Impressum - klima.tu-berlin.de · Der Projektbericht soll eine Synthese aus den Fragestellungen und den erzielten Erkenntnissen des Orientierungsprojekts liefern. Seine Strukturierung

Impressum

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Orientierungsprojekt

MAKRO vs. mikro Landschafts- und Geländeklimatologie im Harzer Vorland

Sommersemester 2012

Bachelor Landschaftsplanung und -architektur, 2. Semester

Verfasser

Alexandra Zettl

Christian Rüll

Cosima Seifert

Cortina Feldmann

David Aerni

Lukas Merkel

Mareike Teske

Meline Saworski

Michael Kachnicz

Natascha Winkel

Sebastian Seyffert

Betreuung

Britta Jänicke

Marco Otto

Herausgeber

TU Berlin

Institut für Ökologie

Fachgebiet Klimatologie

Rothenburgstraße 12

D-12165 Berlin

Orientierungsprojekt MAKRO vs. mikro - Sommersemester 2012

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Inhalt

Inhalt ......................................................................................................................................................... 2

Vorwort ..................................................................................................................................................... 6

Einleitung .................................................................................................................................................. 6

1 Projektgebiet ............................................................................................................................................ 8

1.1 Beschreibung des Projektgebiets ...................................................................................................... 8

1.1.1 Landschaften des Geoparks Harz: Braunschweiger Land, Ostfalen .......................................... 9

1.1.2 Geologische Entstehung des Harzes .......................................................................................... 11

1.2 Regionalklima Harz ......................................................................................................................... 12

1.2.1 Regionale Klimatologie Mitteleuropas ..................................................................................... 12

1.2.2 Klima Harz ................................................................................................................................. 13

1.2.3 Schlussfolgerung ........................................................................................................................15

2 Material und Methoden......................................................................................................................... 16

2.1 Niederschlag .................................................................................................................................... 16

2.1.1 Wolken ....................................................................................................................................... 16

2.1.2 Niederschlagsentstehung .......................................................................................................... 16

2.1.3 Niederschlagsmessung .............................................................................................................. 19

2.1.4 Kategorisierung ......................................................................................................................... 20

2.1.5 Niederschlagsgenese ................................................................................................................. 20

2.1.6 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung .......................................................... 21

2.2 Lufttemperatur ................................................................................................................................ 22

2.2.1 Definition .................................................................................................................................. 22

2.2.2 Messung .................................................................................................................................... 23

2.2.3 Verteilung der Lufttemperatur in der Atmosphäre ................................................................ 29

2.2.4 Temperaturinversionen ............................................................................................................ 31

2.2.5 Schlussfolgerung ....................................................................................................................... 32

2.3 Wind ................................................................................................................................................ 33

2.3.1 Entstehung von Wind ............................................................................................................... 34

2.3.2 Messung .................................................................................................................................... 34


Inhalt

3

2.4 Luftfeuchtigkeit ............................................................................................................................... 37

2.4.1 Messmethoden .......................................................................................................................... 37

2.4.2 Entstehung............................................................................................................................... 40

2.4.3 Verteilung ................................................................................................................................. 42

2.4.4 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung ......................................................... 45

2.4.5 Schlussfolgerung ...................................................................................................................... 47

2.5 Globalstrahlung .............................................................................................................................. 48

2.5.1 Globalstrahlung ........................................................................................................................ 48

2.5.2 Betrachtung verschiedener Skalen .......................................................................................... 53

2.5.3 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung.......................................................... 57

2.6 Wärmebilanz .................................................................................................................................. 60

2.6.1 Wärme ...................................................................................................................................... 60

2.6.2 Wärmebilanz ............................................................................................................................ 62

2.6.3 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung ........................................................ 66

2.7 Messkonzept – Methoden und Standorte ...................................................................................... 67

2.8 Makro vs. Mikro ............................................................................................................................ 69

2.8.1 Entstehung der Hoch- und Tiefdruckgebiete auf der Nordhemisphäre ............................... 69

2.8.2 Großräumige Wetterlage an den Tagen der Messungen im Rieseberger Moor .................... 71

3 Ergebnisse .............................................................................................................................................. 72

3.1 Beitrag zur klimatologischen Einordnung von Vegetationsstufen im Harz ................................. 72

3.1.1 Einleitung ................................................................................................................................... 72

3.1.2 Material und Methoden ............................................................................................................ 73

3.1.3 Ergebnisse .................................................................................................................................. 74

3.1.4 Diskussion ................................................................................................................................. 77


3.2 Geländespezifische Auswirkungen auf den Niederschlag ............................................................. 79

3.2.1 Einleitung .................................................................................................................................. 79

3.2.2 Material und Methoden .......................................................................................................... 80

3.2.3 Ergebnisse ................................................................................................................................ 80

3.2.4 Diskussion................................................................................................................................. 82



4

3.3 Vergleich der Lufttemperatur eines nord- und eines südexponierten Standorts im Harzer

Vorland ................................................................................................................................................. 84

3.3.1 Einleitung ................................................................................................................................. 84

3.3.2 Material und Methoden .......................................................................................................... 84

3.3.3 Ergebnisse ................................................................................................................................. 85

3.3.4 Diskussion ................................................................................................................................ 88

3.3.5 Schlussfolgerung ...................................................................................................................... 89

3.4 Einfluss von Wind auf die bodennahe Lufttemperatur ................................................................ 90

3.4.1 Einleitung ................................................................................................................................. 90

3.4.2 Material und Methoden ......................................................................................................... 90

3.4.3 Ergebnisse ................................................................................................................................. 91

3.4.4 Diskussion ............................................................................................................................... 94


3.5 Untersuchung mikroklimatischer Unterschiede in der Bowen Ratio .......................................... 96

3.5.1 Einleitung ................................................................................................................................. 96

3.5.2 Material und Methoden ........................................................................................................... 97

3.5.3 Ergebnisse ............................................................................................................................... 100

3.5.4 Diskussion ................................................................................................................................ 101

3.5.5 Schlussfolgerung ..................................................................................................................... 104

4 Schlusswort .......................................................................................................................................... 106

5 Anhang ................................................................................................................................................. 108

5.1 Quellenverzeichnis ........................................................................................................................ 108

5.2 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................... 113

5.3 Tabellenverzeichnis ....................................................................................................................... 116

5.4 Protokolle ....................................................................................................................................... 116

Inhalt

5


6

Vorwort Cortina Feldmann

Das Studium der Landschaftsplanung und Landschaftsarchitektur an der Technischen Universität

Berlin, sieht im Rahmen des interdisziplinären Studiengangs die Durchführung von drei Orien-

tierungsprojekten über je ein Semester, in drei verschiedenen Fachbereichen vor. Diese Bereiche

sind Landschaftsarchitektur, Umweltplanung und Ökologie. Nach diesen drei Semestern schließt

ein Vertiefungsprojekt über zwei Semester in einem dieser drei Bereiche an. In einem Orien-

tierungsprojekt werden den Studenten, neben den fachlichen Inhalten, die Grundlagen des

Wissenschaftlichen Arbeitens vermittelt. Dazu zählt beispielsweise das Erlernen der Fähigkeiten

des richtigen wissenschaftlichen Schreibens, des richtigen Zitierens oder das Erstellen eines

Literaturverzeichnisses. Ebenso erlernen die Studierenden praktische Dinge wie Projektorgani-

sation, das Ausarbeiten und Präsentieren von Referaten, das eigene Moderieren, Protokollieren

sowie das Erfassen von Daten und deren Auswertung. Außerdem sollen die zuvor und begleitend

theoretisch vermittelten Inhalte, Techniken, Methoden und Theorien in einem solchen Projekt

praxisnahe Anwendung finden. Die Projektarbeit wird in einer Projektgruppe, in einem Plenum,

geleistet. Die wesentlichen Inhalte des Projekts werden von den Teilnehmern selbstständig in

Online-Modulen oder Gruppenreferaten erarbeitet. Ebenso gehört zur Projektarbeit die Durch-

führung einer Exkursion und das Erstellen eines Projektberichts, welcher alle Arbeitsergebnisse des

Projekts in einer abschließend, gemeinsam erarbeiteten, nach wissenschaftlichen Kriterien erstell-

en Dokumentation zusammenfasst.

Der vorliegende Projektbericht von Studenten des zweiten Semesters der Technischen Universität

Berlin, wurde im Rahmen des Orientierungsprojekts Ökologie im Fachgebiet Klimatologie am

Institut für Ökologie erstellt. Unter dem Thema MAKRO vs. mikro. Landschafts- und Gelände-

klimatologie im Harzer Vorland wurden Grundlagen der Geländeklimatologie erarbeitet und am

Beispiel des Geopark Harz. Braunschweiger Land. Ostfalen angewendet.

Einleitung Christian Rüll, Cosima Seifert

In der Geländeklimatologie als Teilgebiet der Klimatologie steht die „kleinräumige Modifikation

des Großklimas durch die spezifischen Wechselwirkungen zwischen Relief bzw. Oberflächentyp

(Wald, Feld, Stadt, etc.) und Atmosphäre“(BENDIX 2004: 5) im Fokus. Obwohl es sich nur um ein

Teilgebiet handelt, gestaltet es sich bereits so umfassend, dass ein einsemestriges Projekt nicht

mehr als einen Einblick geben kann. Um dennoch möglichst viele Erkenntnisse zu gewinnen,

befassten sich die Projektteilnehmer mit einem speziellen Thema. Unter dem Titel MAKRO vs.

mikro dienten die folgenden Fragestellungen zu dessen Erschließung. Was steckt hinter der

Einteilung Makro-Mikro? Welche Phänomene gehören zur Makroskala, welche zur Mikroskala?

Wie wirken sich makroklimatische Phänomene auf die Mikroskala aus?

Der Projektbericht soll eine Synthese aus den Fragestellungen und den erzielten Erkenntnissen

des Orientierungsprojekts liefern. Seine Strukturierung spiegelt den Arbeitsprozess von der

Vorwort / Einleitung

7

Grundlagenerarbeitung bis hin zur praktischen Messung und Auswertung der Ergebnisse wieder.

Zum Einstieg erfolgt eine Betrachtung des Untersuchungsgebiets im Harz, wofür zunächst

allgemeine topografische sowie klimatische Verhältnisse erläutert werden. Daraufhin werden im

Kapitel Material und Methoden alle für die Messungen relevanten Klimaelemente und deren

Auswirkungen im Gelände in Form von themen-spezifischen Ausarbeitungen erschlossen.

Weiterhin geht es um das Messkonzept, die für die Exkursion zur Verfügung stehende

Messausrüstung und die Vorstellung der ausgewählten Standorte. Der letzte Unterpunkt stellt

den Bezug zum eigentlichen Thema des Projekts her. Es wird dargelegt, wie stark sich makro-

klimatische Ereignisse auf das standortbezogene Mikroklima auswirken. Im dritten Kapitel

werden die Messergebnisse und Standortbeobachtungen der Exkursion aufgearbeitet und daraus

Erkenntnisse über die mikro-, meso- und makroskaligen Bedingungen und die damit ver-

bundenen geländeklimatischen Phänomene für das Exkursionsgebiet gewonnen. Im abschlie-

ßenden Fazit werden sämtliche Ergebnisse bilanziert und ihr Wert unter den gegebenen

Voraussetzungen eingeschätzt, zum Beispiel im Hinblick auf den Messzeitraum. Ferner soll die

Bedeutung des Projekts für das Fachgebiet Landschaftsplanung diskutiert werden. Weitere

Arbeitsresultate, wie Protokolle, sind im Anhang zu finden.

Abb. 1: Die Projektgruppe in Beienrode auf dem Gelände des Hauses der helfenden Hände (von links-

hinten nach rechts-vorne: Marco, Cosima, Sebastian, Mareike, David, Cortina, Natascha, Britta,

Lukas, Michael, Meline, Alexandra, Christian)


8

1 Projektgebiet Natascha Winkel

Das Projektgebiet ‚Rieseberger Moor’ liegt im Norden des Nationalen Geoparks Harz, Braun-

schweiger Land, Ostfalen. In diesem Kapitel werden zunächst Definitionen für Geopark bzw.

Nationalen Geopark genannt, die unterschiedlichen Landschaften des Geoparks beschrieben

sowie eine Übersicht zur geologischen Entwicklung dieses Gebietes gegeben.

Danach folgt die klimatologische Einordnung des Projektgebietes. Dafür wird zunächst ein

Überblick zur Allgemeinen Klimatologie und der Klimatologie Europas gegeben und abschlie-

ßend auf die besonderen Klimabedingungen des Harzes eingegangen.

1.1 Beschreibung des Projektgebiets

Natascha Winkel

Ein Geopark bezeichnet einen Raum, in dem sich eine große Anzahl überregional bedeutender,

seltener, geologischer und geomorphologischer Formationen und Geotope befinden. Geotope

sind z.B. Steinbrüche, Höhlen, Seen, Ton- und Kiesgruben, Bergwerke und natürliche Auf-

schlüsse. Geoparke haben den Schutz des geologischen Erbes, sowie die nachhaltige regionale

Entwicklung zum Ziel, welches durch die Förderung eines naturnahen Tourismus (Geotourismus)

und eine zeitgemäße Umweltbildung erreicht werden soll. Städte, Gemeinden, Landkreise,

Landes- und Forstämter, Tourismusverbände, Institute, Museen, Firmen und Vereine schließen

sich zusammen, um einer breiten Öffentlichkeit die geologischen Besonderheiten der Region

zugänglich zu machen. Informationszentren und -stellen bieten umfangreiche Bildungsangebote.

Es werden Landmarken herausgestellt und um die Geopunkte angeordnet. Landmarken sind

weithin sichtbare Objekte in der freien Landschaft (Berggipfel, Halden, Fördertürme) oder

besonders populäre Objekte, wie Burgen, Schlösser und Aussichtstürme. Wege und Geopfade/

Geo-Routen, führen den Besucher entlang der Geopunkte (FREILICHT- UND ERLEBNISMUSEUM

OSTFALEN (FEMO E.V.) UND REGIONALVERBAND HARZ E.V. 2012).

