterien, die im Nachhinein versteinerten, leben, entsteht. Des weiteren gibt es
Vorkommen von Muschelkalk und Posidonienschiefer, welcher im Jura
entstand. In der obersten Etage des Infozentrums kann die Entwicklung von
Landpflanzen rückverfolgt werden. Es befinden sich dort viele verschiedene
Pflanzen(-teile), die auf verschiedene Art und Weise die Zeit überdauert haben.
17:30 Paper Club:
Michael stellt der Gruppe das Paper „Valley Winds and Slope Winds –
Observations and Elementary Thoughts“ von Vergeiner und Dreiseitl vor.
Hierbei hilft Marco und erklärt allen nochmal verständlich, das Berg-TalWindsystem und das Hang-Windsystem.
20.00 Uhr Einführung in die Datenauswertung mit Excel:
Britta und Marco geben den Studierenden eine Einführung in die
Datenauswertung mit Excel. Dies gestaltet sich aufgrund verschiedener
Betriebssysteme und Office-Versionen als teilweise schwierig. Dennoch kann
ein Großteil der Studierenden mit der Datenauswertung beginnen. Britta hatte
bereits Informationen und Hinweise zur Berechnung verschiedener Formeln in
einer Exceltabelle zusammengefasst und aus ISIS bereitgestellt. Ein wichtiger,
wenngleich banaler, aber dennoch essentieller Hinweis zum Umgang mit Daten:
Immer die Rohdaten speichern! - und für Diagramme gilt: Immer die Achsen
beschriften.
2
3
4
5
144
Anhang
Protokoll zum dritten Exkursionstag, Mittwoch 13.06.2012
Protokollant: David
Tagesordnung:
1. 08.00 Uhr Abfahrt in Beienrode
2. 09.20 Uhr Ankunft in Ilsenburg
3. 09:40 Uhr Exkursion durch den Nationalpark
4. 13:00 Trennung der Gruppen
5. 17:00 Ankunft der Gruppe 1 in Beienrode + Bearbeitung Probemessdaten
6.
18:30 Ankunft der Gruppe 2 in Beienrode
TOP Inhalt
1
Ggf. To Do
08.00 Uhr Abfahrt in Beienrode
Das Frühstück an diesem Tag war von 07:00-07:30 Uhr. Dannach haben sich die
Teilnehmer für den Tagesausflug vorbereitet und um 08:00 fuhr die Gruppe
plangemäss mit zwei Bussen Richtung Ilsenburg zum Nationalpark Harz.
2
09.20 Uhr Ankunft in Ilsenburg
Nach der Ankunft lief die Gruppe erst zum Treffpunkt mit Herr Carste, von wo aus
die Exkursion startete. Um 09:30 wurde der Treffpunkt erreicht und die Messgeräte
für die Messungen während der Exkursion wurden verteilt. Herr Carste wurde
begrüsst.
3
09:40 Uhr Exkursion durch den Nationalpark
Zu Beginn stellte sich Herr Carste uns vor. Er ist promovierter Biologe und
wissenschaftlicher Mitarbeiter des Nationalparkes Harz.
Bevor die Wanderung losging, hat er uns einen kurzen Überblick verschafft und uns
die Tagesroute vorgestellt. Um ca. 09:50 lief die Gruppe unter seiner Führung los.
Zu Beginn verlief die Wanderung entlang der Ilse, einem kleinen Gewässerlauf, der
in einem schmalen Tal floss. Das Mikroklima ist sehr feucht durch die Ilse und durch
die Tallage, die zu einer Ansammlung von Niederschlagswasser am Talgrund führt.
Die Tallage und die üppige Vegetation mit vielen Gehölzen führen auch dazu, dass
das Mikroklima schattig und kühl ist. Ausserdem sind die Verhältnisse sauer, da die
Ilse ihr Wasser vorwiegend aus Mooren des Harzes bezieht, durch die Fichten,
deren Nadelstreu bei der Zersetzung viele saure Stoffe abgeben und durch den
sauren Granit, aus welchem die Erhebung Harz besteht. Die Vegetation ist aus
diesen Gründen gekennzeichnet von Feuchte-, Säure- und Schattenzeigern. Dazu
gehören beispielsweise Eschen, Buchen, verschiedene Seggen und Hainsimsen,
Farne oder Beerenstauden.
Während der Wanderung führte uns Herr Carte in die Geschichte des Gebietes in
welchem sich heute der Nationalpark erstreckt ein. Im Mittelalter war die Vegetation
im Gebiet des heutigen Nationalparkes von Buchen geprägt, durch ihren dichten
Wuchs eine sehr energiereiche Pflanze. Diese Buchen wurden im 17. und 18.
Jahrhundert zur Herstellung von Holzkohle abgeholzt, sodass das Gebiet bald
weitestgehend entwaldet war. Im 18. Jahrhundert nahm sich der gräfliche
Oberforstmeister Hans Dietrich von Zanthier dem Problem an. Er liess das Gebiet
durch schnellwüchsige gemeine Fichten aufforsten und prägte das Prinzip der
Nachhaltigkeit. Das heisst, er achtete als Forstmeister darauf, dass nur soviel
abgeholz und verbraucht wurde, wie auch nachwachsen konnte. Noch heute besteht
der Nationalpark zu rund 80% aus Fichtenbeständen.
145
Die Fichte ist ein Gehölz der subalpinen und alpinen Höhenlagen. Sie hat sich mit
ihren immergrünen Nadeln auf hohe, kalte Lagen mit kurzen Vegetationsperioden
spezialisiert und kommt vor 650 MüM nicht natürlich vor. Im Gebiet des
Nationalparks Harz ist die Fichte folglich nicht heimisch und hat mit den
Bedingungen und konkurrierender Vegetation zu kämpfen. Dies und die
monokulturelle Pflanzung, also grossflächige Bestände in nur einer Altersgruppe,
macht die Fichtenbestände sehr anfällig, beispielsweise gegen Windschlag oder
parasitären Befall.
Nachdem wir das Ilsetal hinter uns liessen kamen wir in eine offenere, trockenere
Umgebung, in der man die Probleme mit den Fichtenbeständen deutlich erkennen
konnte. Wir traffen Fichtenhänge an, die komplett von Borkenkäfern befallen waren
und kahle Flächen, wo grosse Fichtenbestände durch Wind geschlagen wurden. Die
Prävention solcher Vorfälle und das Management geschädigter Flächen gehört
heute zu den Hauptaufgaben der Betreuer des Nationalparks.
