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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Methoden der

Methoden der Verdunstungsbestimmung 44 ___________________________________________________________________________

Methoden der Verdunstungsbestimmung 45 ___________________________________________________________________________ 4.5 Messung und Berechnung des turbulenten Feuchteflusses 4.5.1 Eddy-Korrelations-Methode "Unter Turbulenz versteht man eine zeitlich und räumlich nichtstationäre, zufällig und gewissermaßen "chaotisch" wirkende Strömungs- und Bewegungsform, die sich einstellt, wenn Effekte der Massenträgheit, die durch zufällige Störungen angestoßen werden, nicht mehr durch die molekulare Viskosität des bewegten Mediums gedämpft werden können" (ROEDEL 1994, S. 242). Die Turbulenz ist die normale Strömungsform der Atmosphäre. Die Größe der Turbulenzelemente, die man sich oft vereinfachend als instationäre Wirbel vorstellt, reicht dabei von der planetarischen Dimension bis in den Millimeterbereich. Die Turbulenzenergie entsteht vorrangig in relativ großen Turbulenzelementen und verteilt sich dann kaskadenartig auf immer kleinere Wirbel (ROEDEL 1994). Aufgrund der molekularen Reibung und der damit verbundenen Umwandlung kinetischer Energie in Wärme ist die Fortpflanzung turbulenter Luftbewegungen und die Dissipation ihrer Energie in immer kleineren Wirbeln begrenzt. Bei labilen Schichtungsverhältnissen entspricht der Durchmesser der Wirbel in der Grenzschicht (etwa 0 - 1 km) etwa ihrem Abstand zur Erdoberfläche (HANTEL 1996). Die turbulente Durchmischung der Luft führt zu einem Wasserdampftransport mit dem Konzentrationsgefälle und wirkt damit in ähnlicher Weise wie die molekulare Diffusion. Im Vergleich zu dieser ist die turbulente Diffusion allerdings der wesentlich effizientere Prozess. An fest installierten Instrumenten sind diese Turbulenzen als Fluktuationen messbar. Der Feuchtetransport bzw. die Nettoflussdichte des Wasserdampfes sind davon abhängig, wie diese Fluktuationen und der Wasserdampfgehalt miteinander korreliert sind. Eine mathematische Beschreibung des vertikalen Wasserdampftransportes wird in folgendem dargestellt: Wenn mit q die spezifische Feuchte (Wasserdampfgehalt in g / kg) der Luft und ω die vertikale Geschwindigkeit der Luft (m / s) als stetige Funktionen der Zeit (f[t]) gegeben sind sowie q und ω die entsprechenden Mittelwerte für einen Bezugszeitraum t0 - t1, dann lassen sich die Abweichungen q' und ω' von den Zeitmitteln so definieren, dass gilt: _ (4.5-1) q = q + q' und _ (4.5-2) ω = ω + ω'.

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