Seit dem Jahr 2002 vergibt die GeoUnion Alfred-Wegener-Stiftung in Berlin das Gütesiegel

„Nationaler GeoPark in Deutschland“ an Geoparks, die einem besonders hochwertigen Qualitäts-

standards gerecht werden (FREILICHT- UND ERLEBNISMUSEUM OSTFALEN (FEMO E.V.) 2012). In

Deutschland wurden bisher 13 Geoparks mit dem Prädikat Nationaler Geopark ausgezeichnet. In

Abb. 2 sind diese hellgrau unterlegt. Sowohl auf europäischer, wie auch auf weltweiter Ebene,

sind Geoparks in Netzwerken zusammengeschlossen. Dem Europäischen Geopark Netzwerk

(EGN) gehören derzeit 50 Geoparks aus 19 europäischen Ländern an. Das Global Network of

National Geoparks (GNN) der UNESCO hat derzeit Mitglieder von 88 Geopark-Regionen aus 27

Ländern, darunter auch sechs Regionen aus Deutschland, z.B. aus der Region Harz. Braun-

schweiger Land. Ostfalen (GEOUNION 2012).

Projektgebiet

9

Abb. 2: Übersichtskarte der nationalen Geoparks in Deutschland (GEOUNION 2012)

1.1.1 Landschaften des Geoparks Harz: Braunschweiger Land, Ostfalen

Der Nationale Geopark Harz . Braunschweiger Land . Ostfalen umfasst ein Gebiet von ca. 80 km

in Ost-West-Erstreckung (Breite des Harzes) und 120 km Länge in Nord-Süd-Erstreckung,

zwischen Wolfsburg im Norden, Seesen im Westen, Eisleben im Osten und Nordhausen im

Süden. Er liegt auf dem Gebiet dreier Bundesländer: Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und

Thüringen (ZEELMER et al. 2009: 5). Innerhalb des Geoparks vollzieht sich ein naturräumlicher

Wechsel von der Geestniederung des Aller-Flachlandes über das reich gegliederte ostfälische

Hügelland bis hin zum Harzer Mittelgebirge.

Der Harz ist das nördlichste Mittelgebirge in Deutschland. Er verläuft 80 km in West-Nord-

West/Ost-Süd-Ost Richtung, diese Ausrichtung wird europaweit als herzynisch bezeichnet

(ZEELMER et al. 2009: 5). Der Harz erhebt sich, von Norden aus gesehen, wie ein von Ost nach

West ansteigender Keil aus der norddeutschen Tiefebene. Der Harz wird als gekippte Scholle

(oder auch Pultscholle) bezeichnet, da er eine nach Nordosten fallende Gestalt aufweist (KNOLLE

et al. 1997: 12).

Von Osten kommend (bei Mansfeld) erhebt sich sanft ansteigend eine leicht wellige, mit aus-

ladenden Flusstälern geprägte Offenlandschaft mit Äckern, Grünflächen und Streuobstwiesen bis

zu einer Höhe von 400 m ü. NN. Bei Harzgerode beginnt der Unterharz, der sich bis zu 600 m ü.

NN erhebt. Hier ist eine Bewaldung mit Buche, Eiche, Bergahorn und Fichte vorzufinden. Der

Oberharz steigt bis zu 700 m ü. NN an. Er ist geprägt von Hochflächen, Bergwäldern, Bergwiesen,


10

Kerbtälern und Seen. Der ehemalige Bergbau hat diese Landschaft durch die künstlich angelegten

Grabenläufe und Stauseen stark geprägt. (z.B. der Oderteich, Wormkesperre). Der Oberharz fällt

nach Norden, Westen und Süden schnell in die umgebene Tiefebene ab. Der Hochharz liegt fast

mittig, etwas nach Norden verschoben, im Oberharz. Der Brocken ist mit 1.142 m ü. NN der

höchste Berg des Harzes. Die am Brockenhang liegenden Hochmooren sind Quellgebiete der

Ecker und Ilse, der Bode und der Oder (ZEELMER, H. et al. 2009: 5 f.).

Die Karstlandschaft Südharz verläuft von Seesen bis Eisleben, entlang des westlichen und

südlichen Harzrandes. Karstlandschaften sind oberirdische Geländeformen in Karbonatgestein,

die durch Verwitterungen entstanden sind. Charakteristika sind, neben den löslichen Gesteinen

und den spezifischen Oberflächenformen, die unterirdischen Entwässerungssysteme (FU BERLIN

2006). Sie ist geprägt von Gipsgestein und schroffen Dolomitklippen. Durch die hohe Wasser-

löslichkeit des Gesteins entstanden Erdfälle, Höhlen, Versickerungsstellen, Trockentäler und

Karstquellen. Unzählige Hohlräume prägen den Untergrund und stürzen immer wieder ab. Der

Ostrand des Harzes zwischen Sangershausen und Hettenstedt, Mansfeld und Eisleben ist geprägt

von 800 Jahren Bergbau und die dafür typischen Schlacke einstiger Kupfer -und Silberbergbaus.

Dort befinden sich ca. 2000 Halden unterschiedlicher Formen und Größen.

Zwischen dem südlichen Harzrand, den Höhenzügen der Windleite und dem Kyffhäuser und

zwischen Nordhausen bis nach Artern, befindet sich die von der Helme durchflossene Senke

‚Goldene Aue’. Der Name rührt von der gold-gelben Farbe des reifen Korns und der Stoppelfelder

her. Diese Region steht für die hohe Fruchtbarkeit der Böden. Sie zählt zu den ertragsreichsten

Gebieten Deutschlands (ZEELMER et al. 2009: 7).

Nördlich des Harzes schließt das hügelige Braunschweiger Land an, das dann in das nord-

deutsche Flachland übergeht. Aus dem Flachland ragen lang gestreckte oder schildförmig

aufgewölbte Salz-Sattel, die sich durch langsame Aufwärtsbewegung des Salzes bildeten: die

ostfälische Hügellandschaft. Diese Salzstrukturen verlaufen in zwei Richtungen. Im östlichen Teil

überwiegt die Ausrichtung parallel zur Erstreckung des Harzes (herzynische Richtung): Allter-

talgraben, Dorm, Elm, Asse-Heeseberg Zuges, Fallsteins, Huys Harlys und Lichtenberge.

Im westlichen Teil dominiert eine Nord-Süd Ausrichtung (rheinische Richtung): Hainberge,

Oderwald Oesel, Lutter Sattel (ZEELMER et al. 2009: 7). Das Untersuchungsgebiet befindet sich im

Norden des Harzvorlandes, im Naturschutzgebiet Rieseberger Moor.

Die nördliche Grenze des Geoparks bildet das Allertal als Übergang vom Harzvorland zum

norddeutschen Flachland. Die Flechtinger Scholle liegt etwa 60 km nördlich, parallel zum Harz

ausgerichtet und taucht wie der Harz nach Südwesten ab. Die nördliche Lössgrenze verläuft in

West-Ost Richtung (ZEELMER et al. 2009: 9).

Das nördlich von Königslutter gelegene Naturschutzgebiet Rieseberger Moor, hat eine Größe von

145 ha. Der Niedermoorbereich des Rieseberger Moors weist einen bis zu drei Meter mächtigen

Torfkörper, die Gesamtheit aller Torfschichten, auf. Typisch sind ausgedehnte Bruchwaldkom-

plexe, die mit Birken und Schwarzerlen bestanden sind. In der Randzone stehen Eichen, die die

Nähe von Mineralböden anzeigen, Weidengebüsche und kleinflächig Quellsümpfe mit der

Projektgebiet

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Stumpfblütigen Binse. Neben mesophilem und feuchtem Grünland, Großseggenriede, sowie

Röhrichten und Hochstaudenfluren, beinhaltet das Gebiet auch eine trockene Heidefläche und

kleinräumig Magerrasen. Im Zentrum der Moorfläche ragt eine 7 m hohe Sandinsel heraus.

Hervorzuheben ist die besondere biogeographische Lage, die sich aus der Grenzlage des Gebiets

zwischen Tief- und Hügelland sowie aus der Übergangslage zwischen subatlantischem und

subkontinentalem Klima ergibt. So wachsen im Gebiet einige Pflanzenarten, die hier am Rand

ihrer regionalen Verbreitungsgrenze vorkommen, wie z.B. Faden-Segge, Kammfarn und

Englischer Ginster (NLWKN 2012).

Die Moorentwicklung des Rieseberger Moores setzte vor rund 7.000 Jahren v. Chr. ein. Das Moor

bildete sich in einer etwa 1 x 1 km großen Landschaftssenke. Als Ursache kommt steigender

Grundwasserstand infrage, möglicherweise gab es auch zeitweise offene Wasserflächen. Seit Mitte

des 18. Jhd., bis zur Umwandlung in ein Naturschutzgebiet in den 1950er Jahren, erfolgte im Moor

der Torfabbau. Das Rieseberger Moor ist ein gutes Beispiel der mittlerweile selten gewordenen,

ungestörten Niedermoorgebiete. Die meisten Niedermoore wurden nach Entwässerung und

Abtorfung in Wiesen und Weiden umgewandelt. Die größte Bedrohung heute geht von der

Absenkung des Grundwasserstandes aus (REGION BRAUNSCHWEIG 2007).

1.1.2 Geologische Entstehung des Harzes

Im Erdaltertum (Paläozoikum bis vor ca. 400 Mio. Jahren) war die Region des Harzes von einem

Meer bedeckt, auf dessen Grund sich Tonschiefer, Grauwacke, Kieselschiefer, Kalk und Quarzit

ablagerten. Während der Gebirgsbildung in der Steinkohlenzeit (Karbon vor ca. 360–290 Mio.

Jahren) wurde die Erdoberfläche zu Satteln und Senken gefaltet und aus dem Meer heraus-

gehoben. Vor ca. 300 Mio. Jahren drangen Magmaströme durch Schwachstellen der Erdkruste ein,

die nach Abkühlung als Granitmassive zurück blieben. Nachfolgende Abtragungsprozesse führ-

ten zu einer Einebnung und Absenkung des Gebirges, das in der Zechsteinzeit (vor ca. 250 Mio.

Jahren) wiederholt vom Meer überflutet wurde. Zuflüsse aus Skandinavien und anderen Festland-

gebieten brachten umfangreiches Sedimentmaterial mit, welches in wechselnden Schichten

Ablagerungen von Salzen und Gips bildete. Spannungen in der Erdkruste waren Auslöser für die

im Trias (vor ca. 220 Mio. Jahren) beginnenden und bis zum Tertiär (vor ca. 70 Mio. Jahren)

anhaltende so genannte "saxonische Gebirgsbildung". An Schwachstellen gebrochene Erdschollen

gerieten in Bewegung. Während einige Schollen sich absenkten, wurden andere herausgehoben.

Durch horizontale Bewegungen kam es zur Überschiebung von Erdschollen. Die "Harznordrand-

störung" war maßgebend für das Herausheben des Harzes. Weil der Harz sich dabei gleichzeitig

nach Norden bewegte, wurden die jüngeren Ablagerungen am Nordrand steil aufgerichtet und

teilweise überkippt. Durch das Überschieben erhielt die Pultscholle des Harzes ihre Neigung in

Nordwest/Südost-Richtung. Während des Tertiärs, unter subtropischem Klima, sorgten

Abtragungsprozesse zur Einebnung des Gebirges. Das widerstandsfähigere Granitgestein wurde

freigelegt und bildet heute die Harzgipfel. Es entstanden die Harzhochflächen. Im Quartiär (ab

vor ca. 2 Mio. Jahren) kühlte sich das Klima ab. Flüsse schnitten sich in die Harzhochflächen ein

und es entstanden die Täler von Bode und Selke. Während der Elster-Eiszeit berührten die Eis-

massen nur einen kleinen Teil des Unterharzes. Die Eismassen der Saale-Eiszeit kamen bis an den


12

Harznordrand. Die Ablagerungen der Gletscher und ihre Schmelzwasser sind heute Basis für

Kies- und Sandabbaue im nördlichen Harzvorland und in der goldenen Aue. Beim Abschmelzen

des Eises entstanden die Urstromtäler Großer Bruch und Allertal. Die im Eis mitgeführten

Geschiebe (Granite, Porphyre, Gneise und Sandsteine) wurden unter dem Gewicht des Eises

gegeneinander und über den Untergrund geschliffen. Sande lagerten sich in Form von Löss ab

und bildeten die mineralstoffhaltige Grundlage für die fruchtbaren Schwarzerden (FREUNDESKREIS

SELKETALBAHN E.V. 2012; MÜLLER 2009: 12 f.; HANLE 2009: 8 f.).

1.2 Regionalklima Harz

Sebastian Seyffert

Bevor in diesem Kapitel auf das Regionalklima sowohl Mitteleuropas, als auch des Harzes, wird

die Klimatologie im Allgemeinen beschrieben. Klimatologie ist die Lehre vom Klima und befasst

sich mit dem Zustand der Atmosphäre und der darunter liegenden Erdoberfläche. Der Begriff

Klima bezeichnet eine, von der mittleren Sonnenneigung abhängige Erwärmung der bodennahen

Atmosphäre. Die Neigung ist durch die geografische Breite bedingt und führt dazu, dass

großräumig in Klimazonen unterschieden wird (SCHÖNWIESE 2008: 11 ff.).

Klima ist somit der Zustand an einem Ort, der durch den Raum und die Zeit bestimmt wird. Der

Raum umfasst die Geographie (z.B. Relief.) und die damit verbundene Betrachtungsebene, die das

Klima in Mikro-, Meso- und Makroklima einteilen. Das Mikroklima kennzeichnet sich durch

Wettererscheinungen in einem Längenbereich < 2 km aus, wohingegen das Mesoklima einen

Bereich von 2-2000 km und das Makroklima einen Bereich > 2000 km abdeckt. Die Zeit schließt

den Wetter- und Witterungsablauf ein, der sich durch die Klimaelemente Temperatur, Luftdruck,

Luftfeuchtigkeit, Niederschlag und Wind beschreiben lässt. Des Weiteren beeinflussen Klima-

faktoren die Klimaelemente. Zu diesen Klimafaktoren zählen die geographische Breite und die

Land- Wasserverteilung (LAUER & BENDIX 2004: 10 ff.).

Um auf das Klima im Harz eingehen zu können, soll im Folgenden das vorherrschende Klima in

Mitteleuropa beschrieben werden.

1.2.1 Regionale Klimatologie Mitteleuropas

Ausschlaggebend für das Klima in Europa ist die geografische Lage und somit die Lage in der

gemäßigten Zone. Gekennzeichnet ist diese durch den rhythmischen Ablauf der Jahreszeiten und

durch die Westwinde, da der Anteil dieser ganzjährig überwiegt. Grund dafür ist das Luftdruck-

gefälle zwischen den niedrigen und hohen Breiten, unter Einwirkung der Corioliskraft (Drehung

der Erde um die eigene Achse). Daraus ableitend liegt Mitteleuropa im Feuchtklima, da der vom

Meer kommende Westwind Feuchtigkeit mitbringt. Somit findet in Mitteleuropa ein Übergang

vom Maritim- zum Kontinentalklima statt. Das bedeutet, dass nach Osten hin die Niederschlags-

mengen abnehmen und die Temperaturschwankungen zunehmen. Die Klimadiagramme in Abb.