Generell bemüht man sich die Fichtenbestände mit Buchen aufzuforsten, die sehr
gut auch im Schatten spriessen und sich entwickeln können. Nur im Kerngebiet ab
ca. 700 MüM werden die Fichten belassen, da sie sich hier in ihrem natürlichen
Ausbreitungsgebiet befinden. Unterhalb dieser Grenze werden die Fichten teilweise
bewusst der ‚Abweidung’ durch den Borkenkäfer überlassen. Diese Flächen sowie
andere Kahlschläge werden wieder mit Laubbäumen wie Esche, Zitterpappel oder
Bergahorn bepflanzt. Wichtig ist hierbei der Schutz vor Rotwild, dass junge
Gehölztriebe gerne abweidet. Dieser Schutz wird vorwiegend durch das umzäunen
der neu bepflanzen Flächen gewährleistet. Bei Buchen ist es nicht zwingend
notwendig, da das Rotwild Buchentriebe nicht mag.
Auf dem letzten Teil der Wanderung war die Vegetation durch das offenere Gelände
von Trockenzeigern wie der Drahtschmiele oder dem Labkraut bestimmt.
Ausserdem traffen wir einen ehemaligen Malerplatz an. Also eine Stelle an der
früher Holzkohle produziert wurde. Noch heute findet man viele kleine Kohlestücke
am Boden, die dazumals als Abfall entstanden.
Während der gesamten Wanderung wurden regelmässig Zwischenstops gemacht.
Oft geschah dies an charakteristischen Orten, an denen Herr Carste bestimmte
Inhalte zum Nationalpark ausführte. Die Gruppe hat sich in diesen Pausen verpflegt
und Messungen durchgeführt. Es wurden die Windgeschwindigkeit sowie die
Lufttemperatur und die Feuchtetemperatur zur Bestimmung der relativen
Luftfeuchtigkeit festgehalten. Das Gerät zur Messung der Globalstrahlung
funktionierte nicht. Leider wurde es versäumt, Umstände die die Globalstrahlung
beeinflussen, wie Bedekungsgrad oder Horizontüberhöhung, festzuhalten.
4
13:00 Uhr Trennung der Gruppen
Nach einem längeren Zwischenstop trennte sich die Projektgruppen in zwei
Teilgruppen auf. Der Grossteil der Gruppe trat zusammen mit Herrn Carste den
Rückweg an, auf dem selben Weg auf dem wir gekommen waren.
Eine kleinere Gruppe beschloss die Wanderung bis auf die Spitze des Brocken
weiterzuführen. Namentlich waren dies Christian, Cortina, David, Lukas, Marco und
Mareike. Um 14:15 erreichte die Gruppe den Gipfel des Brocken und machte sich
um etwa 15:00 auf den Rückweg.
5
17:00 Ankunft der Gruppe 1 in Beienrode + Bearbeitung Probemessdaten
Nach einer gemütlichen Wanderung mit Zwischenstops zurück zu den Bussen, fuhr
die Gruppe um 15:45 los Richtung Beienrode und kam um 17:00 beim Haus der
helfenden Hände an. Anschließend teilten sich die Teilnehmer in Zweiergruppen
nach Messgerät ein und begonnen die Messdaten für die Zeit der Probemessung
zum mitteln und in Referenz zu dem Standartmessgerät zu stellen (Excel).
6
18:30 Ankunft der Gruppe 2 in Beienrode
Die Gruppe 2 kam kurz nach 17:00 in Ilsenburg an und traf, etwas verspätet zum
Abendbrot, gegen halb 7 in Beienrode ein.
146
Anhang
Protokoll zum vierten Exkursionstag, Donnerstag 14.06.2012
Protokollant: Sebastian
Tagesordnung:
1. ca. 09.30 Uhr Abfahrt in Beienrode
2. ca. 10.00 Uhr Abbau AWS
3. ca. 12.00 Uhr Datenbearbeitung mit Excel + Mittagsbuffet
4. ca. 13:30 Uhr Ordnung schaffen
5.
ca. 15.00 Uhr Abreise
TOP
Inhalt
1
9.30 Uhr Abfahrt in Beienrode
Nachdem alle Teilnehmer gefrühstückt hatten, wurde beschlossen, dass Lukas,
Alexandra und David in Königslutter das Mittagsbuffet einkaufen werden, während
die anderen Teilnehmer für den Abbau der AWS verantwortlich sind. Alle Teilnehmer
fuhren vorerst aber zusammen in das Untersuchungsgebiet.
10.00 Uhr Abbau AWS
Die für den Abbau eingeteilten Teilnehmer bauten die AWS ab, die sie am Montag
zuvor aufgebaut hatten. Währenddessen waren Lukas, Alexandra und David mit
einem Auto einkaufen. Zeitgleich Marco laß alle Daten aus dem Datenlogger aus
und speicherte sie auf dem Laptop. Als beide Autos wieder im Untersuchungsgebiet
zur Verfügung standen und alle Bauteile der AWS in den Autos untergebracht
wurden, führen alle Teilnehmer wieder nach Beienrode.
12.00 Uhr Datenbearbeitung mit Excel + Mittagsbuffet
Das Mittagsbuffet wurde angerichtet, an dem sich neben der Bearbeitung der
Messdaten bedient werden konnte. Zu der Bearbeitung der Messdaten zählte der
Austausch der kompletten Messdaten aller AWS an alle Teilnehmer, die weitere
Mittelwertbildung und Messdatenauswertung der Probemesstage (siehe Vortag), die
Aufteilung der Zuständigkeiten für die Mittelwertbildung aller Messdaten von den
Exkursionstage an die Teilnehmer, die sich nicht mit den Probemessdaten
auseinander setzten.
13.30 Ordnung schaffen
Die Teilnehmer begannen nach und nach ihre Koffer zu packen, die Zimmer in einen
ordnungsgemäßen Zustand zu bringen und das Wohnhaus für die Abgabe zu
säubern.
