Umweltmeteorologie Prof. Dr. Otto Klemm 7. Deposition: weitere Verfahren.

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1 Umweltmeteorologie Prof. Dr. Otto Klemm 7. Deposition: weitere Verfahren

2 Gradientverfahren Im Prinzip bereits besprochen haben wir das Gradienten-Verfahren: CKonzentration einer Substanzµg m -3 FCFC Depositionsflussµg m -2 s -1 Kturbulenter Austauschkoeffizientm 2 s -1 zHöhe über Verschiebungshöhem

3 Gradientverfahren Anwendungsgebiete / Einschränkungen: 1. Es muss sichergestellt sein, dass die Analogie zwischen Fluss und Gradient über den gesamten Höhenbereich der Messung gleichermaßen gültig ist. Es muss ausgeschlossen werden können, dass keine internen Grenzschichten vorhanden sind. Die Anforderungen an den Footprint sind ebenso streng wie bei Eddy- Korrelation! Stationarität der Bedingungen ist gefordert!

4 Gradientverfahren 2. Die Anforderungen an die Präzision der Messtechnik sind sehr hoch. Es muss sichergestellt sein, dass sich die gemessenen Konzentrationen an den beiden Höhen signifikant voneinander unterscheiden. Um dies sicherzustellen wählt man häufig: lange Mittelungsintervalle: damit geht man allerdings das Risiko ein, instationären Bedingungen zu begegnen (möglicherweise ohne es zu bemerken); typische Mittelungsintervalle liegen zwischen 30 und 60 Minuten große Abstände z: damit geht man allerdings das Risiko interner Grenzschichten ein.

5 Gradientverfahren 3. Die Flüsse sind am größten, wenn der turbulente Austausch am intensivsten ist, unter neutralen bis instabilen Schichtungsbedingungen. Unter diesen Bedingungen sind allerdings die Gradienten nur sehr schwach ausgeprägt. Andererseits sind unter Bedingungen stark ausgeprägter Gradienten, bei stabiler Schichtung, die Flüsse i.d.R. geringer. D.h. die Technik funktioniert dann am besten, wenn sie am wenigsten relevant ist.

6 Gradientverfahren 4. Die Bestimmung von K (als Funktion der Zeit!) ist eine Herausforderung und erfordert in jedem Fall zusätzliche Messungen. Für neutrale Schichtungsbedingungen hatten wir schon gesehen: In der Regel verwendet man Analogie-Verfahren, z.B.: Annahme: Der Wärmefluss kann mit Eddy-Kovarianz bestimmt werden oder z.B. mit dem Bowen - Ratio – Verfahren.

7 Gradientverfahren Beispiel: Deposition von HNO 3 über der kanadischen Taiga:

8 Gradientverfahren Beispiel: Deposition von HNO 3 über der kanadischen Taiga:

9 Inferentialmethode CKonzentration einer Substanzµg m -3 FCFC Depositionsflussµg m -2 s -1 vdvd Depositionsgeschwindigkeitm 1 s -1 RWiderstands m -1

10 Inferentialmethode RaRa RbRb R cut R stom Widerstand der turbulenten Atmosphäre Widerstand der laminaren Grenzschicht Widerstand der Kutikula Widerstand der Stomata

11 R stom : abgeleitet aus dem Modell STANDFLUX mit Antrieb aus gemessenen meteorologischen Daten ScSchmidt - Zahl0.22 … 1.25 FCFC Prandtl – Zahl0.72 LWleaf wetness, Blattfeuchte0 … 1 Inferentialmethode

12 Beispiel: Deposition von O 3 am Standort Waldstein im Fichtelgebirge

13 Inferentialmethode Beispiel: Deposition von O 3 am Standort Waldstein im Fichtelgebirge

14 Depositions - Fluss : O 3 - Deposition

15 Modell Messung O 3 - Deposition

16 Inferentialmethode Üblicherweise beschreibt man mit dem Inferentialmodell ausschließlich Deposition. Allerdings kann es grundsätzlich auch Emissionen quantifizieren (Beispiel NH 3 ) Konzentration in der Luftµg m -3 s Konzentration im Apoplastµg m -3 M. Sutton et al. (GRAMINAE project) http://www.edinburgh.ceh.ac.uk/cara/Graminae/GRAMRep1.PDF

17 Inferentialmethode M. Sutton et al: GRAMINAE Report, http://www.edinburgh.ceh.ac.uk/cara/Graminae/GRAMRep1.PDF

18 Inferentialmethode Auch Ausdehnung des Konzepts auf weitere Widerstände und auf mehrere Schichten wurden realisiert. Allerdings nimmt damit die Zahl der zu parameterisierenden Größen entsprechend zu! RaRa RbRb R cut R stom Mesophyll Boden Wasser andere Oberflächen weitere atmosphärische Widerstände, z.B. innerhalb eines Waldbestandes

19 Inferentialmethode http://www.edinburgh.ceh.ac.uk/cara/Graminae/GRAMINAEsynthesisrep_Part1overview.PDF

20 D. Simpsona,, K. Butterbach-Bahlb, H. Fagerlia, M. Kesikb, U. Skibac, S. Tangc Deposition and emissions of reactive nitrogen over European forests: A modelling study. Atmospheric Environment 40, 5712–5726 Calculated percentage contributions to total nitrogen deposition to coniferous forest (year 2000): (a) dry deposition of oxidised N, (b) dry deposition of reduced N, (c) wet deposition of oxidised N, and (d) wet deposition of reduced N N-Deposition in Europa