3 verdeutlichen diesen Übergang. Regelmäßige, lange Trockenzeiten fehlen, da zu allen

Jahreszeiten Niederschläge fallen (BENDIX & LAUER 2004: 235 ff.). Regionen wie der Harz, weisen

jedoch spezifische Klimaeigenschaften auf, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.

Projektgebiet

13

Abb. 3: Klimadiagramme der Gemäßigten Zone (verändert nach FORKEL 2009)

1.2.2 Klima Harz

„Durch seine exponierte Lage ist der Harz auch in klimatischer Hinsicht eine Besonderheit“

(KNOLLE et al.: 22). Diese Aussage kann durch die Höhenlage und die Lage zur Hauptwind-

richtung, die die entscheidenden Klimafaktoren sind, begründet werden. Die Nordwest-Südost-

Ausdehnung des Harzes zwingt den Westwind das Gebirge zu übersteigen. Der dadurch

ausgeprägte Luv-Lee-Effekt und der damit verbundenen Stau- und Föhnprozess sorgen für die

entscheidenden Einflüsse auf die Klimaelemente. Das führt dazu, dass unterschiedliche

Luftmassen die Wetterverhältnisse bestimmen und somit das Klima des Harzes von anderen

Mittelgebirgen abweicht. Die nachfolgende Ausführung verdeutlicht die Auswirkungen auf die

einzelnen Klimaelemente durch den Harz (ebd.).

Grundsätzlich nimmt mit zunehmender Höhe ü. NN, aufgrund des geringeren Luftwiderstandes,

die Windgeschwindigkeit zu. Daneben wirkt im Harz, wie bereits erwähnt, die Lage zur

Hauptwindrichtung als lokaler Faktor. Die Luftmassen strömen den Harz aus westlicher Richtung

an, stauen sich auf westlicher Seite des Harzes und steigen auf. Die Folge ist, dass die

Windgeschwindigkeit verstärkt wird. Beispielhaft kann hier die Windgeschwindigkeit des

Brockens mit einem Jahresdurchschnitt von 10,8 m/s und die von Wernigerode im Unterharz auf

östlicher Seite (240 m ü. NN) mit 3,6 m/s verglichen werden. Deutlicher wird der Einfluss der

Lage bei der Betrachtung der Windrichtung. Wo auf westlicher Seite die Westwinde überwiegen,

strömt der Wind in Wernigerode zunehmend aus nordwestlicher Richtung (WINDFINDER.COM

GMBH & CO. KG 2012). Die gestauten Luftmassen werden um den Westharz und seinen Erhö-

hungen herum geführt und strömen vermehrt aus nordwestlicher Richtung in den Ostharz und

das Harzvorland. Auf der Luv-Seite des Harzes wird der Wind verstärkt und ablenkt, wohingegen

auf der Lee-Seite neben der Abschwächung des Windes auch eine Änderung der Windrichtung

stattfindet. Westliche Winde sind aber auch im Ostharz und im Harzvorland zu messen, da durch

die Ausrichtung der Talrinne nach Osten hin abfallende Winde sich diesem Verlauf anpassen.

Auswirkungen auf die Bewölkungsverhältnisse, sowie Strahlungs- und Luftfeuchtigkeits-

verhältnisse, lassen sich anhand des Stau- und Föhnprozesses erklären. Beim Aufsteigen der Luft

im Westharz kühlt sich diese zunächst ab, bis das Kondensationsniveau erreicht ist und die

relative Luftfeuchte 100 % beträgt. Die Luft kann den Wasserdampf nicht weiter behalten und es


14

kommt zur Wolkenbildung. Die Luft steigt solange auf, bis sie am Bergkamm angekommen ist.

Von dort aus sinkt sie ab, erwärmt sich und die Wolken lösen sich auf (DWD 2012).

Das bedeutet, dass die Bewölkung auf der Luv-Seite des Harzes viel stärker ausgeprägt ist.

Folglich sind Luftfeuchtigkeit, Bedeckungsgrad und die Anzahl der trüben Tage höher. Zum

einen kann daraus geschlussfolgert werden, dass die Sonneneinstrahlung geringer ist. Zum

anderen kommt es zur Niederschlagsbildung, da die Luft die Feuchte beim Aufstieg nicht weiter

halten kann. Mehrere Klimadiagramme (LÜBKER 2009), basierend auf den Daten des Deutschen

Wetterdienstes, und veröffentlichte Messungen (GLÄSSER 1994: 271 ff.) zeigen, dass die Nieder-

schlagsmenge nach Osten des Harzgebietes im Durchschnitt bis zu 50 % abnehmen. Durch die

Abb. 4 und 5 kann dieser Unterschied in der Niederschlagsmenge veranschaulicht werden, wobei

die beiden Orte in der Luftlinie nur ca. 38,5 km auseinander liegen. Als Vergleichswert sind hier

blaue Bänder verwendet worden, die deutsche Durchschnittswerte wiedergeben.

Abb. 4: Niederschlag - Braunlage (LÜBKER 2009)

Projektgebiet

15

Abb. 5: Niederschlag - Harzgerode (LÜBKER 2009)

Bei den Temperaturverhältnissen ist zu erwähnen, dass sich bezugnehmend auf den Stau- und

Föhnprozess, im Winter große Unterschiede zwischen den Gebieten des Harzes und seinem

Vorland nicht erkennen lassen. Das liegt daran, dass es auf Grund der Abnahme der Bewöl-

kungsverteilung nach Osten hin zu einer stärkeren Ausstrahlung der Wärme kommt und sich

diese Gebiete schneller abkühlen, als es im Westharz der Fall ist. Im Sommer verursacht die

geringe Einstrahlung jedoch eine schwächere Erwärmung der Hochlagen gegenüber den mitt-

leren Lagen und dem Harzvorland (GLÄSSER 1994: 107 ff.).

1.2.3 Schlussfolgerung

Das Klima des Harzes wird nicht alleine durch seine Höhengliederung bestimmt. Die

geographische Lage in Europa und die Nordwest-Südost-Ausrichtung sind wichtige Klima-

faktoren. Auf der Hauptluvseite des Harzes sind die Klimaelemente Bewölkung, Niederschlag und

Luftfeuchtigkeit größer, die Sonnenscheindauer und Strahlung kleiner als in den Hauptlee-

gebieten. Damit erklären sich Klimaunterschiede zwischen dem Westharz und dem Ostharz/

Harzvorland.


16

2 Material und Methoden Mareike Teske

In diesem Kapitel werden die Referate der Projektteilnehmer vorgestellt. Diese wurden zu Zweit

oder Alleine erarbeitet und in einem 20 minütigem Vortrag den anderen Projektteilnehmern

vorgestellt. Das Übergeordnete Thema dieser Aufgabe sind die Klimaelemente. Klimaelemente

sind messbare Einzelerscheinungen die zur Charakterisierung eines Klimas an einem bestimmten

Ortes beitragen. Die Ausarbeitungen sollen, für die in Kapitel 2.2 beschriebenen Feldmessungen

im Harzer Vorland als Grundlage dienen.

2.1 Niederschlag

Mareike Teske

Das Kapitel 2.1 beschäftigt sich mit der Niederschlagsentstehung und -messung. Es wird zuerst

kurz auf den Entstehungsort Wolke eingegangen. Danach folgen die Niederschlagsentstehungs-

vorgänge Koagulation und Depositionswachstum. Es wird ein Einblick in die verschiedenen Mess-

techniken gegeben und abschließend,im Bezug auf die Exkursionswoche auf das Regionalklima

Harz am Beispiel des "Regenfänger Harz" eingegangen.

2.1.1 Wolken

Wolken entstehen durch Kondensation und Deposition von Wasserdampf in der Atmosphäre. Sie

bestehen aus kleinen Wassertröpfchen (Wasserwolken),Eiskristallen (Eiswolken) oder aus einer

Mischform (Mischwolken). Durch die geringe Fallgeschwindgkeit der Wolkenteilchen, resultie-

rend aus dem geringen Gewicht, werden die Teilchen in der Schwebe gehalten (WEISCHET &

ENDLICHER 2008). Es gibt verschiedene Wolken und Wolkenstockwerke (Abb. 6).

Abb.6: Übersicht über die Wolkengattungen und wichtigen Wolkenarten (WEISCHET & ENDLICHER 2008)

2.1.2 Niederschlagsentstehung

Niederschlag entsteht dann, wenn die Wolkenteilchen groß genug werden, um gegen die Schwer-

kraft oder den Aufwind anzukommen und aus der Wolke ausfallen. Ob der Niederschlag an der

Erdoberfläche ankommt und in welcher Form, hängt von der Lufttemperatur, den Auf- oder

Material und Methoden

17

Abwinden und dem Sättigungsdefizit ab. Der Größenunterschied zwischen Wolken- und Regen-

tropfen liegt in ruhender Atmosphäre bei ca. 100µm. Die Tab. 1 soll die Größenunterschiede noch

einmal verdeutlichen (LAUER, W. & J. BENDIX 2004). Um Niederschlag zu produzieren, ist also ein

Wachstum von Wolkenteilchen nötig. Hier gibt es zwei Arten der Niederschlagsbildung. 1.

Koagulation von Wolkentröpfchen, diese findet in den Unteren und Mittleren Wolkenstock-

werken statt und 2. durch die Eisphase mit Depositionswachstum, welches sich in den

Mischwolken im mittleren und hohem Wolkenstockwerk abspielt(WEISCHET & ENDLICHER 2008).

Tropfendurchmesser [μm] Fallgeschwindigkeit [m∙s-1]

Großer Regentropfen 5000 8,9

Kleiner Regentropfen 1000 4,0

Feiner Regen 500 2,8

Niesel 200 1,5

Großer Wolkentropfen 100 0,3

Gewöhnlicher Wolkentropfen 50 0,076

Kleiner Wolkentropfen 10 0,003

Tab. 1: Abgrenzung von Wolken- und Regentropfen in einer ruhenden Atmosphäre und Fallgeschwindig

keit (verändert nach LAUER &BENDIX 2004)

Koagulation

Unter Koagulation versteht man den Zusammenschluss von Wassertröpfchen durch Kollision

(Zusammenstoß) und Koaleszenz (Ineinanderfließen, Anhaften) (LAUER 2004). Der Prozess der

Koagulation ist nur in reinen Wasserwolken möglich. In der Regel entstehen Niesel oder klein-

tröpfiger Niederschlag. Wichtig für die Koagulation, sind die „kolloide Labilität“ und die Koagu-

lationsstrecke. Unter kolloid-labil versteht man das Tropfenspektrum in einer Wolke, dass große

Tröpfchen mit einem Durchmesser von ca. 36 µm sowie kleine Tröpfchen aufweist. Durch diesen

Größenunterschied kommt es zu unterschiedlichen Fall- oder Steiggeschwindigkeiten. Durch die

sich schneller bewegenden großen Tröpfchen, kann es eher zu Zusammenstößen kommen. Die

durch die Koagulation entstandenen großen Tropfen haben nun eine höhere Wahrscheinlichkeit

als Niederschlag an der Erdoberfläche anzukommen (WEISCHET & ENDLICHER 2008). Die Koa-

gulationsstrecke ist abhängig von der Vertikalstreckung der Wolke. Bei einer Wolke ohne Auf-

trieb, muss die Wolke ca. 1000m mächtig sein, damit die Tropfen groß genug werden und es zu

Niederschlag kommt.

Nieselregen

Ruhige Wolken kommen im tiefen Wolkenniveau vor und werden selten mächtiger als 1000 m.

Bei ruhigen Wolken kann es zu Nieselregen kommen. Findet Auftrieb in der Wolke statt, ist es für

die Tröpfchen nicht möglich gegen den Aufwind anzukommen und es fällt kein Niederschlag.

Ausnahmen bilden hier die Wolken über dem Meer und in den Tropen, wo wasserdampfreichere

Wolkenluft existiert (ebd.).


18

Platzregen

Bei Wolken mit aufsteigendem Wind, müssen die Tröpfchen an Größe gewinnen, um gegen den

Aufwind anzukommen. Bei einer Größe von 5 mm zerplatzen die Tröpfchen allerdings in kleine

Tröpfchen. In einer Wolke mit 8 m/s wachsen Tropfen immer einige Male über ihr Vermögen an

und zerplatzen wieder. Dadurch reichert sich die Wolke mit Tropfen an, die kurz vor ihrer

Maximalgröße stehen und das Wassergewicht in der Wolke nimmt zu. Wenn der Auftrieb

abnimmt, fällt ein starker Regen mit großer Tropfendichte und großen Tropfen zu Boden, der

sogenannte Platz- oder Starkregen (ebd.).

Depositionswachstum

Niederschlagsbildung durch das Depositionswachstum ist nur in Mischwolken möglich, in denen

unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskristalle zusammen vorkommen (WEISCHET & ENDLICHER

2008). Die Mischwolken können in den Mittleren Breiten im Sommer bis zu 5-6 km hoch sein

und müssen über die Eiskeimgrenze reichen. Aus diesem oberen Teil der Wolke, der bis zu -40 °C

aufweisen kann, gelangen große Eispartikel in die tiefere Schicht der Wolke (LAUER 2004). In

diesem Mischverhältnis kommen deutlich mehr Kondensationskerne vor, als Depositions- oder

Eiskerne (WEISCHET & ENDLICHER 2008). Durch den niedrigen Sättigungsdampfdruck über den

Eisteilchen, kann eine Deposition mit dem vorhandenen Wasserdampf stattfinden und die

Wassermoleküle der Wassertropfen werden von den Eisteilchen angezogen. Die Eisteilchen

wachsen an, dadurch verringert sich die Anzahl der Wasserteilchen (LAUER 2004).

Regen

Eisteilchen können größer werden als Wasserteilchen und so ist es möglich, dass höhere Regen-

summen an der Erdoberfläche ankommen. Die Temperaturschichtung in der unteren Tropo-

sphäre entscheidet, ob der Niederschlag in flüssiger oder fester Form ausfällt und am Boden

eintrifft (LAUER 2004).