2
3
4
5
Ggf. To Do
(was, wer,
bis wann)
09.30 Abreise
Alle Teilnehmer teilten sich auf die Autos. Nachdem zwei Gruppenfotos geschossen
wurden, wurde sich verabschiedet und Lukas fuhr zum Zoologsichen Garten (Berlin)
und Marco fuhr in die Rothenburgstraße (Berlin)
147
Messprotokoll – Aspirationspsychrometer
Protokollanten: Meline Saworski, Alexandra Zettl, Christian Rüll
CET
Standpunkt
Ttrocken
Tfeucht [°C] Vegetation, Bemerkung
[°C]
Datum: 13. Juni 2012
Hangexpo- Himmelsition
sichtfaktor in %
09:58
Ausgangspunkt
Talsohle
10.0
10.0
aufwachsender Buchenwald
N
10:10
Weggabelung,
10.1
9.9
Winkelsegge, Buche
N/W
0
20
große Buche
10:33
Wegrand Ilse
10.2
9.8
Fichtenforst, Buche
S/O
11:02
ca. 350m
10.6
10.2
Fichten, Buchen, Holunder,
S
20
5
Himbeere, Brombeere
11:31
Heine-Denkmal
10.4
9.6
Hainsimse, Fichten, Buchen
o.A.
10
11:41
Lichtung "Koala"
10.2
9.2
Trockenwiese, Schwarzerlen
kein Hang
50
12:21
Jungfichten
11.5
10.8
Fichte, Himbeere, Gräser,
Moose
O²
35
12:59
Trennung
10.2
9.8
Fichte, Sorbus, Blaubeere
kein Hang
60
13:44
Plattenweg¹
9.4
8.8
auflichtender Wald, vermehrt
Gräser, steinige Strukturen¹
o.A.
o.A.
13:56
ca. 1000m²
9
8.4
vereinzelt Fichten, zunehmender o.A.
o.A.
14:10
Brocken-Gipfel
7.6
7.0
Nebel¹
¹ durch Abgleich mit Fotos ergänzt
² durch GPS-Daten ergänzt
o.A. - ohne Angabe
148
vermehrt Totholz, kaum Bäume¹ o.A.
o.A.
Anhang
ProtokollantIn: Natascha
Moderation: Mareike
TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Sebastian, Cosima, Cortina, Meline, Lukas,
Tagesordnung:
3. Auswertung Daten, Vorstellung Ergebnisse
Pause
4. Makroklima Harz 11.-14.6.12
5. Feedback Ausarbeitung Fachreferate
6. Feedback Exkursion
7. Getränkeliste Exkursion
8.
TOP
Projektbericht und Zeitplan
Inhalt
1
Mareike begrüßt alle zum heutigen Plenum und stellt die TOPs vor.
2
Ggf. To Do
(was, wer, bis
wann)
Insgesamt sollte das Protokoll ein Ergebnisprotokoll, nicht ein Verlaufsprotokoll sein.
Kleinere Rechtschreibefehler sind bereits korrigiert.
3
Auswertung Daten, Vorstellung Ergebnisse
Fehlendes
Stationsprotokoll
ein-scannen und
Wind (Micha, Natascha): Bei der Untersuchung der Rohdaten (Minutenwerte) zeigt auf ISIS laden.
sich eine hohe Abweichung zwischen den Stationen, bei der stündlichen Mittelung
gleichen sich die kurzfristigen Schwankungen aus. Die Stationen messen einheitlich.
ALLE
Abgabe
Artikel am 3. Juli
Temperatur (Sebastian): Sensoren für Lufttemperatur und Relative Feuchte der
Station 50 (Base, 1m Höhe) werden als Referenz ermittelt (kleinste Abweichung zur
gleichzeitigen Messung mit dem Aspirationspsychrometer). Unterschiedlich stark
ausgeprägte Abweichungen der Messungen zu Sensoren anderer Stationen ergeben
sich. Siehe ISIS unter Methoden und Messdaten, Sensoren für Lufttemperatur und
Relative Feuchte. Diese Messefehler sind in der Interpretation der Daten zu
berücksichtigen; entweder durch Erläuterung oder mithilfe vorheriger Korrektur der
Daten vor der Analyse. So müssen z.B. bei Betrachtung der Top Temperatur von
Station 40 (T40) 0,6779 K/°C subtrahiert werden.
Referenzwerte (Probemessungen Berlin 5.-7.6.2012)
Messungen Rieseberger Moor/ Harz (11. – 14.6.2012)
TeilnehmerInnen stellen den Stand ihrer Datenanalysen vor.
- Sebastian und Michael, Thema: Wie beeinflusst der Wind die Temperatur-
149
entwicklung?
- Cortina und Cosima, Thema: Vergleich Temperaturentwicklung der Stationen
untereinander
- David, Lukas, Christian, Thema: Entwicklung latenten zu sensiblen Wärmestrom.
(Bowenratio)
- Mareike und Natascha, Thema: Niederschlag und Tauentwicklung.
- Meline und Alexandra, Thema: Vegetation und Mikroklima (Höhengradient).
Hinweis allgemein zu Diagrammen und Daten:
4

Temperaturmessung von Station 50 (T base) ist die Referenzstation,
Abweichungen zu anderen Stationen sind zu berücksichtigen.

Korrekte Datenbeschriftung bei Diagrammen beachten.

Es werden nur die Daten von 11.6., 19:00 Uhr bis 14.6., 8:00 Uhr betrachtet.

Geeignete Zeitfenster auswählen.

Geeignete Diagrammart auswählen.
Makroklima Harz 11.-14. 6. 2012
Marco stellt anhand von DWD Wetterkarten die Wettersituation am 12. und 13. Juni
2012 im Harz dar. Die in der Datenauswertung auffälligen Temperaturanstiege am
12.6. (ca. 22 Uhr) und 13.6. (ca. 2 Uhr) weisen auf eine Warmfront hin. Das Thema
wird im Projektbericht aufgenommen. (Lukas: Analyse Wetterkarten, Michael:
Dynamischen Temperaturprozesse allgemein)
5
ALLE:
Überarbeitung
Britta stellt einige der häufig auftretenden Fehler bei der Ausarbeitung der der Referate bis
20.6. abends
Fachreferate vor. Sie lädt diese Fehlerliste auf ISIS hoch.
Feedback Ausarbeitung Fachreferate
Es wird festgelegt, dass die Kennzeichnung der Abbildungen mit der Abkürzung Britta:
„Abb. Zahl“ beschrieben wird. Leerstelle hinter dem Punkt beachten.
