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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Methoden der

Methoden der Verdunstungsbestimmung 38 ___________________________________________________________________________ (4.4-1) Qx = Q - QE - QL - QW + QV + QP mit: Qx ... Wärmeumsatz bzw. -inhaltsänderung im Wasserkörper, Q ... Nettostrahlung bzw. Strahlungsbilanz an der Seeoberfläche, QE ... latente Wärme im Wasserdampfstrom (Verdunstungswärme), QL ... Wärmeaustausch bzw. Strom fühlbarer Wärme, QV ... advektiv zugeführte Energie bzw. laterale Wärmeströme durch seitliche Bezugsflächen, insbesondere Wärmeströme in Zu- und Abflüssen, QW ... Energie, die durch Advektion der verdunsteten Wassermengen weggeführt wird sowie QP ... Niederschlagswärmestrom. QV und QP erreichen oftmals negative Werte. Die Angaben erfolgen üblicherweise in J*cm -2 *d -1 , in älteren Darstellungen auch in cal * cm -2 * d -1 (1 cal = 4,1868 J, 1 J = 1 Nm = 1 m 2 * kg * s -2 = 1 Ws). Der Wärmeumsatz (Qx) berechnet sich aus der spezifischen Wärme des Wassers als konstanter Größe und den Wasservolumina zum Beginn und zum Ende des Bilanzzeitraumes sowie deren Eigenschaften: (4.4-2) Qx = c * (ρ1 * V1 * [t1 - tR] - ρ2 * V2 * [t2 - tR]), mit: c ... spezifische Wärme des Wassers, ρ1, ρ2 ... Dichte des Wassers bei t1, t2, V1, V2 ... Wasservolumina zum Beginn und zum Ende des Bilanzzeitraumes, t1, t2 ... mittlere Temperatur des Wasserkörpers (volumengewichtet) jeweils zum Anfang und Ende des betrachteten Zeitraumes, und tR ... Referenztemperatur (i. d. R. 0°C). Aus den Strahlungsbilanzen im kurzwelligen (Qk) und im langwelligen Bereich (Ql) läßt sich die Nettostrahlung (Q) bestimmen: (4.4-3) Q = Qk - Ql . Der Strahlungssaldo im kurzwelligen Bereich ergibt sich entsprechend (4.4-4) Qk = QG (1 - a) aus der Globalstrahlung (QG), als Summe aus direkter Sonneneinstrahlung und diffusem Him-

Methoden der Verdunstungsbestimmung 39 ___________________________________________________________________________ melslicht abzüglich des reflektierten Anteiles der eintreffenden Strahlung. Die Globalstrahlung wird mit Pyranometern gemessen. Bei fehlenden Messungen werden zumeist Berechnungen mit Hilfe empirischer Gleichungen vorgenommen. Die Verfahren, die im Wesentlichen dem Ansatz von ÅNGSTRÖM (1924) (Gl. 5.3-1) folgen, werden detailliert im Abschnitt 5.3 behandelt. Der reflektierte Anteil der Globalstrahlung wird von der Albedo (a), dem Reflektionsvermögen der Wasserfläche bestimmt. Die Albedo ist als Quotient aus dem reflektierten Anteil (QRK) der kurzwelligen Strahlung und der Globalstrahlung (QG) definiert: (4.4-5) a = 100 * QRK * QG -1 . Das Reflexionsvermögen (a) ist von den Eigenschaften der bestrahlten Oberflächen und der Sonnenhöhe bzw. dem Einstrahlungswinkel abhängig. Angaben zum Reflexionsvermögen von Wasseroberflächen sind aufgrund der zeitlichen Variabilität beider Einflussfaktoren als Richtwerte zu betrachten. BAUMGARTNER & LIEBSCHER (1996) gehen von folgenden durchschnittlichen Werten des Rückstrahlungsvermögens (in %) aus: Oberflächen von Binnengewässern 5 - 15 %, See-Eis 30 - 40 %, Schnee, frisch 70 - 95 %, Altschnee 40 - 70 %. Für Wasseroberflächen gibt DIRMHIRN (1964) folgende Werte der Reflexion der kurzwelligen Strahlung in Abhängigkeit von der Sonnenhöhe an: Tab. 4-6: Reflexion kurzwelliger Strahlung an Wasseroberflächen als Funktion der Son- nenhöhe (aus: DIRMHIRN 1964) Sonnenhöhe (°) reflektierter Anteil der kurzwelligen Strahlung (%) 2 8 6 5 67 10 40 15 26 Die Vielfalt der Einflussgrößen sowie ihre zeitliche und räumliche Variabilität erschweren die messtechnische Erfassung und rechnerische Ermittlung des reflektierten Anteiles der Globalstrahlung. Die effektive Ausstrahlung bzw. der Strahlungssaldo im langwelligen Bereich (Ql) berechnet sich analog 20 17 25 12 30 8,5 40 5 50 3 60 2,8 70 2,7

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