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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Ermittlung ausgewählter

Ermittlung ausgewählter Eingangsgrößen 74 _________________________________________________________________________ Dabei wird der Niederschlagsgewinn volumetrisch in einer Sammelkanne erfasst. An ausgewählten Stationen werden auch Niederschlagsmesser im Niveau des Erdbodens exponiert. An Gebirgsstationen finden aufgrund des größeren Anteiles fester Niederschläge zum Teil Geräte mit größerer Auffangfläche (500 cm 2 ) in unzugänglichem Gelände auch Totalisatoren, die den Niederschlag längerer Perioden auffangen und sammeln, Einsatz. Die zeitliche Verteilung der Niederschläge wird mit Regenschreibern festgehalten. Hier wird eine kontinuierliche Messung mit Hilfe verschiedener gerätetechnischer Varianten (Schwimmer, Waagen, Kippwaagen, Schreibeinrichtungen auf Papier, elektronische Datenerfassung und -weiterleitung etc.) durchgeführt. Bei der Messung der Niederschläge treten Verfälschungen der Messwerte auf, die als systematische Fehler berücksichtigt werden müssen. Die größte Bedeutung besitzt die Deformation des Windfeldes im Umfeld des Gerätes. Regentropfen, vor allem aber feste Niederschläge werden verweht und erreichen somit nur zum Teil die Auffangfläche des Regensammlers. Feste Niederschläge können zum Teil auch aus dem Trichter ausgeblasen werden. Der resultierende Fehler ist naturgemäß im Winter und an windexponierten Stationen am größten. Die Benetzung der Geräteoberfläche stellt eine weitere Fehlerquelle dar. Die in den Tropfen und / oder im Wasserfilm befindliche Wassermenge steht der Messung nicht zur Verfügung. Ein zusätzlicher Verlust tritt insbesondere im Sommer bzw. in warmen Klimaten durch Verdunstung aus dem Sammelbehälter auf. Der systematische Fehler wird in der Größenordnung von etwa 10 % angesetzt, hängt aber von verschiedenen lokalen und aktuellen Bedingungen ab (KARBAUM 1969, REISS ET AL. 1992 u. v. a.). RICHTER (1995) legte für die Verhältnisse des norddeutschen Tieflandes und der südlich anschließenden Mittelgebirge detaillierte Untersuchungen zu den einzelnen Fehlerquellen der Niederschlagsmessung vor. Den Benetzungsverlust des Regenmessers gab er mit bis zu 3 cm 3 bei vollständiger Benetzung des Auffangtrichters und vorhergehender vollkommener Abtrocknung der Oberfläche an. Beide Bedingungen sind aber nicht immer gegeben, so dass aufgrund der unvollständigen Befeuchtung bei Niederschlagsereignissen niedriger Intensität oftmals geringere Werte zu verzeichnen sind. Trotz starker Streuung der Einzelwerte konnten klare Zusammenhänge zwischen Niederschlagsintensität und Benetzungsverlust des Trichters herausgearbeitet werden. Hinzu kommen Benetzungs- und Verdunstungsverluste in und aus der Sammelkanne. Der am gesamten Gerät auftretende Fehlbetrag der Messung wird durch RICHTER mit durchschnittlich 0,22 mm pro Niederschlagsereignis angegeben. Der Windfehler ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Die wichtigsten sind die Exposition der Station, die stellvertretend über die Horizontüberhöhung erfasst werden kann, die Windverhältnisse während der einzelnen Ereignisse und die Niederschlagsart. Die Höhe des Gesamtfehlers der Messung wird von RICHTER (1995) in der Betrachtung von

Ermittlung ausgewählter Eingangsgrößen 75 _________________________________________________________________________ Daten aus ganz Deutschland mit durchschnittlich 8 - 13 % angegeben. Relativ hohe Werte sind dabei für das Tiefland Nordostdeutschlands zu verzeichnen, die geringsten anteiligen Abweichungen aufgrund der meist höheren Niederschlagsintensitäten im Alpengebiet. Für die Niederschlagsmesswerte stellte RICHTER ein relativ einfaches Korrekturverfahren vor: (5.5-1) Nkorr = N + bN ε mit: Nkorr ... korrigierter Niederschlag, N ... gemessener Niederschlag und b, ε ... empirisch bestimmte Konstanten. In der statistischen Anpassung konnten unter Berücksichtigung der Stationslagen und Niederschlagsarten 16 verschiedene Korrekturfunktionen aufgestellt werden. Dabei variiert der Exponent ε für die verschiedenen Niederschlagsarten, während die Konstante b für verschiedene Stationslagen unterschiedlich gewählt wird (Tabelle 5-3). Tab. 5-3: Konstanten b und ε der Niederschlagskorrekturfunktion für Tageswerte nach RICHTER (1995) Niederschlagsart N4 (Sommer) N4 (Winter) N8 ε 0,38 0,46 0,55 Exposition * 2° 5° 9,5° 16° 0,345 0,340 0,535 0,310 0,280 0,390 0,280 0,240 0,305 0,245 0,190 0,185 N7 0,82 0,720 0,510 0,330 0,210 * Horizontabschirmung: 2° ... freie, 5° ... leicht geschützte, 9,5° ... mäßig geschützte und 16° ... stark geschützte Stationslage Durch geeignete Aufstellung der Geräte ist der systematische Fehler der Messung zu verringern. Bei höheren Anteilen fester Niederschläge werden zum Teil Windschutzringe, die ein Ausblasen aus dem Auffangtrichter verhindern sollen, eingesetzt. Zusätzlich finden oftmals Heizsysteme oder Auftaumittel Anwendung. Aus hydrologischer Sicht sind vor allem die Flächen- bzw. Gebietsniederschläge interessant. Sie können mit Hilfe verschiedener Methoden (Mittelbildung, Isohyeten- und Polygonmethode, Bildung von Flächenanteilen über die hypsometrische Kurve usw.) aus den punktuellen Messungen mehrerer, im betrachteten Gebiet betriebener Stationen abgeleitet werden. Dabei ist die mehr oder minder ausgeprägte Beckenlage der Seen zu beachten. Je nach Höhenlage

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