Hochladen
Feedback auf
ISIS
6
Feedback Exkursion
Alle geben Feedback zur Exkursion. Insgesamt wird die Exkursion als gelungen,
arbeitsreich, interessant und harmonisch beschrieben.
7
Getränkeliste Exkursion
Sebastian und Lukas sammeln Geld für Getränke ein. Die Kaffeekasse ist leer. Alle
müssen noch einmal 2 Euro einzahlen.
8
Projektbericht und Zeitplan
Referate sollen unter Berücksichtigung der Anmerkungen beim Feedback (siehe
TOP 5) bis Mittwoch Abend überarbeitet an Meline gesandt werden. Meline gibt
dann alles an die Redaktionsgruppe weiter.
Diese nimmt entweder Korrekturen selber vor oder leitet die Beiträge zur Korrektur
an andere TeilnehmerInnen weiter.
Ist die Fehlerdichte zu hoch wird der Beitrag wieder an den Autor zurückgegeben.
Die Gliederung wird angepasst (siehe TOP 4).
Jede Arbeitsgruppe stellt beim nächsten Plenum ein Grobkonzept ihrer Artikel vor.
Bis zum 3. Juli sind Artikel fertig zu stellen. Die Aufgabenstellung zur Ausarbeitung
150
Anhang
der wissenschaftlichen Artikel befindet sich auf ISIS.
Die Layout Gruppe (Micha und David) stellen beim nächsten Plenum das
Layoutkonzept des Projektberichts vor.
Nächster Termin: 26.06.2012 10:00 – 13:40 Uhr im Sozialraum (im Keller)
TOPs:
3. Vorstellung der Artikel (120 min)
Pause (10 min)
4. Paper Club (Cortina und Sebastian) (60 min)
5. Vorstellung Layoutkonzept (10 min)
6. Stand Projektbericht
Moderation: Natascha
Protokoll: Alexandra
151
ProtokollantIn: Alexandra
Moderation: Natascha
TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Sebastian, Cosima, Cortina, Meline, Lukas,
Tagesordnung:
3. Vorstellung der Artikel (120 min)
Pause (10 min)
4. Paper Club (Cortina und Sebastian) (60 min)
5. Vorstellung Layoutkonzept (10 min)
6. Stand Projektbericht
7. Sonstiges
TOP
Inhalt
1 Begrüßung und Verabschiedung der TOPs:
Die Tagesordnung wird, wie vorgeschlagen, übernommen.
2 Verabschiedung des Protokolls vom 19.06.2012:
Es gibt keine Anmerkungen zum letzten Protokoll.
3 Vorstellung der Artikel:
Christian, David und Lukas präsentieren den Zwischenstand ihres Artikels zu BowenRatio, Temperatur und Luftfeuchte. Hierbei stellt sich heraus, dass noch einige Fragen
zum inhaltlichen Aufbau eines Papers bestehen, so unter anderem zum Begriff der
Schlüsselwörter, zur Einleitung sowie zum Diskussionsteil. Diese Fragen sind für alle
Gruppenmitglieder von Interesse.
Schlüsselwörter sind Keywords und unter die Zusammenfassung (Abstract)
hintereinanderweg aufzulisten. Sie sollen es ermöglichen den Fachtext inhaltlich
knapp zu erschließen. Das bedeuted, dass es vor allem wichtig ist das Thema zu
benennen sowie die Methode und im Falle unserer Artikel auch den Ort. Die Anzahl
der Keywords sollte circa fünf betragen.
In der Einleitung sollten so viele sinngemäße Zitate, wie angebracht, enthalten sein,
um argumentativ von der Motivation zur Fragestellung hinzuleiten.
Der Diskussionsteil dient vor allem der Darstellung dessen, was andere
Wissenschaftler_Innen zum jeweiligen Thema herausgefunden haben. Um Vergleiche
zu ziehen, ist hierbei das Konsultieren und Zitieren von Fachliteratur angebracht.
Fragen bestehen auch bei der Beschreibung der verwendeten Messinstrumente. Die
Anwesend einigen sich darauf, dass im Methodenteil nur die für die Untersuchung
152
Ggf. To Do
(was, wer, bis
wann)
Anhang
relevanten Geräte genannt werden und auf den Aufbau sowie die Umgebungsbedingungen der Automatischen Wetterstationen
In der Schlussfolgerung soll beim Leser das Interesse für eine tiefergreifende
Auseinandersetzung mit den Details der Arbeit geweckt werden.
Im Anschluss folgt die Zwischenpräsentation über den Einfluss bodennaher Winde auf
die Lufttemperatur von Sebastian und Michael.
Während der Vorstellung des Textes von Sebastian und Michael, weißt Marco darauf
hin, dass Abkürzungen vor ihrer Verwendung eingeleitet werden müssen. Die kann
zum Beispiel in Klammern hinter dem ausgeschriebenen Ursprungswort geschehen.
Die Gruppe einigt sich außerdem darauf, dass die Bezeichnung für die Automatischen
Wetterstationen immer AWS 20, AWS 40 und AWS 50 lauten. Ein näheres Eingehen
auf die Standortcharakteristika der einzelnen Stationen ist im Artikel nicht notwendig.
Es soll daher auf das Kapitel Messaufbau (Sebastian) im Projektbericht verwiesen
werden.
Abkürzungen für die Messinstrumente sind über die Fachgebietsseite im Internet zu
finden und sollen verwendet werden. Dabei muss die Internetseite auf jeden Fall als
Referenz erscheinen.
Als nächste Gruppe stellen Meline und Alexandra ihre Ausarbeitungen zum Thema
Klimaelement Temperatur und Vegetationsstufen im Harz vor, anschließend folgen
Mareike und Natascha mit ihrer Zwischenpräsentation zu Luftfeuchte und Wind. Es
wird von Marco angemerkt, dass die Rohdaten vor der Korrektur durch den
Korrekturfaktor gemittelt werden müssen.
