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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Methoden der

Methoden der Verdunstungsbestimmung 22 ___________________________________________________________________________ bodennahen Luftschicht ("Flux-Methode" bzw. "Eddy-Korrelations-Methode"). Insbesondere das letztgenannte Verfahren basiert auf sehr intensiven Messungen hoher Genauigkeit und zeitlicher Dichte. 5. Ermittlung der Verdunstung mittels empirischer und semiempirischer Gleichungen: Diese berücksichtigen in der ersten Gruppe (Massentransportgleichungen) vor allem die Windgeschwindigkeit in einer bestimmten Bezugshöhe über der evaporierenden Oberfläche und das Dampfdruckgefälle zwischen beiden Niveaus. Bei den Kombinationsgleichungen werden deterministische Elemente, die Teile des Wärme- und/ oder Wasserhaushaltes beschreiben, mit empirischen Elementen zu einer mathematischen Näherungslösung der Verdunstungsermittlung verknüpft. In beiden Fällen werden statistische Eichungen der Funktionen an Evaporimeterdaten oder anderweitig ermittelten Verdunstungswerten vorgenommen. Neben den Massentransport- und Kombinationsgleichungen gibt es eine Vielzahl empirischer Lösungen, die sich in keine der oben genannten Gruppen exakt einordnen lassen. Die vorliegende Darstellung folgt dieser Systematik. Zusätzlich werden folgende methodische Ansätze der Verdunstungsermittlung kurz diskutiert: 6. Isotopenhydrologische Methoden: Da es verschiedene Isotope sowohl des Wasserstoffs, als auch des Sauerstoffs gibt, existieren unterschiedliche Varianten des Wassermoleküls. Die leichteren Molekülmodifikationen verdunsten aufgrund des geringeren Dampfdruckes schneller als schwerere. Es kommt daher an der Phasengrenze flüssig - gasförmig zu einer Isotopentrennung. In Kenntnis einer Vielzahl von Rahmenbedingungen ist es möglich, durch Ermittlung der Konzentrationen eines oder mehrerer Isotope im Wasserkörper eines Sees am Beginn und am Ende einer Verdunstungsperiode diese Isotopenfraktionierung und damit die Evaporation zu quantifizieren. 7. Fernerkundung: Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Oberflächentemperaturen großer, offener Wasserflächen aus ihrer Ausstrahlung im infraroten Bereich zu bestimmen. Die Verdunstung ist dann über empirische Beziehungen ableit- und abschätzbar. Ein weiterer Ansatz der flächenhaften Verdunstungsabschätzung beruht auf der Einbeziehung multispektraler Daten bei der Extrapolation meteorologischer Punktmessungen auf größere Flächen. Für kleinräumige Untersuchungen der Evaporation freier Wasserflächen mit höheren Anforderungen an die Genauigkeit der Resultate dürften Fernerkundungsmethoden aber ohne Bedeutung sein.

Methoden der Verdunstungsbestimmung 23 ___________________________________________________________________________ 4.2 Atmometer- und Evaporimetermessungen Bereits im 17. und 18. Jahrhundert gab es Versuche, die Verdunstung freier Wasserflächen messtechnisch zu erfassen. Die Untersuchungen dienten mehr der Erforschung allgemeiner Gesetzmäßigkeiten des Verdunstungsvorganges als einer exakten Quantifizierung. Verdunstungsbehälter bzw. -gefäße unterschiedlicher Größe und Bauart fanden Anwendung. Methodische Probleme und Ergebnisse der Betrachtungen wurden beispielsweise von LAMBERT (1769) und dem Schweizer DE SAUSSURE (1784, zit. nach LÜTSCHG-LOETSCHER ET AL., 1946) diskutiert, der bereits damals die Rahmenbedingungen der Verdunstungsmessung formulierte. "Das Gerät muß voll Wasser sein, sich soweit als möglich in der nämlichen Lage wie das Wasser befinden, womit man es vergleicht (also, wie oben gesagt, schlechterdings auf dem Wasser, und zwar bis zur Höhe des darin enthaltenden Wassers schwimmen), oder es müsste in der Erde so tief eingesenkt sein, als das Wasser darinnen hoch steht. Zugleich müsse das Gefäss wie das Wasser der Seen von der Sonne, den Winden und von allen Zufällen und Veränderungen der äusseren Luft getroffen werden können. Endlich müsste ein Niederschlagsmesser neben dem Verdunstungsgefäss aufgestellt werden." (DE SAUSSURE 1784, PAR. 249). Spätere Messungen erfolgten vielfach mittels kleiner wägbarer Verdunstungsschalen, sogenannter Wildscher Waagen, die im Allgemeinen eine Oberfläche von 250 cm 2 bei einer Tiefe von 2,5 cm aufweisen (WMO 1966). Sie wurden und werden meist in meteorologischen Hütten untergebracht und lieferten, aufgrund der Abschwächung des Windes und der Abschirmung der direkten Sonneneinstrahlung, relativ geringe Werte. Auch heute noch werden Wildsche Waagen von Instrumentenherstellern angeboten und in der Routine meteorologischer Untersuchungen eingesetzt (SCHRÖDTER 1985). Zum Teil wurden auch Geräte (Atmometer, Evaporometer) mit wassergesättigter Oberfläche, zum Beispiel Fließpapier (Piche-Atmometer) und Ton- oder Porzellankörper angewandt, deren Befeuchtung meist durch kapillaren Aufstieg des Wassers aus einem skalierten Vorratsbehälter erfolgt. Eine Kombination von Regen- und Verdunstungsmesser findet sich im Wasserbilanzschreiber nach KLAUSING (1970). Der Bezug zur Verdunstung freier Gewässeroberflächen ist aufgrund der spezifischen Besonderheiten der einzelnen Geräte aber nur bedingt gegeben. Einen kurzen Überblick über ausgewählte Geräte zur Verdunstungsmessung gibt Tab. 4-1.

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