Graupel oder Hagel

Aus den Eisteilchen bilden sich durch das Ankristallisieren der ankommenden Wassermoleküle

verzweigte Schneekristalle. Wenn die Schneekristalle die Größe von 1mm erreicht haben, nimmt

die Fallgeschwindigkeit gegenüber den Wasserteilchen zu und die Vergraupelung oder Schneeflo-

ckenbildung ersetzt das Depositionswachstum. Wenn unterkühlte Wassertröpfchen an Schnee-

kristallen gefrieren, wird Erstarrungswärme freigesetzt. Bei tiefen Temperaturen und geringer

Auftriebsbewegung können die Wassertröpfchen beim auftreffen sofort zu Eis kristallisieren und

es entsteht Reifgraupel. Sind die Temperaturen nicht tief genug, die Bewegung in der Wolke aber

stärker, kommt es erst zur Umschließung des Schneekristalls mit Wasser, welches nicht sofort

gefriert. Gefriert das Wasser um den Schneekristall und bildet eine glatte Oberfläche, ist Frost-

graupel entstanden. Bei besonders starken Bewegungen in der Wolke, wachsen diese Graupel-

körner zu Hagelkörner an, da eine längere Strecke absolviert wird, in der sich immer wieder

Wasserteilchen um das Korn legen können (WEISCHET & ENDLICHER 2008).


19

Schnee

Schneeflocken entstehen in Mischwolken mit wenig Aufwind und einer großen Zahl an Eis-

keimen. Damit Schneeflocken entstehen können, müssen sich mehrere Schneekristalle verbinden.

Dies geschieht mit Hilfe von nicht sehr stark unterkühlten Wassertröpfchen, die sich an einem

Schneekristall anlagern. Durch die Temperatur die nahe dem Gefrierpunkt liegt, gefrieren die

Wasserteilchen nicht sofort und so kann sich ein zweites Schneekristall an dem Wasserteilchen

anlagern. Große Schneeflocken entstehen, wenn weitere Schneekristalle eine Bindung eingehen.

Ist die Temperatur niedriger, gefrieren die Wassertröpfchen schneller und weniger

Schneekristalle können sich verbinden. Es entsteht Pulverschnee. Kältere Temperaturen bedeuten

demzufolge nicht größere Schneeflocken (ebd.).

2.1.3 Niederschlagsmessung

Das Maß des Niederschlags, ist die Menge des Niederschlagwassers, dass an einem Ort der Erd-

oberfläche, in einem bestimmten Zeitintervall gemessen wird (ebd.) Es gibt verschiedene Formen

der Niederschlagsmessung, welche im Folgenden kurz erläutert werden.

Totalisatoren sind Messgeräte, die den Niederschlag über einen langen Zeitraum messen (z.B 1

Monat oder 1 Jahr) und vor allem in schwer zugänglichen Gebieten aufgestellt werden. Eine

dünne Ölschicht verhindert das Verdunsten des Niederschlagswassers (STOLZENBERGER-RAMIREZ).

Es gibt unter den Totalisatoren, den sogenannten Hellmann-Regenmesser. Dieser wird in ca. 1-1,5

m Höhe angebracht und besteht aus einem Auffangzylinder mit einer genormten Öffnungsfläche

von 200 cm² und einer Kanne, in der das Niederschlagswasser gesammelt wird. Der Inhalt wird

alle 12 bis 24 Stunden gemessen. In den kalten Jahreszeiten wird der Niederschlagsmesser beheizt,

um festen Niederschlag, wie Schnee oder Hagel besser messen zu können. Die Temperatur ist

dabei gering, um Verdunstung zu vermeiden. Durch starken Wind kann es jedoch zu Messfehlern

kommen (LAUER 2004).

Registrierende Niederschlagsmesser verfügen über einen Schwimmer oder eine Wiegevorrich-

tung. Bei der Niederschlagswippe wird das Wasser auf eine Kippschale geleitet, die ein Auffang-

volumen von 0,1 mm aufweist. Ist die Kippschale voll, schlägt die Kippwaage um und löst damit

einen Magnetschalter aus. Die 0,1mm werden dann zur bestehenden Messung addiert (ebd.).

Mit einem Wetterradar können Niederschlagsmengen flächendeckend in einem Radius von ca.

100 km um die Radarantenne gemessen werden. Es werden ausgesendete Mikrowellen von Hyd-

rometeoren reflektiert und mit Hilfe der Radarantenne aufgezeichnet. Die aufgezeichnete

Intensität der Reflektion steht im direkten Zusammenhang mit der Regenrate. Allerdings ist diese

Berechnung noch nicht sehr genau, da z.B. schmelzende Eisteilchen ein überproportionales

Radarecho hervorrufen (ebd.).


20

Abb. 7: links: Hellmannregenmesser, rechts mit Kippwaage (Foto: RENTEL,W.). rechts: Totalisator am

Schönwieskopf (Foto: MAG. CATHLEEN PEER)

Es gibt verschiedene Faktoren, die die Messung beeinflussen können. So wird bei Wind weniger

Niederschlag gemessen, als eigentlich fällt. Um die Auswirkung der Komponente Wind zu mini-

mieren, könnte das Messgerät in den Boden einlassen werden. Allerdings ist hier eine Verfäl-

schung der Messergebnisse durch Spritzwasser möglich. Ein geschützter Standort, könnte

wiederum weniger Niederschlag bis zum Messgerät lassen. Des weiteren kann es zur Verdunstung

von Niederschlagswasser kommen.

2.1.4 Kategorisierung

Niederschlag kann in verschiedenen Kategorien unterteilt werden. Betrachtet man den

Aggregatzustand, so kann in flüssigen Niederschlag (z.B. Regen) und in festen Niederschlag (z.B.

Schnee, Hagel) unterschieden werden. Die statische Einteilung erfolgt in Starkregen,

Schneeschauer, Nieselregen, Dauerregen etc. Man unterscheidet des Weiteren zwischen

fallendem Niederschlag (z.B. Regen, Schnee) und abgesetztem Niederschlag (Tau, Reif). Wenn

man von zyklonalen (Warmfronten), konvektiven (Gewitter) oder orographischen

(Steigungsregen) Niederschlägen spricht, handelt es sich um Niederschlagsgenese (WEISCHET &

ENDLICHER 2008).

2.1.5 Niederschlagsgenese

Unterscheiden wird zwischen dem Orographischen-, Konvektiven- und Zyklonalen Niederschlag,

welche im Folgenden genauer beschrieben werden.

Orographischer Niederschlag

Orographischer Niederschlag, auch Steigungsniederschlag genannt, ist eine Form des Nieder-

schlags, der durch Hebung der Luft auf der Luvseite und in den Hochlagen eines Gebirges ausge-

löst wird. Feuchte Luft wird durch Gebirge dazu veranlasst aufzusteigen. Die aufsteigende Luft

kühlt sich ab und es entsteht Niederschlag. Die Wolke bleibt an dem Gebirge „hängen“, so leitet

sich z.B. auch der Name „Regenfänger Harz“ ab. Die Luft auf der anderen Seite, der sogenannten


21

Lee-Seite ist meist trocken. In Deutschland wirkt der Harz als Klimascheide. Auf Grund des

überwiegend vorkommenden Westwindes, kommt es im westlichen Teil des Harzes (Luv-Seite)

zu deutlich höherem Niederschlag, als im Osten(siehe Abb. 8) (KOCH).

Abb. 8: Harz als Klimascheide (o.A.)

Konvektiver Niederschlag

Bei konvektivem Niederschlag handelt es sich um eine kurze und starke Form von Niederschlag.

Er entsteht durch starke Vertikalbewegung in der Wolke. Wenn durch Erwärmung bodennaher

Luftmassen, eine instabile Luftschichtung entstanden ist, kommt es zum vertikalen Auftrieb mit

entsprechender Kondensation. Voraussetzung ist aufsteigende Luft, die genügend Feuchtigkeit

und somit ausreichenden Auftrieb besitzt (KOCH).

Zyklonaler Niederschlag

Wenn Kaltluftmassen und Warmluftmassen aufeinander treffen, wird die warme Luft zum Auf-

steigen gezwungen und es entsteht Niederschlag. Die Luftmassen bewegen sich und so wandert

auch der Niederschlag weiter (KOCH). Dieser Vorgang ist in Abb. 9 noch einmal verdeutlicht.

Abb. 9 : Entstehung von Zyklonalen Niederschlägen an einer Kalt-/Warmfrontgrenze (KOCH)

2.1.6 Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung

Die Exkursionswoche führt uns in den Harz. Hier befindet sich der Brocken mit 1142 m Höhe. Wie

in Kapitel 5.1 bereits beschrieben, dient der Brocken als Klimascheide. Das Gebiet westlich vom

Brocken ist durch den Orographischen Regen sehr niederschlagsreich. Während der Exkur-

sionswoche, wird zur Messung des Niederschlags ein Totalisator verwendet. Dieser Totalisator

verfügt über eine Kippwaage, welche die Messdaten digital aufzeichnet. Eine Interessante Frage-

stellung wäre, in wie weit sich die Messungen an Wind geschützten oder Wind ausgesetzten

Standorten verändern und ob die Vegetation Einfluss auf das Messergebniss nimmt.


22

2.2 Lufttemperatur

Cortina Feldmann, Cosima Seifert

Um die physikalische Größe Lufttemperatur zu verstehen, muss zunächst die Definition

betrachtet und diese anhand von Formeln hergeleitet werden. Des Weiteren gilt es, eine

Abgrenzung zu anderen Klimaelementen wie Luftfeuchte und Niederschlag zu ermitteln um

somit auch Zusammenhänge zu verdeutlichen. Inwieweit wird die Lufttemperatur von anderen

Klimaelementen beeinflusst? Können sogar bei der Messung Rückschlüsse auf andere Beo-

bachtungsgrößen der Klimatologie gehalten bzw. dadurch Prognosen für die Lufttemperatur-

entwicklung formuliert werden? Wie wird die Lufttemperatur überhaupt gemessen? Der folgende

Text soll Antwort auf diese Fragen geben. Es wird auf unterschiedliche Methoden bei der

Messung eingegangen, die Auswertung von Daten wird beschrieben sowie die Bedeutung dessen

erläutert. Außerdem sollen Kenntnisse über die Verteilung der Lufttemperatur in der Atmosphäre

ebenso wie zur Entstehung von Temperaturinversionen vermittelt werden.

Im Rahmen des Projekts Makro vs. Mikro – Landschafts- und Geländeklima im Harzer Vorland

sollen zusätzlich Bezüge zu den Temperaturverhältnissen in der Region Harz hergestellt werden.

2.2.1 Definition

Temperatur im Allgemeinen beschreibt den Wärmeinhalt eines Körpers. Lufttemperatur ist das

Maß für den Wärmezustand der Luft. Die Lufttemperatur im physikalischen Sinne ist eine

Zustandsgröße, anhand dieser der thermodynamische Sachverhalt eines Systems bestimmt

werden kann (KUTTLER 2009: 49). LAUER & BENDIX (2004) erklären die Lufttemperatur als Betrag

der molekularen Bewegungsenergie in einem Luftkörper und leiten diese Definition aus der

mechanischen Wärmetheorie ab.

k

vm

k

vm

T

3

2

32

2

2

(1)

T = Absolute Temperatur [K], m = Masse [kg], v = Molekulare Geschwindigkeit [m*s-¹],

k = Boltzmann-Konstante 1,381*10-²³ [J*K-¹], m*v²/2 = Kinetische Energie der Molekularbewegung

[kg*m²*s-¹ = J]

Die Gasgleichung für trockene Luft ergibt Aufschluss über die Abhängigkeit der Lufttemperatur

von Luftdruck und Luftdichte.

LR

pT

(2)

T = Absolute Temperatur [K], p = Luftdruck [Pa = kg*m-¹*s-²], ρ = Luftdichte [kg*m-³],

RL = Spezifische Gaskonstante trockener Luft, 287,05 [J*kg-¹*K-¹]

Die Lufttemperatur stellt demzufolge neben dem Luftdruck und der Luftdichte eine wesentliche

Beobachtungsgröße in der freien Atmosphäre dar (LAUER & BENDIX 2004: 70, 84).


23

Nach LAUER & BENDIX (2004) IST NACH internationaler Vereinbarung (SI) die verwendete Einheit

für Angaben zur Lufttemperatur Kelvin (K). Weiterhin in der Meteorologie angewandt ist die

Einheit Grad Celsius (°C). Ausnahmen sind hier die USA und Groß Britannien, deren Messungen

in Grad Fahrenheit (°F) angegeben werden. In allen drei Skalen sind Fixpunkte festgelegt worden

(siehe Tab. 2). Der Nullpunkt in der Celsius-Skala ist die Schmelztemperatur von Eis (0 °C) und

der zweite Fixpunkt ist der Siedepunkt von Wasser (100 °C).

In der Tab. 2 ist zu erkennen, dass nur für die Kelvin- und die Celsius-Skala dieselben Fixpunkte

gelten. Sie liegen genau 100 Einheiten auseinander. Der Aufbau der Kelvin-Skala ist so, dass die

tiefste Temperatur (der absolute Nullpunkt mit keinerlei Bewegungsenergie der Moleküle) 0

Kelvin (-272,15 °C) beträgt. Für die Umrechnung gilt daher: T [°C] = T [K] - 273,15. Der Vorteil

einer Kelvin-Skala ist, dass nur positive Temperaturen vorkommen (physikalische Sonderfälle

nicht beachtet), welches die Berechnung erleichtert (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 102; LAUER &

BENDIX 2004: 70 ff.; ZMARSLY et al. 2007: 38).

Celsius-Skala Kelvin-Skala Fahrenheit-Skala

Temperatur des schmelzenden

reinen Eises

0 °C 273,15 K 32 °F

Temperatur des siedenden reinen

Wassers bei einem Luftdruck von

1013,25 hPa

100 °C 373,15 K 212 °F

Tab. 2: Skalen mit Fixpunkten (verändert nach DEUTSCHER WETTERDIENST 2012)

2.2.2 Messung

Die Messung der Lufttemperatur findet mit einem Thermometer oder Messfühler statt, welche im

Wärmegleichgewicht mit der Luft sein müssen. Der Energietransport zwischen dem Messkörper

und der Luft soll ausgeglichen sein, damit das Thermometer die gleiche Temperatur wie die Luft

hat. Um dies zu erreichen, weisen WEISCHET & ENDLICHER (2008) sowie LAUER & BENDIX (2004)

darauf hin, dass die Lufttemperatur unter Ausschluss aller Strahlungseinflüsse gemessen wird.

Das bedeutet, dass die wahre Lufttemperatur die Schattentemperatur ist (WEISCHET & ENDLICHER

2008: 101). Außerdem muss das Thermometer gut ventiliert sein und außerhalb der „bodennahen

Luftschicht“ (ebd.: 102) in einer Höhe von 2 m über dem Erdboden angebracht werden. Der Grund

dafür ist, dass in der bodennahen Luftschicht die Lufttemperatur und auch andere

klimatologische Parameter extreme Änderungen auf kleinster Fläche aufweisen. Von großem

Interesse und charakteristisch sind diese Werte allenfalls mikroklimatologisch, makroklimato-

logisch beeinträchtigen sie aber die Vergleichbarkeit der Werte (LAUER & BENDIX 2004: 101 ff.).