Im Folgenden stellen Cosima und Cortina den Zwischenstand zu ihrem Artikel vor. Sie
wollen die Amplitude der Lufttemperatur eines Nord- und Süd-exponierten Standortes
im Harzer Vorland miteinander vergleichen. Marco bemerkt, dass es sinnvoll sein
kann bei gemittelten Daten die Abweichung als Fehlerbalken im Diagramm mit
darzustellen. Auf die Frage nach dem Inhalt eines Abstracts, antwortet Marco damit,
dass mit einem Abstract quasi die Motivation sowie Erwartungen und Ergebnisse
zusammengefasst werden. Hypothesen, kommen in die Einleitung und sollten aus der
Literatur herleitbar sein. Was die Schlussfolgerungen betrifft, so kann nur
geschlussfolgert werden, was aus den dargestellten Diagrammen hervorgeht, im
Methodenteil beschieben und im Diskussionsteil diskutiert wurde. Auch Bezüge zum
Studiengang und seinen Inhalten, können in der Schlussfolgerung aufgegriffen
werden.
Zuletzt erwähnt Marco noch einen wichtigen formalen Punkt: Wenn es Darstellungen
mit, z.B. 4 Diagrammen gibgt, so sind die einzelnen Diagramme mit a, b, c, d oder mit
oben links, unten links, oben rechts sowie unten rechts als Bildunterschrift zu
bezeichnen.
4
Paper Club (Cortina und Sebastian):
Cortina und Sebastian stellen das von ihnen bearbeitete Paper von Freytag:
Häufigkeit niedertroposphärischer Windmaxima, vor. Im Paper ist die Rede von
verschiedenen Druckniveaus und absoluter Höhe. Marco erklärt hierzu, dass in der
Meteorologie Höhenangaben auf zwei verschiedene Weisen erfolgen können.
Entweder in Form von Druckniveaus, wie 700 mb oder 850 mb, oder aber in Form der
absoluten Höhe von 3000 Metern über NN. Nachdem die verschiedenen
Darstellungsformen und der Inhalt des Papers besprochen wurden, zieht die Gruppe
ein Fazit: Wenn Darstellungen von der gängigen Art und Weise abweichen, so muss
aus dem Text hervorgehen, weshalb die spezifische Darstellungsweise verwendet
wurde. Im Falle des Papers, erscheint einen die Kartenausschnitte, die eine
Polprojektion zur Veranschaulichung nutzen, sinnvoll, weil sowohl Europa als auch
Nordamerika auf kleinem Raum darstellbar sind.
Aufpassen, sollte man auch bei der Erstellung und Verwendung komplexer Tabellen.
Diese sind teilweise nur mühsam für den Leser erschließbar.
153
Bei der Auswertung von Daten, gilt es zu beachten, unter welcher Definition die Daten
analysiert werden. Manchmal kann außerdem auch eine Homogenisierung der Daten
sinnvoll sein. So beispielsweise bei der Modellierung von Windströmen.
5 Vorstellung Layoutkonzepts:
Die Vorstellung des Layoutkonzepts durch David und Michael entfällt, da sie kein
Konzept vorbereitet haben.
David und Michael:
Erstellung und Hochladen (ISIS) einer vorläufigen Formatvorlage für das Layout bis
Freitag; außerdem Vorstellung des endgültigen Layoutkonzepts am Dienstag, den
03.06.2012
6 Stand Projektbericht:
Die Redaktionsgruppe hat die Korrekturen verteilt.
Da die Layoutgruppe kein Layoutkonzept vorstellen konnte, sollen die unformatierten
Texte auf ISIS hochgeladen werden. Sobald es ein Layoutkonzept gibt, kümmert sich
die Layoutgruppe um die Formatierung der Texte.
Redaktionsgruppe: Liste mit Angaben dazu, wer welchen Text lesen soll, hochladen.
Alle: Unformatierte Texte (Artikel) auf ISIS hochladen
7 Sonstiges:
Da David das Kapitel Fazit im Projektbericht formuliert, sollte er sich überlegen, nach
welchem Thema das Fazit ausgerichtet sein kann.
Marco:Karten zur großräumigen Wetterlage auf ISIS laden
Alex:Exkursionszuschuss für Britta und Marco mitbringen
TOPs:
1. Begrüßung sowie Verabschiedung der TOPs (10 min)
3. Präsentation der Artikel ( 160 min)
inclusive einer Pause mit Buffet (20 min)
4. Fazit-Diskussion (45 min)
5. Besprechung - Offenes Haus (30 min)
6. Vorstellung des Layoutkonzepts (15 min)
Moderation: Alexandra
Protokoll: Michael
154
Anhang
Protokoll zum Plenum am 03.07.2012 (10:00 – 17:15 Uhr)
Protokoll: Michael
Moderation: Alexandra
TeilnehmerInnen: Marco, Britta, Sebastian, Cosima, Meline, Mareike, Lukas,
David, Christian, Michael, Hr. Distel
Tagesordnung:
3. Präsentation der Artikel ( 160 min)
inclusive einer Pause mit Buffet (20 min)
4. Fazit-Diskussion (45 min)
5. Besprechung - Offenes Haus (30 min)
6.
Vorstellung des Layoutkonzepts (15 min)
TOP
Inhalt
1
Die Tagesordnung wird, wie vorgeschlagen, übernommen.
2
Es gibt keine Anmerkungen zum letzten Protokoll.
3
Präsentation der Artikel:
Mareike präsentiert den Artikel Gelände und Niederschlag alleine, da Natascha nicht
anwesend ist. Dabei geht sie explizit auf den wissenschaftlichen Artikel ein, hält die
Präsentation jedoch nicht mit Powerpointfolien, was Marco im nachhinein auch
kritisiert.
Nachdem Mareike ihre Parts vorgetragen hat und einige Abbildungen erklärt hat,
wird die Diskusion von der Moderation eingeleitet. Marco gibt unzählige Hinweise,
was man hätte alles besser machen können und wie man das Thema klarer gliedern
könnte:
-Argumentationsketten schaffen!
-Tabellen und Abbildungen nur verwenden, wenn sie „wirklich“ aussagekräftig sind!
Nach Mareikes Präsentation folgt die von Sebastian und Michael über den Einfluss
bodennaher Winde auf die Temperatur.
Michael leitet ein und erklärt den Versuchsaufbau und die Messung. Die
Auswerungen wurden in Tablellen und Abbildungen zusammengestellt, der Aufbau
wird von Michael erläutert.
