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Ozon, CO2 und Energie inkl. Wasserdampf

Ozon, CO2 und Energie inkl. Wasserdampf-1

Richtung und Ausmaß der vertikalen Flussdichten von Spurengasen, fühlbarer und latenter Wärme sowie Aerosolbestandteile zwischen Phytosphäre/Pedosphäre und der bodennahen Atmosphäre werden durch eine Vielzahl von Einflussgrößen bestimmt, von denen die wichtigsten für Spurengase in nebenstehender Tabelle zusammengestellt sind.

Von entscheidender Bedeutung ist dabei die atmosphärische Turbulenz und die damit verbundenen Transporteigenschaften der Atmosphäre. Im Gegensatz zu geordneten Strömungen sind Turbulenzen durch stochastische Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung und Stärke charakterisiert. Die Turbulenzelemente stellt man sich dabei als "Wirbel" (eddies) vor, die räumlich und zeitlich nichtstationär und in der Regel sehr unregelmäßige Gebilde sind. Die Entstehung der turbulenten Luftverwirbelungen ist auf zwei Prozesse zurückzuführen. Zum einen handelt es sich dabei um Turbulenzanregung durch Auftriebskräfte, zum andern um die sog. dynamische Anregung.

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In den vergangenen Dekaden hat die Entwicklung von Messmethoden zur Quantifizierung des Austausches von Energie und gasförmigen Luftbeimengungen zwischen bodennaher Atmosphäre und terrestrischen Ökosystemen große Fortschritte gemacht. In Abhängigkeit von der eingesetzten Methode sind die Befunde repräsentativ für Flächen unterschiedlicher Ausdehnung.

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Zur Quantifizierung der o.a. Flussdichten werden das Eddy-Kovarianz-Verfahren sowie Gradientenverfahren eingesetzt, die der Methodengruppe 3 in vorstehender Abbildung (micrometeorological tower measurements) zuzurechnen sind.

Dem Verfahren der eddy correlation oder eddy covariance das erstmals von Swinbank (1951) eingesetzt wurde, kommt dabei eine besondere  Bedeutung zu, da es das einzige allgemein anwendbare direkte Messverfahren zur Bestimmung des Energie- und Stoffaustausches zwischen Phytosphäre und bodennaher Atmosphäre ist. Der vertikale Austausch von Spurengasen ist hierbei gegeben durch das zeitliche Mittel der Produkte der Fluktuationen der Partialdichte des betrachteten Spurengases und der vertikalen Windgeschwindigkeit.

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Gut dokumentiert in der meteorologischen Literatur ist das sog. aerodynamische Profilverfahren, das auf der Monin-Obukhov-Similaritätstheorie beruht. Hierbei werden die Flussdichten aus den Profilen von horizontaler Windgeschwindigkeit und Lufttemperatur sowie den Spurengaskonzentrationen abgeleitet.

Anzumerken ist, dass die Genauigkeit dieser Methode abnimmt, je geringer die Gradienten von horizontaler Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur und Gaskonzentration sind.

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Eine Beschreibung der verschiedenen mikrometeorologischen Verfahren zur Bestimmung vertikaler Flussdichten sowie der notwendigen Voraussetzungen, die für ihre Anwendung erfüllt sein müssen, findet sich bei:

     Grünhage, L., Haenel, H.-D. & Jäger, H.-J. (2000): The exchange of
     ozone between vegetation and atmosphere: micrometeorological
     measurement techniques and models. Environmental Pollution 109,
     373-392.