Analoge Messmethode

Analog wird die Lufttemperatur mit einem mit Quecksilber oder Alkohol gefülltem

Flüssigkeitsthermometer gemessen. Dies basiert auf der Volumenänderung der Flüssigkeiten bei

steigender oder sinkender Temperatur. Nimmt die Lufttemperatur zu, nimmt auch das Volumen

der Flüssigkeit zu und steigt in der Glasröhre, in welcher sie sich befindet, nach oben. Nimmt die


24

Lufttemperatur ab, geschieht das Gegenteil. An der zuvor erwähnten Glasröhre befindet sich eine

geeichte Skala, an welcher die Lufttemperatur abzulesen ist. Quecksilber ist für Messungen

normaler und hoher Lufttemperaturen zu verwenden, erstarrt aber bei einer Temperatur von -

38,9 °C. Bei diesen Lufttemperaturen sind mit Alkohol gefüllte Thermometer zu verwenden

(LAUER & BENDIX 2004: 71).

Ein Internationales Standartinstrument ist das Aßmannsche Aspirationspsychrometer (Abb. 10, in

welches neben einem normalen noch ein sog. Feuchtes Thermometer eingebaut ist. Der Sensor

befindet sich in einer hochglänzenden, stark reflektierenden Metallröhre, dem Strahlungsschutz

(WEISCHET & ENDLICHER 2008: 101; LAUER & BENDIX 2004: 72). Vor der Messung wird das

Federwerk für den Antrieb der Belüftung in Betrieb gesetzt, sodass während der Messung ein

ständiger Luftstrom an den Thermometern vorbeigeführt wird. Anschließend wird das

Thermometer in einer Höhe von 2 m über dem Erdboden gehalten, der für eine optimale

Messung Rasen sein sollte. Das Thermometer sollte mindestens 2 Minuten in der Position

gehalten werden, bevor die angezeigte Lufttemperatur abgelesen wird. Hierbei ist darauf zu

achten, dass im rechten Winkel auf die Skala geschaut wird, da sonst ein Messfehler von 1 °C und

mehr auftreten kann.

Abb. 10: Aspirationspsychrometer nach Aßmann (o.A.)

Für eine international vergleichbare Messung, sollten laut LAUER & BENDIX (2004) „Vier

Bedingungen der Messanordnung“ befolgt werden. Erstens, die Messung sollte auf gemähtem

Rasen und entfernt von Gebäuden oder anderen Gegenständen stattfinden. Zweitens, das Ther-

mometer sollte zwei Meter über der Erdoberfläche aufgestellt werden, außerhalb der bodennahen

Luftschicht (siehe Kapitel 2). Drittens, die Schattentemperatur soll gemessen werden, d.h. das


25

Thermometer muss vor Strahlung geschützt werden (siehe Kapitel 2). Wäre kein

Strahlungsschutz existent, würde die Flüssigkeit/das Quecksilber die Strahlung absorbieren und

in Wärmeenergie umwandeln. Viertens, eine gute Ventilation bzw. Umströmung durch einen

Luftstrom muss gewährleistet werden. Diese ist notwendig, um einen ungehinderten Wärmefluss

zu erhalten. „Die aus dem Wärmeleitungsgleichgewicht mit strahlungsgeschützten

Thermometern gewonnenen Temperaturangaben für die Luft werden als „wahre Lufttemperatur“

bezeichnet“ (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 101).

Digitale Messmethode

Die Lufttemperatur wird gegenwärtig überwiegend elektronisch mit Widerstandsthermometern

durch Messfühler bestimmt, welche mit Halbleitern (Heißleiter-) oder mit Metallen (Kaltleiter-

Widerstandsthermometer) funktionieren. Bei Metallen steigt der Widerstand mit dem Tem-

peraturanstieg, jedoch sinkt er bei Halbleitern in der Regel (Thermistoren). Die Verwendung von

Bimetallstreifen ist ebenso möglich, ist aber weniger genau (siehe Tab. 3). Üblich sind laut LAUER

& BENDIX (2004) Widerstandsthermometer, wie z.B. das Pt-100=Platinum Resistance Thermo-

meter oder Thermistorprinzip. Der hierbei entstehende Widerstandswert wird mit einem trans-

portablen Computer (Datalogger) registriert, mit einer Kalibrierungsgleichung umgerechnet und

gespeichert (LAUER & BENDIX 2004: 71).

Messbereich Messgenauigkeit

Quecksilberthermometer -30 - +50 °C 0,1 °C

Bimetallthermometer -35 - +45 °C 0,5 - 1 °C

Pt 100 -200 - +850 °C 0,1 - 0,2 °C

Tab. 3: Vergleich der drei häufig verwendeten Thermometer (verändert nach DEUTSCHER WETTER

DIENST 2012)

In Abb. 11 ist eine Automatische Wetterstation (AWS) der Technischen Universität Berlin (TU-

Berlin) abgebildet, wie sie auch auf der Exkursion verwendet wird. Die Sensoren, welche die

Lufttemperatur messen, werden in zwei unterschiedlichen Höhen der AWS befestigt. Bei der

AWS der TU-Berlin handelt es sich um den Temperatur- und Feuchtesensor CS215 der Firma

Campbell, zu sehen in Abb. 12. Die Sensoren werden an sog. Auslegern an dem drei Meter hohen

Mast befestigt. Ein Sensor wird in einem Meter Höhe, der andere in drei Metern Höhe installiert.

Dadurch können zum einen Differenzen und zum anderen die vertikale Verteilung abgeleitet

werden. Da mehrere dieser Stationen an verschiedenen Messorten aufgestellt werden, und bei

allen die Sensoren an gleicher Stelle installiert werden, sind die Messwerte somit mit einander

vergleichbar, nicht jedoch mit Werten des DWDs, dessen Werte in zwei Metern Höhe gemessen

werden (TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN (HRSG.) 2011).


26

Automatische Wetterstation (AWS)

Abb. 11: Automatische Wetterstation (TU BERLIn 2011)

Das Platin-(Pt)-100 Verfahren ist ein häufig verwendetes Messverfahren. Bei Zu- oder Abnahme

der Lufttemperatur ist die Modifikation des elektrischen Widerstands eines der Norm entsprech-

enden Platindrahtes eindeutig daraus herzuleiten. Der Platinfühler hat bei 0 °C einen Widerstand

von 100 Ohm. Pro 1 °C ändert der Sensor diesen um 0,4 Ohm. Der Messbereich des Temperatur-

sensors CS215 (siehe Abb. 12) liegt zwischen -40 °C und +70 °C. Er hat eine Auflösung von 0,01 °C,

eine Genauigkeit von ±0,3 °C bei 25 °C; ±0,4 °C über +5 °C bis +40 °C; und ±0,9 °C über -40 °C bis

+70 °C. Die Reaktionszeit beträgt <120 s (LAUER & BENDIX 2004: 71; TU BERLIN (HRSG.) 2011).

Abb. 12: Links: Kombiniertes Temperatur- und Feuchte-Messgerät CS215 der Firma Cambell. Rechts:

Digitaler Feuchte- und Temperatursensor SHT75 der Firma Sensiron im Messgerät CS215

(TU BERLIN 2011)


27

Vor- und Nachteile

Die Vorteile Loggergestützter Erfassungsgeräte sind, dass eine kontinuierliche und automatische

Messung in beliebigen Intervallen von Sekunden bis Tageswerten möglich ist. Es ist kaum Per-

sonal nötig, die Geräte sind hochauflösender und es treten keine Ablesefehler auf. Aus diesen

Gründen finden heute überwiegend digitale Messmethoden Verwendung. Fehler bei der Messung

können durch elektrische Anschlussfehler hervorgerufen werden (LAUER & BENDIX 2004: 71).

Ein Vorteil des Flüssigkeitsthermometers ist beispielsweise, dass eine mobile Messung möglich

ist, jedoch ist manuelles Ablesen nötig, was Ablesefehler beim Nichteinhalten des 90° Winkels

mit sich bringen kann (ebd.: 72).

Beide Thermometer sind in Wetterhütten verwendbar. Nachteile beider Geräte sind der Alter-

ungsprozess, der Ungenauigkeiten hervorbringt, sowie das eine unkorrekte Eichung oder ein

ungünstiger Standort, verfälschte Werte zur Folge haben kann.

Auswertung der Messwerte

Tagesgang

Abb. 13 zeigt beispielhaft einen Tagesgang im Sommer in unseren Breiten. Der Verlauf der Kurve

während der Einstrahlung am Tage ist fast sinusförmig. Ein regelrecht linear negativer Anstieg ist

nach Sonnenuntergang zu verzeichnen, der je nach Wasserdampfgehalt der Luft und Bewölkung

unterschiedlich stark sein kann.

0

5

10

15

20

25

00:00

02:00

04:00

06:00

08:00

10:0

012

:00

14:0

016

:00

18:0

0

20:0

0

22:0

0

00:00

Zeit [hh:mm]

Te

mp

era

tur

[°C

]

Abb. 13: Tagesgang der Lufttemperatur (verändert nach WETTERKONTOR 2012)

Kurz vor Sonnenaufgang schwächt der negative Anstieg extrem ab und endet vor Beginn der

Sinuskurve zwischen 03:00 und 04:00 Uhr. Zur Zeit des Sonnenaufgangs (ca. 04:30 Uhr) ist ein

Lufttemperaturminimum zu verzeichnen, was durch starke Bewölkung oder Wind, insbesondere

in der Nähe großer Gewässer gemindert wird. Erscheinungen wie Nebel, Tau oder Reif entstehen,

wenn die Lufttemperatur unter die Taupunktstemperatur (Kondensatbildung) sinkt. Nach

Sonnenaufgang ist die schnellste Lufttemperaturänderung des Tages zu verzeichnen. Das Luft-

temperaturmaximum ist nicht, wie evtl. zu erwarten wäre, während des Sonnenhöchststands,

sondern verzögert sich, und zwar, je wirksamer die Heizwirkung des Untergrunds ist. Über

großen Wasserflächen handelt es sich dabei um ca. eine halbe Stunde Verspätung, über


28

Kontinenten sogar bis zu drei Stunden bei extremer Einstrahlung. Dies gilt für Sommer sowie

Winter gleich, sofern nicht Einwirkungen wie Wolken, oder Warm- bzw. Kaltluft zu Differenzen

führen (BENDIX 2004: 87 ff.; HORBERT 2000: 49 ff.; LAUER & BENDIX 2004: 74; WEISCHET &

ENDLICHER 2008: 103).

Jahresgang

Im Jahresgang, welcher auf Tages- oder Monatsmitteln (vgl. Kapitel 2.5.3) als langjährige Durch-

schnittswerte basiert, zeigt sich für den Brocken der in Abb. 14 abgebildete Verlauf. Es ist zu

erkennen, dass die Kurve des Jahresgangs erhebliche Ähnlichkeit mit der des Tagesgangs hat. Die

Monate Dezember, Januar und Februar bilden die kältesten Monate, von März bis Mai zeigt sich

eine rasche Zunahme der Lufttemperatur. Doch, ähnlich wie im Tagesgang, verzögert sich das

Lufttemperaturmaximum auf Juli/August, obwohl der längste Tag und der maximale

Sonnenstand schon im Juni erreicht werden. Von September bis Dezember ist eine rasche

Abnahme der Lufttemperaturen zu verzeichnen (WETTERKONTOR (HRSG.) 2012; LAUER & BENDIX

2004: 75).

-8-6-4-202468

101214

Jan

FebM

ärz

AprilM

aiJu

niJu

liAug

Sep

Okt

Nov

Dez

Monat

Te

mp

era

tur

[°C

]

Abb. 14: Jahresgang der Lufttemperatur der Monatsmittel der Jahre 2011, 2008, 2005 auf dem Brocken

(verändert nach WETTERKONTOR 2012)

Tagesmittel

„Die gemessene Temperatur gibt nur den augenblicklichen Zustand wieder“ (LAUER & BENDIX

2004: 72). Die Bildung des Tagesmittelwerts der Lufttemperatur dient dazu, die Angaben für

vergleichbare Zeiten oder Zeitabschnitte festzusetzen. Als Ausgangsbasis dient hierzu, laut

WEISCHET & ENDLICHER (2008) der Tagesmittelwert der Lufttemperatur.

Historisch sind mehrere Methoden der Mittelbildung existent. Um einen repräsentativen Wert

eines Tages zu erhalten, kann man aus dem arithmetischen Mittel der 24-Stundenwerte das

„wahre Tagesmittel“ (ebd: 103 ff.) der Lufttemperatur berechnen, indem man die Summe der

gemessenen Lufttemperaturen jeder vollen Stunde durch 24 dividiert. Da dies laut WEISCHET &

ENDLICHER (2008) sehr aufwendig ist und die Lufttemperatur, wie in Kapitel 2.5.1 zu lesen, einen

Tagesgang aufweist, hat sich in weiten Teilen der Welt eine einfachere Methode durchgesetzt,

welche weniger Beobachtungen und eine einfachere Berechnung benötigt, die „Mannheimer

Stunden“. Der Name ruht daher, dass dieses Verfahren in Mannheim eingeführt wurde. Bei


29

diesem Verfahren werden die Summe der Temperaturen um 07:00, 14:00 und 21:00 Uhr durch vier

dividiert.

Die USA verwendete hingegen eine noch einfachere, jedoch ungenauere Methode, bei welcher

das Mittel aus der höchsten und tiefsten Lufttemperatur des Tages gebildet wurde (ebd.: 104). Die

Abweichungen der Mittelbildung aller drei Methoden zeigt Abb. 15.

Abb. 15: Effekt der unterschiedlichen Mittelbildung auf den Temperaturmittelwert einer stündlichen

Messreihe aus dem Lötschental (LAUER & BENDIX 2004: 73)

Die heutigen, automatisierten Messtechniken sind hingegen noch genauer. Aus 24-Stunden-

werten oder stellvertretend den vier synoptischen Hauptterminen 00, 06, 12, 18 UTC (Unified

Time Code = Greenwich Mean Time) wird seit 2004 das Tagesmittel gebildet. Aus diesen Werten

können Repräsentationswerte für längere Zeiträume bis hin zu mehreren Jahren berechnet

werden. Die sogenannten „klimatolongischen Mittelwerte“ (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 104).

International sind dafür als Normalperioden die 30-jährigen Reihen 1901-1930, 1931-1960, 1061-1990

etc. festgesetzt worden (ebd.).