Sebastian erzählt zum Prozess der Versuchs und Schlussfolgert anschließend in
seinen Tabellen, dass die gemessenen Winde eine zu geringe Windgeschwindigkeit
hatten um messbar die Temperatur zu verändern.
Nach der Präsentation wird die Diskussion eingeleitet und die Kursteilnehmer sind
sich einig, dass die Präsentation gelungen ist und eine frühzeitige Themenfindeung
sich positiv auf den Arbeitsverlauf auswirken kann. Hr. Distel nennt ein paar
diskussionsanregende Punkte. David trifft ein.
Nachdem Meline und Alex auch ihre Versuchsreihe: Klimafaktor Temperatur
präsentiert haben folgt wieder die Diskusion und Hr. Distel gibt einen interessanten
Denkanstoß mit der Frage, ob sich das Lokalklima ändert, wenn der Borkenkäfer die
Ggf. To Do
(was, wer, bis
wann)
An Alle:
Bis zum 5.7
(24Uhr) sollen
die
Übergangstexte
fertig und auf
Isis
hochgeladen
sein. Am 6.7
(24 Uhr)
müssen die
Endgültigen
Artikel auf Isis
stehen
Abkürzungen
sollten bei allen
Arbeiten
vereinheitlich
werden!
155
4
5
6
Kiefern frisst?! Darüber wird heiß diskutiert aber eine eindeutiges Fazit kann nicht
geschlossen werden.
Die Moderation leitet die Buffet-Pause ein. Man bedient sich am Obstteller oder
belegt sich ein Brötchen…
Nach der Pause folgt das Präsentationsthema Lufttemperatur von Cosima und
Cortina. Cortina ist nicht anwesend, also muss Cosima alleine präsentieren. Die
Messmethodk und der Versuchsaufbau wird beschrieben. Wie bei den vorherigen
Präsentationen, wird auch hier eine Diskussion im Anschluss eröffnet und Marco gibt
Verbesserungsvorschläge bzw. Tipps preis: Streudiagramme erscheinen gerade bei
diesem Thema als sehr sinnvoll, außerdem ist der Einfluss der Lufttemperatur lokale
auf übergeordnete Weterlagen sehr Themenrelevant!
Fazit-Diskussion
Die Fragen, die in der Fazitdiskussion den Leitfaden bilden sind: Was konnte
ermittelt werden? Was konnte die Projektgruppe positiv ermitteln? Über die Antwort
dieser Fragen ist sich die Gruppe schnell einig: Es geht grundlegend um die
Witterungsbeobachtung auf der Exkursion. Durch das erlernte Fachwissen konnte
man mit den Datenmessungen Witterungsprozesse besser verstehen und deuten.
Fazit ist: Beobachtet wurde die Komplexität der Naturräumlichen Klimaeinflüsse.
Mikro vs. Makro lautet der Projektkursname und jeder in der Gruppe weiß
letztendlich worum es geht. Kleinräumiges Klima beeinflusst die übergeordnete
Wetterlage.
Besprechung - Offenes Haus
Das Offene-Haus ist wie ein Tag-der-offenen-Tür in der Technischen Universität
Berlin. Unter anderem bietet es die Möglichkeit für Außenstehende, die sich für das
Projekt und die gesammelten Ergebnisse interessieren, eine ausführliche Information
über die Messmethoden, dem Aufbau und der Projektgliederung zu bekommen. Im
Plenum werden Gedanken und Anregungen für die bevorstehende Veranstaltung
gesammelt und einzeln diskutiert. Neben dem Inhaltlichen spielen Bilder für die
geplante Powerpoint präsentation eine wichtige Rolle. Sie sollten vor allem eine
veranschaulichende und exemplarische Funktion haben. Alex schreibt die
Gliederung auf das Clipchart: Eine zwei-minütige Einleitung, drei Minuten zur
Nennung des Materials und der Messmethodik, die Ausgewählten Messergebnisse
sollen in acht Minuten besprochen werden, ein entsprechendes Fazit zum Abschluss
sollte nicht mehr als zwei Minuten dauern.
Vorstellung des Layoutkonzepts
Michael muss das Plenum leider aufgrund eines wichtigen Termins verlassen. Dabei
spricht er sich mit David ab, wie er das Titelblatt konzipiert und kreiert hat.
David stellt es in der Runde vor und erhält kontruktive Kritik zum Layout des
Titelblattes. Die Seitenränder können noch mehr platz für die Bilder schaffen und der
Titelsatz könnte auf einem transparenten Bild besser zur Geltung kommen.
TOPs:
1. Begrüßung sowie Verabschiedung der TOPs (10 min)
2. Tag des offenen Hauses (90 min)
3. Wiederhohlung der Paper-Referate (50 min)
5. Layout (10 min)
6. Evaluation (45 min)
Moderation: Michael
Protokoll: David
156
Layout:
Michael soll bis
zum nächsten
Plenum neue
Entwürfe kreiren.
Anhang
Protokollant: David
Moderation: Cortina
TeilnehmerInnen: Britta, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,
Tagesordnung:
10. Tag des offenen Hauses (90 min)
11. Wiederhohlung der Paper-Referate (50 min)
13. Layout (10 min)
14.
Evaluation (45 min)
TOP
Inhalt
1
Begrüßung und Verabschiedung der TOPs und des Protokolls vom 03.06.2012:
Zum Beginn des Plenums fehlt sowohl der Protokollant, als auch der Moderator mit
dem Protokoll des letzten Plenum. Aus diesem Grund stellen die Anwesenden die
TOPs zusammen. Etwas verspätet trifft der Protokollant ein. Cortina übernimmt die
Moderation und das Plenum kann starten. Das Protokoll des 03.06.2012 ist zur
Verabschiedung nicht vorhanden.
Tag des offenen Hauses:
Mareike und Basti die am Tag des offenen Hauses, am Freitag dem 13.06.2012,
unser Projekt vorstellen werden, halten den vorbereiteten Vortrag als Probe vor dem
Plenum. Im Anschluss wird der Vortrag gemeinsam diskutiert und es werden
Verbesserungsvorschläge angebracht.
Titelblatt: Auf dieser Folie sollen Bilder und Logos die mit unserem Projekt direkt
nichts zu tun haben entfernt werden. Dazu gehören beispielsweise ein verwendetes
Foto und das Logo des Geoparkes. Ausserdem fehlt der Projekttitel. Der Titel
„offenes Haus“ kann dafür weggelassen werden. Ausserdem sollen die Teilnehmer
vor den Betreuern genannt werden und deren Titel nicht angegeben werden.
