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FU Berlin
Digitale Dissertation

Gunnar Böhm :
Die reale Evapotranspiration von Niedermoorgebieten
Ermittlung und Parameterisierung nach dem Penman-Monteith-Konzept
The real evapotranspiration of fenland areas

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Die Beschreibung der realen Evapotranspiration über bewachsenen Landoberflächen ist teilweise mit erheblichen Fehlern behaftet. Dies gilt insbesondere für Landschaftsformen, die bislang nicht näher auf ihre Eigenschaften bezüglich der Energiebilanz untersucht wurden.

Zu diesen Gebieten gehören die Niedermoore. Sie zeichnen sich vor allem durch eine überdurchschnittliche Wasserverfügbarkeit und eine üppige Vegetation aus. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen dieser Merkmale auf den latenten Wärmefluß ermittelt, quantifiziert und mit Hilfe der PENMAN-MONTEITH-Gleichung mathematisch beschrieben. Dieses Verfahren ermöglicht eine relativ einfache, physikalisch jedoch vollständige Implementierung der Ergebnisse in die mesoskalige Klimasimulation.

Die Grundlage zur Ermittlung der realen Evapotranspiration lieferten differenzierte Untersuchungen der hydrologischen und meteorologischen Standortbedingungen. Die Vegetation fungiert dabei als wichtiges Bindeglied zwischen den jeweiligen Prozessen. Ihr kommt bei der Verdunstung von Landoberflächen eine Schlüsselrolle zu.

Mit Hilfe zeitlich hoch aufgelöster Messungen der Grundwasserverhältnisse und der meteorologischen Parameter wurden auf dem untersuchten Niedermoorstandort ganzjährig überdurchschnittliche Verdunstungsraten ermittelt. Die Ergebnisse ließen sich sowohl durch vergleichende Untersuchungen mit Lysimetern, als auch durch Modellrechnungen verifizieren. Die Durchführung der erforderlichen Messungen unter den natürlichen Standortbedingungen ist in diesem Zusammenhang als besonderer Vorteil zu werten.

Die Einbeziehung aller relevanten meteorologischen, hydrologischen und botanischen Einflußfaktoren hat, zusammen mit der Ergebniskontrolle durch verschiedene Methoden, zu einer hohen Belastbarkeit der Ergebnisse geführt. Sie zeigen auf, daß der latente Wärmefluß über Niedermoorgebieten bislang oftmals unterschätzt wurde. Je nach Flächenanteil, den diese Gebiete einnehmen, kann dies zu signifikanten Unsicherheiten innerhalb der mesoskaligen Klimasimulation führen. Dies gilt auch für ähnlich geprägte Landschaftsformen, wie Flußufer und Auen.

Inhaltsverzeichnis

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Titel und Inhalt
Liste der verwendeten Symbole iii
1. Einleitung 1
2. Grundlagen 4
2.1 Meteorologischer Teil 4
2.1.1 Aktuelle (reale) und potentielle Evapotranspiration 4
2.1.2 Penman-Monteith-Konzept 5
2.2 Hydrologischer Teil 9
2.2.1 Bodenwasser und vertikaler Wassertransport 9
2.2.2 Horizontaler Wassertransport 12
2.3 Bedeutung der Pflanzen für die Evapotranspiration 13
2.3.1 Allgemeines 13
2.3.2 Standortfaktoren und Anpassungsfähigkeit 13
2.3.3 Strahlung und Lichtausbeute 15
2.3.4 Temperatur, CO2-Konzentration und Photosynthese 16
2.3.5 Wasserverbrauch und Wachstum 17
2.4 Landschaftstyp Niedermoor 18
2.4.1 Moorarten, Entstehung und Verbreitung 18
2.4.2 Untersuchungsgebiet "Oberes Rhinluch" 19
2.5 Niedermoor und Evapotranspiration 22
2.5.1 Hypothese 22
2.5.2 Schätzwert der maximal möglichen Verdunstung im Oberen Rhinluch 23
3. Methodik und Daten 25
3.1 Grundkonzept 25
3.2 Auswahl und Instrumentierung der Teilflächen 26
3.3 Übersicht über das Datenmaterial 32
3.4 Entwicklung der Penman-Monteith-Gleichung für die gegebenen Standortbedingungen 33
3.4.1 Allgemeines 33
3.4.2 Direkt bestimmte Variablen der Penman-Monteith-Gleichung 33
3.4.3 Parameterisierte Variablen der Penman-Monteith-Gleichung 34
3.4.3.1 Strahlungsbilanz am Erdboden RN 34
3.4.3.2 Bodenwärmestrom G 39
3.4.3.3 Aerodynamischer Widerstand ra 41
3.4.3.4 Abschätzung des Oberflächenwiderstandes rs 45
3.4.3.5 Fehlerabschätzung der Parameterisierung 48
3.5 Hydrologische Untersuchungsmethoden 52
3.5.1 Allgemeine Wasserbilanz 52
3.5.2 Flächenwasserbilanz 55
3.5.3 Grundwasserganglinien als Bilanzierungsgrundlage 56
3.6 Kontrollverfahren 58
3.6.1 Lysimetermessungen 58
3.6.2 Modellrechnungen 58
4. Ergebnisse 61
4.1 Klimatologische Charakterisierung der Jahre 1995/96 61
4.2 Vergleich der Datenreihen Wall/Paulinenaue 1995/96 - Der Oaseneffekt 62
4.3 Abschätzung der Evapotranspiration im Oberen Rhinluch 1995/96 65
4.4 Bestimmung des Oberflächenwiderstandes aus hydrologischen Messungen 67
4.4.1 Hydrologische Gesamtsituation auf der Fläche GWR17 67
4.4.2 Bestimmung des lateralen Wasserflusses auf der Fläche GWR17 aus der Flächenwasserbilanz 71
4.4.3 Hydrologische Gesamtsituation auf der Fläche Wall 72
4.4.4 Bestimmung des lateralen Wasserflusses auf der Fläche GWR17 aus Grundwasserganglinien 74
4.5 Ermittlung des Oberflächenwiderstandes rs 79
4.5.1 Bestimmung des Oberflächenwiderstandes rs für den August 1995 79
4.5.2 Bestimmung des Oberflächenwiderstandes rs für den August 1996 86
4.5.3 Oberflächenwiderstandes rs in anderen Monaten 88
4.6 Regionalisierung der Ergebnisse 92
4.7 Jahressummen der Evapotranspiration in den Jahren 1995/96 94
5. Diskussion der Ergebnisse 96
5.1 Vergleich mit Lysimetermessungen 96
5.2 Modellierung der Grundwasseroberfläche 97
6. Zusammenfassung und Ausblick 106
Literaturverzeichnis 109
Danksagung 117
Erklärung zu den verwendeten Quellen 118

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2001/157/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: evapotranspiration, fen, penman-monteith, groundwater ,mesocale climate modelling
DNB-Sachgruppe: 31 Geowissenschaften
Datum der Disputation: 17-Jul-2001
Entstanden am: Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Martin Claußen
Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Joachim Quast
Kontakt (Verfasser): gunnar.boehm@gmx.net
Kontakt (Betreuer): claussen@pik-potsdam.de
Abgabedatum:16-Aug-2001
Freigabedatum:22-Aug-2001

 

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