2.2.3 Verteilung der Lufttemperatur in der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist eine dünne Gashülle der Erde und erstreckt sich von der Erdoberfläche bis in

400 km Höhe. Sie wird in verschiedene Stockwerke aufgeteilt: Troposphäre, Stratosphäre, Meso-

sphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Maßgeblich entscheidend für klimatologische Betrach-

tungen ist die unterste Schicht: die Troposphäre. Sie erstreckt sich vom Erdboden 7 bis 18 km in

die Höhe und ist geprägt durch turbulente, thermodynamische und mechanische Durch-

mischung. Eine wichtige Rolle nimmt dabei die Lufttemperatur mit ihrer vertikalen und hori-

zontalen Verteilung ein.


30

Horizontaler Temperaturgradient

Um die horizontale Verteilung der Lufttemperatur auf der Erde kartographisch darzustellen,

werden Isotherme verwendet. Isotherme sind Linien gleicher Lufttemperatur und stellen eine

Verbindung zwischen Orten mit einheitlichen Lufttemperaturen her. Dabei wird in wahre bzw.

absolute und in reduzierte Isotherme unterschieden. Die wahren Isotherme geben die real

gemessenen Werte, also das tatsächliche Wärmebild wieder. Somit zeichnet sich auf dem

Festland praktisch das Relief ab, da es mit zunehmender Höhe kälter wird. Diese wahren

Isothermenkarten bieten als Vorteil einen schnellen Lufttemperaturüberblick. Bei den reduzier-

ten Isothermen werden die Werte unter Verwendung des hypsometrischen Temperatur-

gradienten auf Meeresspiegelniveau heruntergerechnet. Der hypsometrische Temperaturgradient

ist das Maß für die höhenbedingte Lufttemperaturabnahme (siehe folgender Abschnitt). Vorteil

dieser Darstellung ist, dass der Einfluss des Höhenreliefs und die Verteilung von Land und

Wasser besser erkennbar sind (LAUER & BENDIX 2004: 79 ff.; BLÜTHGEN 1980: 130 ff.).

Vertikaler Temperaturgradient

Im Normalfall herrscht ein Temperaturgefälle von der Bodenschicht bis in die hohe Schicht der

Troposphäre (in der Stratosphäre nimmt die Lufttemperatur nicht mehr mit der Höhe ab). Dies

ist mit dem Strahlungsumsatz der Globalstrahlung zu erklären. In der Atmosphäre herrscht im

Gegensatz zur Erdoberfläche eine negative Strahlungsbilanz, da aufgrund von solarer Einstrah-

lung der Erdboden stärker erwärmt wird. Es wird nach dem Auftreffen der kurzwelligen Sonnen-

strahlen auf den Boden, langwellige Energiestrahlen in Form von latenter Wärme und fühlbarer

Wärme freigesetzt. Die bodennahe Schicht wird erwärmt und die Temperatur der Luft nimmt mit

steigender Höhe ab (WEISCHERT & ENDLICHER 2008: 108). Eine weitere Begründung für die

Lufttemperaturabnahme mit der Höhe ist anhand der Gasgleichung für trockene Luft (siehe

Formel 1 im Kapitel 2.2.1) zu erkennen: Die Lufttemperatur steht in Abhängigkeit zu Luftdichte

und Druck. Luftdichte sowie Luftdruck nehmen mit zunehmender Höhe in der Atmosphäre ab,

folglich nimmt auch die Lufttemperatur ab (LAUER & BENDIX 2004: 84). Das Maß für die

Lufttemperaturabnahme mit der Höhe ist der hypsometrische Temperaturgradient. Er

kennzeichnet wie schnell die Lufttemperatur mit der Höhe abnimmt, d. h. wie unterschiedlich

die Lufttemperatur in verschiedenen Schichten der Atmosphäre ist, unabhängig von sich vertikal

bewegenden Luftpaketen. Der hypsometrische Temperaturgradient wird in K pro 100 m

angegeben (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 108).

Der Mittelwert des hypsometrischen Temperaturgradientens beträgt zwischen 0,5 und 0,6 °C/100

m (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 42). Die Größe des hypsometrischen Temperaturgradienten ist

zeitlich und räumlich variabel. Ein Beispiel für die räumliche Variabilität ist, wenn Luft durch ein

Hindernis (z.B. der Brocken im Harz) gezwungen wird aufzusteigen, dann können sich hier

abweichende Temperaturgradienten ergeben, die sich vom Mittelwert unterscheiden. Da die

Ursache der vertikalen Temperaturabnahme die Erwärmung am Grund und die Energieabgabe in

der Höhe der Atmosphäre ist, folgt daraus, dass im Tagesmittel und Jahresmittel die Temperatur-

unterschiede über einem Gebiet zum Mittag und im Sommer am höchsten sind im Gegensatz zur

Nacht und zum Winter. Daraus lässt sich ableiten, dass der hypsometrische Temperaturgradient


31

auch zeitlich variabel ist. Genauso verschieden verhält sich der Temperaturgradient über einem

Gebirge und in gleicher Höhenlage in der freien Atmosphäre. Durch die Höhenlage des Brockens

gibt die Berggipfeloberfläche durch die solare Einstrahlung fühlbare und latente Wärme an die

sich darüber befindliche Luft ab. In gleicher Höhenlage, in der freien Atmosphäre, wird die

dortige Luftschicht maßgeblich weniger durch die Ausstrahlung des Erdbodens beeinflusst.

Aufgrund der negativen Strahlungsbilanz kühlen sich der Boden auf dem Gipfel und die darüber

liegende Luft während der nächtlichen Ausstrahlungszeit stärker ab. Diese Kaltluft fließt dann

hinsichtlich ihres höheren Gewichts die Berghänge hinunter. Daraufhin kommt „neue“ Luft aus

der oberen Atmosphäre, welche bezüglich der adiabatischen Zustandsänderung relativ warm ist.

Somit kann davon ausgegangen werden, dass die Luft über dem Brocken wärmer ist, als in

gleicher Höhe in freier Atmosphäre (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 109).

Während der hypsometrische Temperaturgradient die Temperaturverteilung in der Höhe inner-

halb der Schichten bestimmt, kennzeichnet der adiabatische Temperaturgradient die Verän-

derung innerhalb eines aufsteigenden bzw. absinkenden Luftpakets (Erläuterung zum Luftpaket

in LAUER & BENDIX 2004: 85). Die Zustandsänderung des Luftpakets wird als adiabatisch

bezeichnet, weil hier eine Veränderung ohne Zufuhr oder Abgabe von Wärmeenergie erfolgt, also

ein in sich geschlossenes System vorhanden ist. Der Begriff adiabatisch bedeutet wörtlich

übersetzt „nicht passierbar“ (KUTTLER 2009: 54 ff.).

2.2.4 Temperaturinversionen

Im Vorangegangenen wurde festgestellt, dass die Lufttemperatur mit der Höhe abnimmt. Es kann

aber auch zu einer Umkehrung, also zur Erwärmung mit zunehmender Höhe kommen. Dieses

Phänomen wird als Temperaturinversion bezeichnet und ist von besonderer Bedeutung für den

vertikalen Luftaustausch. Denn Inversionen sind thermostabile Sperrschichten und verhindern

den Austausch von Luftpaketen. Aus diesem Grund führen sie über Industriegebieten und großen

Städten oft zu einer bodennahen Ansammlung von Luftschmutzpartikeln, auch Smog genannt.

Temperaturinversionen können sowohl in der niedertroposphärischen Grenzschicht als auch in

der höheren Atmosphäre (z.B. in der Tropopause) auftreten (LAUER & BENDIX 2004: 92).

In der niedertroposphärischen Grenzschicht kommt es häufig zu Strahlungsinversionen, welche

aufgrund ihres Auftretens in Bodennähe auch Bodeninversionen genannt werden. Dieses Ereignis

ist die Folge von nächtlicher Ausstrahlung bei windarmem Hochdruckwetter. Nach dem Sonnen-

untergang, wenn die Ausstrahlungsperiode beginnt, besitzt der Erdboden infolge der hohen

solaren Einstrahlung am Tag, eine höhere Temperatur als die Luft. Somit gibt er wesentlich mehr

Wärmestrahlung an die umgebene Luft ab und kühlt rascher und stärker aus. Da nur ein

schwacher Wind herrscht und dementsprechend eine geringere turbulente Durchmischung vor-

handen ist, bewegen sich die stark ausgekühlten Luftpakete am Boden erst mit großem

Zeitrückstand allmählich nach oben. In der ersten Nachthälfte beschränkt sich die Boden-

inversion meist auf den unteren Metern der bodennahen Luftschicht und weist eine Luft-

temperaturzunahme vom Boden bis zur Inversionsobergrenze auf. Bis zum Morgengrauen

besteht die Möglichkeit, dass die Inversionsschicht bis auf einige hundert Metern angewachsen

ist. Durch die beginnende solare Einstrahlung am Morgen wird die Unterlage wieder erwärmt


32

und es kommt zur Durchmischung von Luftpaketen. Durch die Erwärmung der Unterlage wird

die Inversionsschicht angehoben, somit grenzt sich die Bodeninversion mit einer klaren Ober-

und Untergrenze ab. Einsetzender Wind führt außerdem zum Abbau der Inversionsschicht,

sowohl von der Unterseite als auch von der oberen Seite.

Vor allem im Sommer der mittleren Breiten, löst sich eine Inversionswetterlage relativ schnell am

Vormittag auf. In den Wintermonaten kann es durch die schwächere Einstrahlung und den

flacheren Einstrahlungswinkel zum tagelangen Bestehen einer Inversion kommen. Die Mächtig-

keit der Inversionsschicht hängt von der Länge und der Intensität der Ausstrahlung und

demzufolge auch von der Einstrahlung ab. So ist ein geringer Wasserdampfgehalt in der Atmo-

sphäre für die effektive Ausstrahlung und eine Hochwetterlage für die Einstrahlung optimal

(BENDIX 2004: 90 ff.).

In Deutschland liegen die größten Mächtigkeiten von Inversionen bei 150 bis 200 m. Einen

weiteren Einfluss auf die Mächtigkeit bildet die Zunahme an turbulenter Durchmischung. Bei-

spielsweise führt der Kaltluftabfluss bei Tälern zu einer höheren Mächtigkeit als bei reinen

Strahlungsinversionen im Flachland. Vor allem im Mittelgebirge nehmen solche Talinversionen

am Ende der Nacht das komplette Tal ein, sodass das Tal bedeckt ist und die Berggipfel von der

Sonne bestrahlt werden (LAUER & BENDIX 2004: 92; BENDIX 2004: 90; 104 ff.).


Die Lufttemperatur steht zum einen bei der Klimaklassifikation und zum anderen auch bei der

Erfassung der Klimageschichte im Vordergrund. Die klimatologischen Eigenschaften eines

Gebietes lassen sich besonders gut aus dem Tagesgang und evtl. dem Jahresgang der Luft-

temperatur schlussfolgern. Um gemessene Werte der Lufttemperatur vergleichen zu können,

werden sie weltweit unter genormten Bedingungen durchgeführt. Außerdem ist hier die Bildung

von Mittelwerten nötig. Weiterhin hat die Lufttemperatur eine große klimatologische Bedeutung,

da sie in dichtem Zusammenhang und Korrelation mit anderen klimatischen Größen wie

Luftdruck, relativer Feuchte, Wind und Niederschlag steht, und somit bedeutenden Einfluss auf

das Wettergeschehen hat. Relief, Boden und Vegetation haben einen hohen Einfluss auf die

Lufttemperatur und bewirken Schwankungen, ebenso wie der anthropogene Einfluss. Außerdem

sind andere Messgrößen wie Feuchte, Wind, Strahlung und Druck indirekt über die Messung der

Lufttemperatur zu erschließen.


33

2.3 Wind

Michael Kachnicz

Wind ist bewegte Luft und somit eines der wichtigsten meteorologischen Elemente. Im Gegensatz

zu anderen meteorologischen Größen handelt es sich bei dem Wind nicht um eine skalare Größe,

sondern um eine vektorielle Größe im dreidimensionalen Raum, da zur Beschreibung des

Windes die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung notwendig sind. Die Windrichtung

gibt an, woher der Wind kommt und die Windgeschwindigkeit ist eine gerichtete Größe, welche

die zurückgelegte Strecke der Luft pro Zeiteinheit im Raum beschreibt. Die Windgeschwindig-

keit hat einen Einfluss auf die Umgebungstemperatur. So führt Starkwind zum Beispiel zu einer

stärkeren Lufttemperaturdurchmischung in der vertikalen Ebene (Abb. 17). Turbulenzen ver-

hindern, dass der Wind gleichmäßig mit parallel zueinander liegenden Stromfäden weht. Meist

wird nur die horizontale Komponente der Luftströme als Wind bezeichnet, in der Mesoskala ist

jedoch die vertikale Luftströmungskomponente für die Wolken- und Niederschlagsbildung be-

deutsam (FLEMMING 1991: 54). Nicht nur in den meteorologischen Prozessen hat der Wind einen

überaus wichtigen Stellenwert. In der Geschichte der Menschheit hat er schon immer eine

essentielle Funktion erfüllt: Bereits seit Jahrhunderten nutzen Menschen den Wind als Antriebs-

kraft für Segelschiffe um weite Strecken auf Meeren oder Seen zu überwinden und heutzutage

werden Windräder genutzt, um Strom aus Windkraft zu generieren. In die Kreisläufe der Natur

ist der Wind fest eingebettet: Zum Beispiel als Bestäubungsvermittler zwischen Pflanzen oder zur

Ausbreitung von Pflanzenarten durch Sporen und Samen. Als Transportmittel aller Lufteigen-

schaften, insbesondere Wärme und Luftfeuchte, ist der Wind nach der Sonne der einflussreichste

Klimafaktor. Ob mikroklimatisch oder makroklimatisch, überall nimmt der Wind Einfluss.

Abb. 16: Einfluss der Windgeschwindigkeit auf die Bodennähe: Starker Wind führt infolge der besseren

vertikalen Durchmischung zu ausgeglichenen Temperaturen (FLEMMING 1991)


34

2.3.1 Entstehung von Wind

Bei der Entstehung von Wind spielen verschiedene Faktoren eine Rolle: Die Erddrehung mit ihrer

wirkenden Corioliskraft, die Verteilung der Wasser- und Landoberfläche und die Sonneneinstrah-

lung. Über dem wärmeren Gebiet steigt erwärmte Luft, spezifisch leichtere Luft auf, über dem

kälteren Bereich sinkt die abgekühlte, spezifisch schwerere Luft ab (Abb. 16). So entstehen Luft-

druckunterschiede, die wiederum zu Ausgleichsbewegungen der Druckgradientenkraft führen.

