Teilprojekt Freilandmessung
Ziele:
- Messtechnische Erfassung und Analyse der Strömung und Flüsse (Impuls und Wärme) entlang eines Transektes durch einen heterogenen Waldbestand mit hoher räumlicher (horizontal ca. 50 m, vertikal vegetationsabh. ca. 10 m) und zeitlicher Auflösung (20 Hz)
- Analyse der Eigenschaften der turbulenten Strömung und
Klassifikation von Zuständen
- Umfassende Bestandesaufnahmen (u.a. Vermessung von
Einzelbäumen) mit geodätischen Methoden, Erfassung der
räumlichen Verteilung der Vegetation mittels 3D-Laser-Technik
und Bestimmung von Strukturparametern des
Bestandes.
- Bestimmung von Modellparametern (Widerstandsbeiwerte und
Mischungsweglänge) unter Nutzung der Vegetationsstruktur und
der Strömungsmessungen
- Aufbau einer Datenbank mit einem Referenzdatensatz zur
Validierung von Ergebnissen numerischer Modelle
Verantwortliche Einrichtung:
Überblick zu den Messungen
Vegetationsaufnahme
In der ersten Projektphase wurde der Standort Ankerstation Tharandter Wald (ASTW, Grünwald & Bernhofer, 2007) mit einer bisher nicht vorhandenen Detailtreue vermessen. Die Ergebnisse der Vermessung wurden u. a. zur Erstellung des physischen Modells im Windkanal genutzt. Neben einer detaillierten klassischen Einzelbaumvermessung (Lage, Brusthöhendurchmesser, Höhe und Kronenausdehnung) wurde das Modellgebiet in Zusammenarbeit mit der Professur für Photogrammetrie der TU Dresden durch einen Laserscanner aufgenommen. Der Bestand wurde dabei vom Boden und aus 40m Höhe gescannt, wodurch auch die für die Strömung relevante Oberseite der Baumkronen aufgenommen wurde. Eine nähere Beschreibunng finden Sie auf der Seite Standortvermessung.
Wind- und Temperaturmessungen
Zeitraum 01.05.2008 – 01.5.2009
Basierend auf den Erkenntnissen aus Messkampagnen zur Erfassung
der Advektion von Spurengasen und Energie (Feigenwinter et al.,
2004, Moderow et al., 2006, Feigenwinter et al. 2008) wurde die
bestehende Infrastruktur im Messgebiet (ein 42m Messturm) um
drei Messtürme (40m, 40m, 30m) und fünf bodennahe Messstandorte
(2 m) erweitert. Entlang eines Transektes über die Waldlichtung
„Wildacker“ wurden so Windprofile an den 4 Turmstandorten
bestimmt und durch die Messungen in 2 m Höhe ergänzt (siehe
Seite Aufbau der Messanlage,
Abb. 2).
Mit insgesamt 25 Ultraschall-Anemometern (Sonics) wurde an 32
Messpositionen die turbulente Strömung um die Waldlichtung
„Wildacker“ aufgezeichnet. Dabei wurde an 19 Positionen über
den ganzen Zeitraum gemessen. Ab dem 06.08.2008 wurden 6
weitere Sonics auf insgesamt 13 weiteren Positionen für kürzere
Zeitabschnitte eingesetzt um die Profile räumlich zu
verdichten.
Die Messungen erfolgen mit einer Frequenz von 20 Hz, so dass
die Strömung in dem für den turbulenten Austausch relevanten
Spektralbereich vollständig erfasst wird und die Spektren der
turbulenten Impuls- und Wärmetransporte untersucht werden
können (Spank und Bernhofer, 2008).
Als Erweiterung zum Aufbau wurden feine Thermoelemente (Typ: E,
Chromel-Konstantan, Dicke: 12,5 μm) an den Messtürmen auf der
Lichtung und im Bestand installiert, die eine exakte Erfassung
der Temperaturprofile erlauben.
Ausgewählte Ergebnisse
der Windmessungen und in der Datenbank des Pojektes zu finden.
Quellflächenexperiment "Black-Days"
Zeitraum: 26.9.08 13:00 - 30.9.08 13:00
In einer Intensivmessperiode wurde eine Manipulation der
Quellen, insbesondere des sensiblen Wärmestroms vorgenommen,
indem 2000 m² der Lichtung Wildacker mit einer schwarzen Folie
überzogen wurden. Die Messung der Strahlungsbilanz erfolgte
über dem Wald und auf der Lichtung über Gras und über der
schwarzen Folie. Die künstliche Oberfläche setzte die
eingehende Energie aus der Strahlungsbilanz nahezu vollständig
in sensible Wärme um, deren Transport mit dem oben
beschriebenen Netz aus US-Anemometern und Thermoelementen
verfolgt wurde. Weiterhin kam eine Thermalkamera zur Bestimmung
der Oberflächentemperaturen zum Einsatz.
Bilder:
Aufbau der Freilandmessungen (alle Fotos © Professur für
Meteorologie)
(März/April 2008)