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Instrumentenpraktikum Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung im Studiengang Umweltingenieurwesen Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie.

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Präsentation zum Thema: "Instrumentenpraktikum Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung im Studiengang Umweltingenieurwesen Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie."—  Präsentation transkript:

1 Instrumentenpraktikum Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung im Studiengang Umweltingenieurwesen Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie

2 Kapitel 5 Bestimmung der EnergieFlüsse 5.1 Gradientmethode 5.2 Eddy-Korrelationsmethode 5.3 Bodenwärmestrom LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler

3 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 3 Monin-Obukhov-Gleichungen Ausgangsgleichungen 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode Profilfunktionen sind nur Funktion von z/L –z = Höhe –L = Monin-Obukhov Länge Funktion von u * und * in Prandtl-Schicht konstant, aber abhängig von Stabilität

4 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 4 Vertikale integration Monin-Obukhov-Gl. lassen sich vertikal integrieren –ergibt vertikale Profile der mittleren Größen u,, q –Profile hängen nur noch ab von 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode Beispiel: neutrale Schichtung – ( ) 1

5 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Logarithmisches Windprofil 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

6 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 6 Vertikalprofile Analog folgen für neutrale Schichtung 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode zu bestimmende Parameter

7 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 7 Bestimmung der Parameter Messung der Profile in 2 Höhen z 1 und z 2 u *, *, q *, z 0, 0, q 0 sind bestimmt 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

8 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 8 tuRbulente Flüsse Für nicht neutrale Schichtung wird Integration komplizierter, bleibt aber analytisch lösbar –siehe VDI Richtlinie 3783 Blatt 8 Mit u *, *, q *, z 0, 0, q 0 sind die mittleren Profile für u, und q eindeutig bestimmt Flüsse H, E und in der Prandtl-Schicht sind bestimmt 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

9 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 9 DiffusionsKoeffizienten Diffusionskoeffizienten K H, K E, K M sind bestimmt 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

10 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 10 Direkte Flussbestimmung Turbulenter Fluss ist proportional zum Mittelwert des Produktes der zeitlichen Fluktuationen 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.2 Eddy-Korrelationsmethode

11 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 11 Kovarianz der Fluktuationen Statistische Interpretation des turbulenten Flusses Ist Kovarianz der Abweichungen (Fluktuationen) vom zeitlichen Mittel –über ein größeres Zeitintervall (z.B. 10 min) auf dem die mittleren Größen mit Standardgeräten messbar sind deutlich größer als Zeitskala der turbulenten Fluktuationen kleiner als Zeitskala der Veränderung der mittleren Größen 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.2 Eddy-Korrelationsmethode

12 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 12 Messmethode Messung der hochfrequenten Schwankungen –empfindliche Messung von w und mit sehr hoher zeitlicher Auflösung (im Hz-Bereich) –erfordert trägheitslose Messgeräte Berechnung von Mittelwert und Abweichung –auf supra-turbulenter Zeitskala in diskreten Intervallen Berechnung der Kovarianz der Abweichungen –direkte Bestimmung des turbulenten Flusses –Eddy-Korrelationsmessung mit Ultraschall-Anemometer (USA) 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.2 Eddy-Korrelationsmethode

13 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 13 Wärmeleitung im Boden Bodenwärmestrom –Transport der Wärme durch Wärmeleitung Transportgleichung für Wärme 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

14 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 14 Wärmeleitungsgleichung –Falls ρ und nicht von z abhängen, folgt: 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom Ziel: Bestimmung von B an Erdoberfläche (B 0 ) –Dazu wird durch Messung der zeitlichen und vertikalen Änderung der Temperatur betsimmt

15 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 15 Methode zur Bestimmung von Wir betrachten 3 Bodenschichten –gesucht wird B 0 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom z2z2 z1z1 z0z0 z3z3 z 1 z 2 z 3 T2T2 T1T1 T3T3 B 0 >0 h2h2 h1h1 h3h3 B1´B1´ B2´B2´ T0T0 z

16 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 16 Methode zur Bestimmung von B 2 ´ und B 1 ´ in Gl. * einsetzen und nach auflösen 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

17 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 17 Bestimmung von B 0 Methode 1 (direkte Flussbestimmung) z2z2 z1z1 z0z0 z3z3 z 1 z 2 z 3 T2T2 T1T1 T3T3 B0B0 h2h2 h1h1 h3h3 B1´B1´ B2´B2´ T0T0 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

18 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 18 Bestimmung von B 0 Methode 2 (über Wärmeleitungsgleichung) z2z2 z1z1 z0z0 z3z3 z 1 z 2 z 3 T2T2 T1T1 T3T3 B0B0 h2h2 h1h1 h3h3 B1´B1´ B2´B2´ T0T0 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom


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