Aus Gebieten mit hohem Luftdruck strömen Luftteilchen dorthin, wo der Luftdruck niedriger ist.

Je größer der Druckunterschied zwischen den Luftmassen, desto stärker weht der Wind. Durch

die Reibungskraft erfährt der Wind einen Widerstand an der Erdoberfläche, der entgegensetzt

zum Strömungsverlauf gerichtet ist. Die Corioliskraft ist die Auswirkung der Massenträgheit bei

allen Bewegungen auf den Oberflächen rotierender

Körper. In der nördlichen Erdhemisphäre kann ein mitrotierender Beobachter eine Ablenkung

aus der eigentlichen Bewegungsrichtung nach rechts feststellen, analog in der südlichen Hemi-

sphäre nach links (HÄCKEL 1999: 239). Ein Hoch bewegt sich also auf der Nordhalbkugel im

Uhrzeigersinn und ein Tief entgegen dem Uhrzeigersinn.

Windrichtung

Die Windrichtung ist die Richtung, aus der der Wind weht. Die Windrichtung kann mit

verschiedenen Messinstrumenten gemessen werden. Besonders präzise Messwerte erhält man mit

dem 3D Ultraschallanemometer, da es Vertikalströmungen aufzeichnen kann. Wind weht

nämlich nicht nur in der horizontalen Ebene (Nord-, Ost-, Süd-, Westwind) sondern auch in der

Vertikalen Ebene. Die exakt gemessene Windrichtung, bestehend aus Vertikal- und Horizontal-

strömungsmessung, könnte Aufschluss darüber geben, ob die bewegten Luftmassen aufsteigend

oder absteigend sind. Einfache Messinstrumente sind zum Beispiel der Wetterhahn oder der

Windsack. Diese Windrichtungszeiger können jedoch nur die horizontale Windrichtung anzeigen

und eignen sich für grobe Windrichtungsbestimmungen. Der Vorteil am Windsack ist, dass er

sich bei verschiedenen Windstärken unterschiedlich verhält. Bei schwachem Wind hängt er und

bei starkem Wind bläht er sich auf. Diese Verhaltensweisen eignen sich vor allem auf Flugzeug-

und Hubschrauber-Landeplätzen. Die Windrichtung hat einen wichtigen Einfluss auf die Tempe-

raturverhältnisse. Nordwinde bringen Kälte mit, wogegen Wärme mit dem Südwind einhergeht.

2.3.2 Messung

Wind wird in den Einheiten km/h, m/s und Knoten (1kn = 1,852 km/h = 0,514 m/s) angegeben.

Die Messung der Windgeschwindigkeit erfolgt mit dem Anemometer. Es gibt viele verschiedene

Formen des Anemometers, welche sich in ihrer Funktion und in ihrem Einsatz unterscheiden.

Das Staurohranemometer eignet sich zum Beispiel besonders gut für Messungen in Rohren, in

denen Luft- und Gasmassen durchströmen. Das Schalenkreuzanemometer eignet sich dagegen

für Messungen im Freien. In diesem Text wird im Folgenden vor allem explizit auf die

Messmethode des Schalenkreuzanemometers und des 3D Ultraschallanemometers eingehen.


35

Abb. 17: Entstehung thermischer Zirkulaltionen (Strömungsverlauf in Bodennähe vom kalten zum

warmen Gebiet) (FLEMMING 1991)

Bevor man mit einer Messung beginnt, sollte man bestimmte Festlegungen beachten, damit die

Winddaten im Nachhinein sinnvoll weiterverarbeitet werden können. Die Aufstellungshöhe von

10 m über einer freien Fläche wurde von der World Meteorological Organization festgelegt. Ein

Gelände wird dann als frei angesehen, wenn die Entfernung zu Hindernissen mindestens der

zehnfachen Höhe der Hindernisse entspricht. Solche Aufstellbedingungen sind aber nur selten

vorzufinden, deshalb wird empfohlen das Messinstrument in einer Höhe aufzustellen, die

weitgehend gleiche Messwerte liefert, die sich bei Messungen in 10m Höhe beim Fehlen der

Hindernisse ergeben würde (HÖHNE 2000: 18). Eine Mittelwertbildung einer Messung ist in

diesem Falle sinnvoll, da die Windrichtung und -geschwindigkeit kurz periodischen Schwan-

kungen großer Amplitude unterliegen. Diese Schwankungen führen zu Turbulenzen.

Momentanwerte sind aus diesem Grund wenig aussagekräftig. Mittel- und Extremwerte werden

über vorgegebene Zeitintervalle angegeben und haben einen höheren Informationsgehalt.

Schalenkreuzanemometer

Das Schalenkreuzanemometer verfügt über ein Drehkreuz, an dem halbkugelförmige Schalen

befestigt sind, die durch die kinetische Energie des Windes angetrieben werden. Die kinetische

Energie wird somit in mechanische Energie umgewandelt und das Drehkreuz kommt in

Bewegung. Dabei wird die Drehgeschwindigkeit des Drehkreuzes mit einem Messgerät aufge-

zeichnet und in m/s, km/h oder in Knoten umgerechnet. Das Schalenkreuzanemometer ist ein

Widerstandsläufer basierend auf dem Widerstandsprinzip. Durch die Windkraft entsteht

letztendlich Widerstandskraft in den Schalen und genau diese bringt die Schalen des Dreh-

kreuzes in Bewegung. Das Problem ist, dass Widerstandsläufer sich nicht schneller als der Wind

drehen können. Sie sind Langsamläufer und die Verluste sind daher sehr groß und der Leis-


36

tungsbeiwert (aerodynamischer Wirkungsgrad) sehr gering (DAS WINDENERGIE-RGD TEAM 2010).

Schalenanemometer zeigen bei böigem Wind einen gegenüber dem exakten Mittel erhöhten

Wert an (HÖHNE 2000: 19). Das Schalenkreuzanemometer läuft schon bei einer Wind-

geschwindigkeit von ca. 0,3 m/s an, flaut der Wind abrupt ab, läuft es wegen der Trägheit

noch eine Zeit nach. Die Geschwindigkeit wird gegenüber der real vorherrschenden Wind-

geschwindigkeit noch für einige weitere Sekunden verzögert gemessen, obwohl bereits ein

geringerer Wind weht. Somit wird der berechnete Mittelwert nach oben hin verfälscht.

Die relativ einfache Bauweise ermöglicht einen kostenniedrigen Nachbau. Die rotierenden Teile

sind jedoch besonders gegenüber Vereisung gefährdet, sofern sie nicht beheizt werden. Die

Übertragung einer hinreichenden Heizleistung auf die drehbaren Teile ist technisch aufwendig,

sollen die dynamischen Eigenschaften des Windmessers nicht beeinträchtigt werden.

3D Ultraschallanemometer

Das 3D Ultraschallanemometer, umgangssprachlich auch als “Sonic“ bezeichnet, ist ein

akustischer Strömungsmesser und erfasst Luftströmungen in drei Dimensionen. Das Messgerät

besteht aus vier Ultraschallsendern, vier Empfängern und kommt ohne bewegte Teile aus, was

sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt. Gemessen werden Frequenzänderungen, Lauf-

zeitdifferenzen oder Phasenverschiebung der Schallwellen, die vom Sender kontinuierlich oder

als Impuls zum Empfänger ausgestrahlt werden. Da sich die Auflösung mit der Schallfrequenz

erhöht, arbeiten die akustischen Strömungsmesser im Ultraschallbereich. Anlaufschwellen und

Trägheitsfehler, wie sie bei der Messung mit Schalenkreuzanemometern entstehen, sind nicht

vorhanden. Ein weiterer wichtiger Vorteil dem Schalenkreuzanemometer gegenüber, ist die

zusätzliche Erfassung der vertikalen Windkomponente die, wie schon genannt, ausschlaggebend

für Wolken- und Niederschlagsbildung sind. Die Messhöhe liegt bei ca. 5 m über dem Grund.


Fazit dieser Ausarbeitung ist, dass das 3D Ultraschallanemometer sich für die Windgeschwindig-

keitsmessungen viel mehr eignet als das Schalenkreuzanemometer. Die Gründe hierfür sind zum

einen: Die Genauigkeit der Windrichtungsmessung, die horizontal- und vertikalwinde umfasst.

Mit einem Schalenkreuzanemometer kann man die Windrichtung überhaupt nicht bestimmen.

Zum Anderen: Die Genauigkeit der Windgeschwindigkeitsmessung, die automatisch aufgezeich-

net wird und die Höhenlage der Messinstrumente.


37

2.4 Luftfeuchtigkeit

Christian Rüll, David Aerni

Wasser ist eine der bedeutendsten chemischen Verbindungen auf unserem Planeten. Eine

Besonderheit des Wassers ist, dass es bei den natürlichen, auf der Erde herrschenden, Beding-

ungen in allen drei Aggregatzuständen vorkommen kann: Eis (fest), Wasser (flüssig) und Wasser-

dampf (gasförmig) (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 160). Bei den Phasenübergängen wird Energie

umgesetzt. Aus diesem Grund hat das Wasser eine große Bedeutung für das Klima auf der Erde.

Durch die Freisetzung der gespeicherten Energie können beispielsweise heftige Wetterereignisse

wie Tornados oder Hagel entstehen (WARNECKE 1991: 152). Wir behandeln in dieser Arbeit den

Wasserdampf, also das gasförmige Wasser. Dabei handelt es sich nach WEISCHET & ENDLICHER

(2008) um ein unsichtbares Gas. Aus diesem Grund ist es eigentlich falsch, beispielsweise sicht-

bare Dunstschwaden über einem Kochtopf als Wasserdampf zu bezeichnen. Tatsächlich handelt

es sich dabei stets um kondensierte Wassertröpfchen.

Der gasförmige Anteil des Wassers in der Atmosphäre, sprich der Wasserdampfgehalt der Luft,

wird als Luftfeuchtigkeit bezeichnet. Wir versuchen im Folgenden zu klären, wie man Luft-

feuchtigkeit misst, wie sie entsteht und wie sie sich in der Atmosphäre verteilt. Außerdem geben

wir im Hinblick auf die bevorstehende Exkursion einen Ausblick auf die uns erwartenden

mikroklimatischen Bedingungen in unserem Messgebiet.

2.4.1 Messmethoden

In diesem Kapitel beschreiben wir die Messmethoden, die wir auf der Exkursion zur Ermittlung

der Luftfeuchtigkeit verwenden werden. Zu Beginn erklären wir außerdem wichtige Messgrößen.

Diejenigen, die im Zusammenhang mit den Messmethoden von Bedeutung sind und Andere, die

im Verlauf dieser Arbeit auftauchen werden. Die Informationen über die Messgrößen sowie die

angegebenen Berechnungsformeln und Formelzeichen sind verwendet nach ZMARSLY, KUTTLER &

PETHE (2007: 69 ff.).

Wichtige Messgrößen

Bezeichnung Formelzeichen Maßeinheit

absolute Luftfeuchtigkeit ρw g/m³

Die absolute Luftfeuchtigkeit drückt aus, wie viel Wasserdampf sich

in der Luft befindet. Repräsentativ für die Umgebung wird ange-

geben, wie viel Gramm Wasserdampf in einem Luftpaket von einem

Kubikmeter vorhanden sind.


38

spezifische

Luftfeuchtigkeit

S g/kg

Wie die absolute Luftfeuchtigkeit gibt auch die spezifische Luft-

feuchtigkeit an, wie viel Gramm Wasserdampf sich in einem reprä-

sentativen Luftpaket befinden. Das Luftpaket wird jedoch nicht über

das Volumen sondern über die Masse definiert.

Da sich ein Kilogramm Luft auch bei wechselndem Luftdruck nicht

verändert, im Gegensatz zum Volumen, bleibt diese Größe in einem

aufsteigenden Luftpaket konstant. Man nennt solche Größen

konservativ.

Mischungsverhältnis Μ g/kg

Auch das Mischungsverhältnis gibt an, wie viel Gramm Wasser-

dampf in einem Kilogramm Luft zu finden sind. Der Unterschied

zur spezifischen Luftfeuchtigkeit ist, dass sich das Mischungs-

verhältnis auf ein Kilogramm trockene Luft bezieht. Es gibt also das

Massenverhältnis zwischen dem Wasserdampf und dem restlichen

Gasgemisch in einem Luftpaket wieder. Diese Größe ist ebenfalls

konservativ.

Dampfdruck E hPa

Der Dampfdruck gibt auch Auskunft über die Zusammensetzung des

Gasgemisches der Luft. Druck entsteht immer aufgrund molekularer

Bewegung. Unter dem Dampfdruck wird der Teil des Gesamtluft-

drucks verstanden, der durch den Wasserdampf zustande kommt.

Sättigungsdampfdruck E hPa

Die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf ist nicht un-

begrenzt. Der Sättigungsdampfdruck bezeichnet den maximal mög-

lichen Dampfdruck. Wird er überschritten, beginnt das Wasser zu

kondensieren. Der Sättigungsdampfdruck ist abhängig von der

Lufttemperatur (siehe S. 41).


39

Sättigungsdefizit Δe hPa

Die Menge an Wasserdampf, die von der Luft noch aufgenommen

werden kann, bis der Sättigungsdampfdruck erreicht ist, wird Sätti-

gungsdefizit genannt. Berechnet wird es mittels der Differenz des

Sättigungsdampfdrucks und des Dampfdrucks (Δe = E-e).

relative Luftfeuchtigkeit f %

Die relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet den Sättigungsgrad der Luft.

Das heißt, sie gibt das Verhältnis zwischen dem aktuellen Wasser-

dampfgehalt und dem maximal möglichen Wasserdampfgehalt der

Luft an. Die Formel lautet: f = E/e*100.

Tab. 4: Wichtige Messgrößen

Kapazitive Methode

Bei der kapazitiven Methode wird mit Hilfe eines elektronischen Sensorelements die relative Luft-

feuchtigkeit bestimmt. Das Kernstück des Sensorelements bildet ein Kondensator. Dieser enthält

ein Di-Elektrikum. Im Fall des von uns verwendeten Sensors CS215 besteht es aus einem Polymer.

Das Di-Elektrikum nimmt proportional zur Umgebungsfeuchte Wasserdampf auf. Bei schwan-

kendem Wasserdampfgehalt ändert sich die Kapazität des Di-Elektrikums. Über eine elektro-

nische Schaltung können derartige Kapazitätsänderungen gemessen werden. Ein Datenlogger

wandelt die Signale in relative Luftfeuchtigkeitswerte um (SENSIRION AG 2012).