Gliederung: Eine Gliederung fehlt bisher und sollte eingefügt werden. Ausserdem
sollte die Präsentation eine Angabe der Folienzahl haben. Diese soll dem Zuhörer
einen Überblick des Umfangs ermöglichen und das Beziehen späterer Rückfragen
auf einzelne Folien ermöglichen.
Abbildungen: Abbildungen müssen alle beschriftet werden, sowohl Diagramme, als
auch Fotos und andere Darstellungen. Diagramme müssen zudem für Laien
verständlich erklärt werden. Die Achsenbeschriftungen sollen erläutert und die
Graphen mit Verweisen auf den Verlauf oder bestimmte Auffälligkeiten beschrieben
werden. Auch Fachbegriffe sollen jeweils für jedermann verständlich eingeführt
werden.
WEBGEO: Das WEBGEO muss, wenn es namentlich und mit Bild erwähnt wird,
genauer beschrieben werden. Der Vorschlag von Marco ist jedoch, nur zu erwähnen,
dass wir uns per eLearning Grundlagen angeeignet haben, ohne weiter darauf
einzugehen.
Exkursionsgebiet: Die Einführung ins Exkursionsgebiet sollte mit einer Karte
beginnen. Auf dieser Karte kann unser Aufenthaltsort, der Standort der AWS sowie
die Exkursion in den Harz gezeigt werden. Die wichtigen Orte können zudem durch
Fotos veranschaulicht werden. An dieser Stelle sollte auch darauf eingegangen
2
Ggf. To Do
(was, wer, bis
wann)
157
3
werden, dass sowohl automatische Messung mit den AWS über den ganzen
Exkursionszeitraum als auch manuelle Messungen während den Tagesausflügen
durchgeführt wurden. Aus diesem Grund sollte sowohl ein Foto einer AWS, als auch
ein Foto auf dem man sieht wie manuelle Messungen durchgeführt werden eingefügt
werden.
Ausführung Vegetationsstufen: Auf dem Diagramm sollte die Angabe über den
abgezogenen Temperaturgradient entfernt werden. Dafür können auch hier das
Verständnis fördernde, typische Fotos der unterschiedlichen Höhenstufen eingefügt
werden.
Ausführung Bowen-Ratio: Als Einstieg fehlt eine Fragestellung. Diese soll beinhalten,
dass Unterschiede zwischen einem ‚trockenen’ und einem ‚feuchten’ Standort
anhand der Bowen-Ratio untersucht werden. Die Bowen-Ratio und die beiden
Wärmeströme aus denen die Bowen-Ratio berechnet wird sollen knapp und
verständlich erklärt werden. Aus dem Diagramm soll der Verlauf der Differenz
entfernt werden. Zudem kann auch hier der ‚trockene’ und der ‚feuchte’ Standort für
die Zuschauer durch Fotos verbildlicht werden.
Fazit: Im Fazit dürfen keine neuen Begriffe eingeführt werden. Es soll sich nur auf die
präsentierten Inhalte beziehen. Die Gruppe hat im Anschluss an das Plenum
nochmal geholfen, dass Fazit kurz und knapp auf den Punkt zu bringen. Die
geplanten Fotos die bei der Probe im Hintergrund liefen während dem Fazit sollen
erst während der anschliessenden Diskussion eingeblendet werden.
Wiederhohlung der Paper-Referate:
Zwei Gruppen halten den Vortrag zu ihrem Paper nochmal, da in der Woche zuvor
nicht alle Gruppenmitglieder anwesend waren. Dies waren zum einen Mareike und
Natascha mit ihrem Paper über geländespezifische Auswirkungen auf den
Niederschlag und zum anderen Cortina und Cosima mit dem Vergleich der
Lufttemperatur eines Nord- und eines Südexponierten Standorts im Harzer Vorland.
Zum ersten Referat wurden folgende Ankmerkungen gemacht: Zur Erklärung des
verzögerten Startes des Niederschlagsereignisses an den beiden Standorten wäre
es interessant, die Windrichtungen zu dieser Zeit zu betrachten. Die Berechnung des
entstanden Taus in ml sowie der Einfluss des Regens auf die Taubildung wären
ebenfalls weiterzuführende Ansätze. Allgemein sollte mit nicht belegbaren Aussagen
speziell bei den Ergebnissen vorsichtig umgegangen werden.
Nach dem zweiten Referat wurden ebenfalls einige Anmerkungen gemacht. Zur
Darstellung von zeitlich kurzen Phänomenen sollte nur das Zeitfenser in dem das
Phänomen stattfand betrachtet werden. Beim Arbeiten mit den Daten der
Globalstrahlung, sollte die Nacht weggelassen werden. Beispielsweise um eine
Korrelation zwischen der Globalstrahlung und der Lufttemperatur zu untersuchen.
Um die Schwankungen der Temperaturen zwischen den beiden Standorten zu
verdeutlichen, müsste man sich auf die Temperaturen ab etwa 14°C konzentrieren.
Unter 14°C sind die Unterschiede zwischen den Standorten sehr gering.
Allgemein wurde nochmal darauf hingewiesen, dass auf Füllwörter verzichtet werden
soll und dass die Diagramme einheitlich beschriftet werden sollen.
158
Anhang
4
5
6
Paper Club:
Der Artikel „Zukunftsperspektive der Umweltmeteorologie“ wird unter der Leitung von
Cosima und Natascha diskutiert.
Es handelt sich um einen Überblicksartikel, der zum einen aufzeigt, welche
Fachbereiche für die Umweltmeteorologie eine Rolle spielen und zum anderen,
welche offenen Fragen und ungelösten Probleme noch bestehen.
