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FU Berlin
Digitale Dissertation

Gunnar Böhm :
The real evapotranspiration of fenland areas
Determination and parameterization with the Penman-Monteith concept
Die reale Evapotranspiration von Niedermoorgebieten

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Abstract

The description of the real evapotranspiration of vegetation covered land surfaces is partly affected with considerable errors, especially for those landscapes, where the influence on the energy balance was not investigated in detail as yet.

An example for such a landscape is the fenland area. It is characterized by a water availability above the regional mean and a well developed vegetation. In this study, the effects of these properties are examined, quantified and described with the PENMAN-MONTEITH equation. This method is a relatively simple, but physically correct way, to implement the results into the mesoscale climate modelling.

Basically, the determination of the real evapotranspiration is performed by detailed investigations of the hydrological and meteorological landscape properties. The vegetation layer is an important link between these processes and has a remarkable influence on the latent heat flux.

High resolution time series of the measured groundwater height and the meteorological parameters resulted in evapotranspiration rates with magnitudes significantly above the regional mean. The results were verified by comparisons with lysimeters as well as by model calculations. In this context, the sampling of the requested data sets inside the questionable region has to be mentioned as a particular advantage.

The inclusion of all relevant meteorogical, hydrological and botanical influences and the verification of the results with different methods led to a high reliability of the results. They show that the latent heat flux of a fen is often underestimated. Dependant from the area size, covered by fens, this can cause significant errors in the mesoscale climate modelling. This is also valid for similar landscapes like riverbanks and well watered meadows.

Table of Contents

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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

More Information:

Online available: http://www.diss.fu-berlin.de/2001/157/indexe.html
Language of PhDThesis: german
Keywords: evapotranspiration, fen, penman-monteith, groundwater ,mesocale climate modelling
DNB-Sachgruppe: 31 Geowissenschaften
Date of disputation: 17-Jul-2001
PhDThesis from: Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin
First Referee: Prof. Dr. Martin Claußen
Second Referee: Prof. Dr.-Ing. Joachim Quast
Contact (Author): gunnar.boehm@gmx.net
Contact (Advisor): claussen@pik-potsdam.de
Date created:16-Aug-2001
Date available:22-Aug-2001

 

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