Messung und Modellierung des Saftflusses eines Kirschbaums in urbaner Umgebung Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Olshausenstr Kiel kiel.de Material und Methoden Ziele G. Hörmann, E. Reinecke, E. Henke, A. Funk, N. Thielke, F. Poetzsch- Heffter Gefördert durch die Robert-Bosch-Stiftung, Kennung , Webseite: kiel.de/lupine Katharineum zu Lübeck Städtisches Gymnasium Datenflus s Tageswert e Auswertun g Vergleich der Klimadaten Zusammen- fassung und Ausblick Ziel des Projektes ist die Heranführung von Schülern der gymnasialen Oberstufe (Sek. 2) an das naturwissenschaftliche Arbeiten am Beispiel eines interdisziplinären Forschungsprojekts. Die Schüler sollten dabei ohne die an Schulen übliche pädagogische Aufbereitung, aber mit Unterstützung von Wissenschaftlern der Universität Kiel mit allen Problemen eines realen Forschungsprojekts konfrontiert werden, wie z.B. Meßausfällen von Sensoren, Umgang mit nicht erkärbaren Extremwerten. Sie lernen, an der Schule vermitteltes, teilweise sehr theoretisches Wissen in den naturwissenschaftlichen Fächern (Mathematik, Physik, Informatik, Biologie) in einem interdisziplinären Kontext zu benutzen und bekommen so eine Vorstellung über die praktischen Anforderungen in der Forschung. Dies schließt auch die Erarbeitung von Publikationen (Poster, Zeitschriftenartikel) mit ein. Wissenschaftliches Ziel des Projekts ist die statistische Analyse der Zusammenhänge zwischen Saftfluß und Klima und die Erarbeitung eines Modells zur Simulation des Saftflusses in Abhängigkeit von klimatischen Parametern. Vor Beginn der Vegetationsperiode im Jahr 2005 wurde im Innenhof des Katharineums eine Anlage zur Saftflußmessung installiert. Parallel dazu werden Temperatur und Feuchte gemessen, zusätzlich stehen die Daten einer DWD-Meßstation (Deutscher Wetterdienst) aus Lübeck-Blankensee (Tageswerte) zur Verfügung. In den Vegetationsperioden 2005 und 2006 wurde im Schulhof des Katharineums in Lübeck ein Versuch zur Messung des Saftflusses eines ca. 20jährigen Kirschbaums installiert, betreut und ausgewertet. Die Datensätze des Jahres 2005 sind inzwischen fast vollständig ausgewertet. Dazu wurden alle Werte auf Stunden und Tagesbasis aggregiert, eine statistische Datenkontrolle durchgeführt. Über Regressionsanalysen von Klima- und Saftflußwerten wurden die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Variablen analysiert. Alle selbst erhobenen Daten des Projekts steht auf der Webseite des Projekts zum Download zur Verfügung, die Klimadaten des DWD sind für Schulen nach Unterzeichung eines Lizenzvertrages ebenfalls kostenfrei erhältlich. DWDKlima SchulhofSaftfluss T, NS, RF, T 14, RF 14 Tageswerte T, RF Stundenwert e Psychrometer ETa (sim.) Bodenfeuchte Stundenwerte Tageswerte Stundenwerte Normierun g Basis? Tag/Nach t Min/Max Tagesgan g Kalibrierun g Die Abbildung zeigt die Auflösung und Verarbeitung der Datenbestände (blau) des Projekts. Auf Tages- und Stundenebene wird die Steuerung des Saftflusses durch das Klima statistisch analysiert und modelliert. Die verfügbare Bodenfeuchte geht über simulierte Werte in die Auswertung mit ein. Ein Beispiel für komplexe Auswertungen ist die Korrelationsrechnung zwischen simulierter aktueller (R2-ETa) potentieller Verdunstung (R2-ETp) und dem gemessenen Saftfluss. Als Streßindikator ist die Differenz zwischen ETa und ETp eingezeichnet. Die über jeweils 14 Tage gleitenden Korrelationen geben Hinweise auf eine zeitweise Entkopplung von Klima und Saftfluss. Die Tagesgänge von Saftfluss (MW-Sap-Diff) und Sättigungsdefizit (Abweichung vom Tagesmittelwert, MW-Ddef- Diff) zeigen, dass der Saftfluss der Luftfeuchte vorauseilt, es muss also eine zusätzliche Steuerungsgröße für den Saftfluss geben. In Frage kommen das Licht und/oder der CO 2 -Gehalt der Luft. Die Prüfung dieser Hypothesen ist Gegenstand der laufenden Analysen. Die drei Abbildungen geben einen Überblick über den auf Tageswerte aggregierten Datensatz des Projekts für die Vegetationsperiode Ingesamt war das Jahr sehr trocken (mittlere Abbildung), die Luftfeuchte im Schulhof (obere Abbildung) blieb durch die Verdunstung der Pflanzen relativ hoch. Zwei Starkregen im Sommer führten jedoch zu einer Wiederauffüllung der Bodenwasservorräte. Der Jahresgang des Saftflusses ist deutlich zu erkennen und zeigt, dass die Meßgeräte trotz kleinerer Ausfälle in den Schulferien sehr gut funktioniert haben. Die Entfernung der beiden Klimastationen von 5km und die Innenstadtlage der Schule wirken sich deutlich auf das Klima aus: die mittlere Tagestemperatur (Grafik links) im Schulhof ist ca. 2°C höher als in der Station des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Die Variabilität der Luftfeuchte (rechts) ist höher, bei Studenwerten ist die Beziehung zwischen den zwei Stationen nur noch sehr schwach ausgeprägt (blaue Symbole). Meßprinzip: aus der Temperaturdifferenz zwischen beheiztem und unbeheiztem Sensor wird auf die im Stamm transportierte Wassermenge geschlossen.