In den ersten 3 Kapiteln wird der aktuelle Forschungsstand beschrieben und der
Zuständigkeitsbereich der Umweltmeteorologie abgesteckt. Dabei entsteht die
Diskussion, ob letzterer etwas großzügig angesetz ist und ob die genannten Gebiete
sich nicht oft beispielsweise auch mit den Kompetenzen der Landschaftsplanung
überschneiden. Die Gruppe diskutiert daraufhin, wie wichtig es ist, sein Sachgebiet
zu definieren und Handlungsbedarf aufzuzeigen, gerade auch um finanzielle Mittel
zu erhalten. Wir betrachten gerade diesen Punkt als eine der Hauptmotivationen der
Autoren, diesen Artikel zu verfassen. Ausserdem wird besprochen, wo sich die
Zuständigkeiten
der
Landschaftsplanung
und
der
Umweltmeteorologie
unterscheiden. Das Fazit ist, dass zum einen die Umweltmeteorologie immer den
Menschen im Fokus hat und dem Naturschutz nicht verpflichtet ist. Zudem ist der
Ansatz rein naturwissenschaftlich und theoretisch. Die Landschaftsplanung hingegen
betrachtet auch Einwirkungen, Ursachen und Folgen für Flora und Fauna und wenn
es um den Mensch geht, kommt auch ein sozialwissenschaftlicher Aspekt hinzu. Die
meisten Projektteilnehmer sehen die beiden Fachbereiche weniger als Konkurrenten,
denn als Partner mit einem hohen Potential zur Zusammenarbeit.
Im letzten Kapiel geht es um die Zukunftsperspektiven der Umweltmeteorologie. Es
wird kritisiert, dass diese nur aufgezählt und nicht diskutiert werden. Die Intention der
Autoren ist, aufzuzeigen, dass noch Handlungsbedarf besteht. Herausgestellt wird
zum einen die Handhabung von Problemen auf globalem Maßstab (z.B.
Klimawandel) und zum anderen das gerade in Schwellen- und Entwicklungsländern
die Umweltmeteorologie noch keine wichtige Rolle spielt und Handlungsbedarf
besteht. Allgemein bezeichnet die Projektgruppe die Auseinandersetzung mit
Fragestellungen der Umweltmeteorologie oder der Landschaftsplanung als
Wohlstandserscheinung.
Als Fazit ist sich das Projekt einig, dass der Artikel einen passenden Schluss unserer
Paper-Club-Reihe bildet. Er hilft dabei den studierten Fachbereich in der
naturwissenschaftlichen Welt einzuordnen und gibt interessante Denkanstösse für
die Zukunft.
Layout
Das Layout wird kurz angesprochen, da die Varianten des Titelblattes, die auf heute
erstellt werden sollten, fehlen.
David gibt kurz ein paar Anmerkungen zum Stand der Dinge des Projektberichtes.
Es werden kleine Änderungen im Text angesprochen und entschlossen, dass die
Gruppe diese beim gegenlesen überprüft. Ausserdem wird die Gruppe gebeten, die
excel-Diagramme als *.xls-Datein zu schicken, um Anpassungen bezügich
Einheitlichkeit zu ermöglichen.
Cortina, die keine Möglichkeit hatte ein Protokoll zu verfassen, wird David als
Unterstützung beim layouten des Projektberichtes zugeteilt. Da die Weiterarbeit
Michas als ungewiss betrachtet wird.
Evaluation
Als letzter Punkt führt die Projektgruppe unter der Moderation von David die
Evaluation durch. Da der Raum abgegeben werden muss, geschieht dies im Garten
und Marco und Britta verlassen uns vorzeitig.
Jeder Projektteilnehmer schreibt für sich jeweils zwei Punkte auf die ihm gefallen
bzw. missfallen haben. Dannach trägt die Gruppe alle Punkte zusammen und
diskutiert diese. Aus dem Pool an Anmerkungen, Loben und Kritiken werden zwei
positive und zwei negative Aspekte ausgewählt.
negativ
- Viele Projektteilnehmer empfanden die Plena oft etwas unstrukturiert und langat
mig. Bei Diskussionen wurde sich nicht gemeldet, bei Entscheidungen wurde oft
keine Abstimmung durchgeführt und Referenten wurden regelmässig unterbrochen.
159
Die Gruppe führt dies auf eine schwache Moderatoren-Rolle, die oftmals von
Projektleiter Marco übernommen wurde, zurück. Aus diesem Grund ist sich die
Gruppe einig, dass die Rolle des Moderators klar definiert werden und gewichtiger
ausfallen, sowie, dass Marco sich in seiner Rolle als Leiter manchmal etwas
zurückhalten sollte.
- Ein weiterer Punkt war, dass Erwartungen bei Aufgabenstellungen oft nicht klar
kommuniziert wurden. So wurden den Teilnehmern oft große Freiheiten eingeräumt,
im Anschluss jedoch verkündet, dass konkrete Vorstellungen, wie das Resultat
ausschauen soll, vorhanden sind. Als Beispiel ist die Organisation der Exkursion zu
nennen. Die Organisationsgruppe hatte sich bereits um eine Unterkunft bemüht, als
klar wurde dass schon eine Unterkunft geplant war.
positiv
+ Gelobt wurde, dass sich beide Betreuer viel Zeit für das Projekt und die einzelnen
Teilnehmer genommen haben. Bei den zu bearbeitenden Aufgaben wurden
anstehende Fragen stets beantwortet und viel Input gegeben. Dadurch sind sich die
Teilnehmer einig, dass anschauliche Resultate erziehlt wurden, obwohl der
Sachbereich und die anzuwendenden Methoden für die meisten Neuland war. Um
der Problematik mit den oft sehr lange dauernden Plena entgegenzuwirken, wurde
der Vorschlag geäussert, diese Betreuung in Einzelbesprechungen zu machen,
während der Rest der Teilnehmer beispielsweise an ihren eigenen Ausarbeitungen
feilen kann.
+ Sehr gelungen empfanden die Teilnehmer desweiteren den Aufbau des gesamten
Projektes, sowohl inhaltlich, als auch zeitlich. Man wurde Schritt für Schritt an das
Endresultat herangeführt und hatte für die jeweiligen Aufgaben angemessene Zeit
zur Verfügung. Das Projekt wurde generell als sehr interessant und lehrreich
bewertet.
Nächster Termin: Tag des offenen Hauses 13.07.2012 10:00 - 10:00-12:00 / 15:00-17:00 EB 202
Der Termin des offenen Hauses ist für die Projektteilnehmer Pflicht.
Das Projekt wird in der 1. Session zwischen 10:40 und 11:00 vorgestellt. Den Vortrag halten Basti und
Mareike.
160

1 Orientierungsprojekt MAKRO vs. mikro Landschafts

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