Die Messgenauigkeit des von uns genutzten Sensors verringert sich bei extremen Luftfeuchtig-

keitswerten; unterhalb von 10 % und oberhalb von 90 % relativer Luftfeuchtigkeit. (CAMPELL

SCIENTIFIC 2008: 2). Der Sensor sollte mit einem Strahlungsschutzgehäuse umgeben werden, da

die Sonneneinstrahlung Messfehler verursachen kann. Ferner ist der direkte Kontakt mit Wasser,

insbesondere in flüssiger Form, zu vermeiden, da dieses die elektronischen Komponenten stören

kann (WMO 2008: 20).

Für den Aufbau gilt es ebenfalls einiges zu beachten. Der Sensor wird an einem Mast in der

Standarthöhe nach WMO von 1,25 bis 2 m angebracht. Außerdem hat die Messung auf offenem

Gelände mit kurzem Pflanzenbelag zu erfolgen. Zu größeren gepflasterten Flächen ist ein Min-

destabstand von 30 Metern einzuhalten (CAMPELL SCIENTIFIC 2008: 3).

Aspirationspsychrometer

Das Aspirationspsychrometer besteht aus zwei Thermometern, die von einem Strahlungsschutz-

gehäuse umgeben sind. Es verfügt über einen eingebauten Ventilator, der fortlaufend

Umgebungsluft in das Gehäuse leitet. Eines der Thermometer ist von einem feuchten Strumpf

umgeben, an dem Wasser verdunstet (ZMARSLY, KUTTLER & PETHE 1999: 77). Die Luft am feuchten

Thermometer sättigt sich mit Wasserdampf, durch die Verdunstung wird der Luft Wärmeenergie

entzogen und die Temperatur fällt. Aus der Temperaturdifferenz zwischen dem trockenen und


40

dem feuchten Thermometer kann man mit einer Formel nach SPRUNG die Luftfeuchtigkeit (den

Dampfdruck) berechnen.

Die Werte des trockenen Thermometers entsprechen den Werten der Umgebungsluft und

werden mit einer 1 gekennzeichnet. Die Werte des feuchten Thermometers sind mit einer 2 be-

schriftet.

Da die Luft am feuchten Thermometer mit Wasserdampf gesättigt ist, entspricht der Dampfdruck

e2 dem Sättigungsdampfdruck E2. Der aufgenommene Wasserdampf entspricht dem Sätti-

gungsdefizit Δe2.

e2 = E2 = e1+Δe2 (3)

Da der Dampfdruck der Umgebungsluft von Interesse ist, wird die Formel nach e1 aufgelöst und

es ergibt sich:

e1 = E2 ‒ Δe2 (4)

Der Sättigungsdampfdruck E2 kann einer Tabelle entnommen werden, doch stellt sich die Frage,

wie sich das Sättigungsdefizit Δe2 ermitteln lässt. Die Temperaturdifferenz ΔT ist proportional

zum Sättigungsdefizit. Daher kann man das Sättigungsdefizit mit einer Konstante berechnen.

Δe ~ ΔT (5)

Δe2 = c ∙ (T1 ‒ T2) (6)

c = 0,67 hPa ∙ K-1 (7)

Wird die Formel (6) in die Formel (4) eingesetzt, ergibt sich die Formel nach Sprung:

e1 = E2 ‒ c ∙ (T1 ‒ T2) (8)

Bei der Durchführung von Messungen mit dem Aspirationspsychrometer können Fehler unter

anderem durch ungenaues Ablesen der Temperatur entstehen. Hierbei kommt es auf den

richtigen Betrachtungswinkel an. Außerdem reagiert das Gerät empfindlich auf verunreinigte

Luft. Daher sollte der Strumpf regelmäßig ausgewechselt, beziehungsweise gesäubert werden

(WMO 2008: 10).

2.4.2 Entstehung

Wasserdampf entsteht bei Sublimation und Verdunstung (STÜMPEL 2003: 2). Bei ersterer handelt

es sich um den direkten Übergang von Eis zu Wasserdampf. Da der Anteil an Wasserdampf, der

durch Sublimation entsteht, verschwindend klein ist, konzentrieren wir uns auf die Verdunstung,

also den Übergang von flüssigem Wasser zu Wasserdampf. Im Folgenden wird auf die Faktoren

eingegangen, welche die Verdunstung beeinflussen.

Bei der Verdunstung überwinden einzelne Wasserteilchen aufgrund ihrer molekularen Bewegung

die Anziehungskräfte der Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb des flüssigen Wassers und

werden ein Teil des Gasgemisches der Luft. Um die Verdunstung zu erhöhen, müssen die

Wasserteilchen beschleunigt werden, wozu Energie benötigt wird. Diese Energie wird den

Molekülen zugeführt, wenn sie von der kurzwelligen, energiereichen Sonneneinstrahlung ge-


41

troffen werden. Je stärker die Sonneneinstrahlung und folglich die Eigenbewegung der Moleküle

ist, desto schneller verdunstet das Wasser (vgl. WEISCHET & ENDLICHER 2008: 161).

Auch wenn keine direkte Sonneneinstrahlung vorhanden ist, findet Verdunstung statt. Aufgrund

des Wärmevorrats des Wassers weisen die Moleküle immer eine gewisse Eigenbewegung auf, die

dazu führt, dass vereinzelte Moleküle die Oberflächenspannung überwinden und zu Wasser-

dampf werden. Dieser Wärmevorrat ist jedoch auch auf vorhergehende Sonneneinstrahlung

zurückzuführen (ebd.: 160).

Ob Verdunstung stattfindet und wie schnell sie vonstattengeht, hängt auch von der Aufnahme-

fähigkeit der Luft ab. Entscheidend ist der Sättigungsgrad der Luft. Mit zunehmender Luft-

temperatur steigt das maximale Fassungsvermögen der Luft für Wasserdampf (Abb. 18).

0

5

10

15

20

25

30

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

Lufttemperatur [°C]

Sä

ttig

un

gsf

eu

chte

[g

/m³]

Abb. 18: Sättigungskurve bei einem Luftdruck von 1013 hPa (verändert nach WEISCHET &ENDLICHER

2008: 163)

Dadurch nimmt auch das Sättigungsdefizit zu und die Luft nimmt mehr und schneller

Wasserdampf auf (ebd.: 171).

Für den Verdunstungsvorgang ist auch wichtig, dass mit Feuchtigkeit angereicherte oder gar

gesättigte Luft abgeführt wird. Die Luft kann horizontal durch Winde abgeführt werden, aber

auch vertikal durch das Aufsteigen der Luft. Zweiterer Vorgang wird als thermische Konvektion

bezeichnet und ist abhängig von der vertikalen Temperaturschichtung (ebd.: 172). Je schneller die

Temperatur mit der Höhe abnimmt, desto schneller steigen die an der Erdoberfläche erwärmten,

mit Wasserdampf angereicherten Luftmassen auf.

Diese Faktoren - Sonneneinstrahlung, Lufttemperatur und turbulenter Austausch - bestimmen

die Verdunstung bei optimaler Wasserverfügbarkeit, beispielsweise über Wasserflächen. Auf

Landoberflächen enthält der Boden nicht uneingeschränkt Wasser. Die Verfügbarkeit des Boden-

wassers kommt daher als ausschlaggebender Faktor für die Verdunstung hinzu. Ob Bodenwasser

verfügbar ist, hängt vom Niederschlag und den Wasserhalteeigenschaften des Bodens wie

Porenvolumen, Grundwasserstand, Versiegelungsgrad etc. ab (BENDIX 2004: 113).

Die Verdunstung über unbedeckten Landoberflächen und Wasserflächen nennt man passive

Verdunstung oder Evaporation. Bei der Mitwirkung von Lebewesen spricht man von aktiver


42

Verdunstung oder Transpiration. Dazu gehört beispielsweise das Schwitzen von Tieren oder die

Abgabe von Wasserdampf an Pflanzenoberflächen. Letzteres hat einen erheblichen Einfluss auf

die Verdunstungsrate von mit Vegetation bedeckten Landflächen. Entscheidend sind die Vege-

tationsdichte und pflanzenspezifische Eigenschaften wie Wasserverbrauch, Blattoberfläche, An-

zahl der Spaltöffnungen etc. (HUPFER & KUTTLER 2006: 332 f.).

Die gesamte Verdunstung, also die Evaporation und die Transpiration zusammen, wird Evapo-

transpiration genannt.

2.4.3 Verteilung

In der Atmosphäre ist der Wasserdampf als Energieträger und Wettermacher von großer

Bedeutung (STÜMPEL 2003: 1). Kondensiert der Wasserdampf zu flüssigem Wasser, wird Energie

freigesetzt und es kommt zu Wetterphänomenen, wie Wolkenbildung, Niederschlag oder Nebel.

Für die Meteorologie ist daher entscheidend, wann die Luft gesättigt ist und die Kondensation

einsetzt. Diese Information kann man der relativen Luftfeuchtigkeit entnehmen.

Es ist jedoch, wie viel Wasserdampf in der Atmosphäre genau vorhanden ist, unabhängig davon

ob und wann der Wasserdampf kondensiert. Für diese Information sind Größen wie die absolute

und spezifische Luftfeuchtigkeit oder das Mischungsverhältnis interessant, die angeben wie viel

Gramm Wasserdampf in der Luft vorhanden sind. Daher wird sich im Folgenden stets auf diese

Messgrößen.

Räumliche Verteilung

Dieses Kapitel wird weiter in die horizontale und die vertikale Verteilung unterteilt.

Die horizontale Verteilung geschieht durch Winde. Dabei muss beachtet werden, dass die Ver-

dunstung einen erheblichen Einfluss auf die Entstehung der Winde hat. Bei der Verdunstung wird

Energie benötigt, um das flüssige Wasser in den gasförmigen Zustand zu überführen. Diese

Energie wird in latenter Form im Wasserdampf gespeichert und trägt nicht zur Erwärmung der

oberflächennahen Luftmassen bei. Dadurch erwärmen sich Luftmassen über Oberflächen, an

denen kaum Verdunstung stattfindet, stärker und steigen schneller auf. In Oberflächennähe ent-

stehen aus diesem Grund Druckgefälle, die durch Winde ausgeglichen werden. So wird die Luft

generell von dort aus, wo sie sich mit Wasserdampf anreichert, zu den trockeneren Gebieten

verteilt.

Ein Phänomen, das auf diesem Prinzip beruht, ist das der Seewinde. Aufgrund der optimalen

Wasserverfügbarkeit herrschen die größten Verdunstungsraten über den Weltmeeren. Im Ver-

gleich zu den Meeren entsteht dadurch am Tag über dem Festland ein niedrigerer Luftdruck, der

durch die Zufuhr von Meeresluft ausgeglichen wird (vgl. BENDIX 2004: 118 ff.). Mit dem Atlantik

im Westen und dem asiatischen Festland im Osten ist dieses Phänomen mitverantwortlich dafür,

dass in Europa tagsüber vorwiegend Westwinde herrschen (LAUER 1999: 165).


43

Global betrachtet entsteht auf Grund der hohen Sonneneinstrahlung am meisten Wasserdampf in

Äquatornähe und verteilt sich von da aus in Richtung der Pole. Dies lässt sich in Abb. 19

erkennen.

10 20 30 40 50

absolute Luftfeuchtigkeit [g/m³]

Äquator

Nordpol

Südpol

Abb. 19: Globale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit Modelldaten für den Monat Juli (verändert nach

WEISCHET & ENDLICHER 2008: 170)

Für die vertikale Verteilung ist entscheidend, dass Luftmassen, die sich an der Erdoberfläche

erwärmen und mit Wasserdampf anreichern, aufsteigen. Die höchsten Luftfeuchtigkeitswerte

findet man direkt an der Erdoberfläche, wo die Verdunstung vonstattengeht. Mit zunehmender

Höhe und Distanz zum Wasserreservoir nimmt der Wasserdampfgehalt ab (WEISCHET &

ENDLICHER 2008: 169) (Abb. 20).

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Mischungsverhältnis [g/kg]

Hö

he

[k

m]

Abb. 20: Vertikale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Sommers (April-September)

von 1961 in Larkhill GB (verändert nach FLOHN in WEISCHET & ENDLICHER 2008: 169)

Eine Umkehrung des Feuchtigkeitsgefälles kann vorkommen, ist jedoch deutlich seltener und

kurzfristiger als eine Umkehrung des Temperaturgefälles. Meist entsteht die Umkehrung in der


44

Nacht, wenn es durch eine Auskühlung der bodennahen Luftschicht zur Kondensation kommt

und dadurch der Wasserdampfgehalt sinkt. Eine Folge dieses Vorganges ist der Morgentau

(WEISCHET & ENDLICHER 2008: 168).

Für die vertikale Verteilung sind auch Umkehrungen des Temperaturgefälles, sogenannte

Temperaturinversionen, von Bedeutung. Bei einer solchen Inversion wird in einer bestimmten

Höhe der vertikale Austausch verhindert. Dadurch kann sich der Wasserdampf nicht weiter

verteilen und sammelt sich an der Unterseite der Inversionsschicht an. Dies hat oft zur Folge,

dass Wasserdampf kondensiert und eine sichtbare Dunstschicht entsteht (HÄCKEL 1999: 92).

Zeitliche Verteilung

Die Sonneneinstrahlung ist von den Faktoren, die die Verdunstung beeinflussen, derjenige, der

zeitlich die größten Schwankungen erfährt. Im Tagesverlauf gibt es je nach Sonnenstand

unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung und in den Nachtstunden fällt die Sonneneinstrahl-

ung sogar ganz aus. Im Jahresverlauf verändert sich die Sonneneinstrahlung durch den unter-

schiedlichen Sonnenlauf der Jahreszeiten.

Der typischen wird Tagesgang beschreiben wir anhand von zwei Beispielen nach WARNECKE (1991)

beschrieben, die den Verlauf der spezifischen Luftfeuchtigkeit zeigen. In Abb. 21 sieht man einen

Tagesgang im Sommer. Mit dem Sonnenaufgang setzt die Verdunstung ein und die spezifische

Luftfeuchtigkeit nimmt zu. Das Maximum wird kurz vor Mittag erreicht. Am Nachmittag sinkt

die Luftfeuchtigkeit wieder. Dieser Einbruch ist zurückzuführen auf die starke thermische

Konvektion, die einen großen Teil des Wasserdampfes in höhere Luftschichten bringt (WARNECKE

1991: 154) und einen Rückgang der Transpiration, da die Pflanzen ihre Spaltöffnung bei starker

Sonneneinstrahlung schließen (HUPFER & KUTTLER 2006: 327). Mit sinkender Sonneneinstrahlung

steigt die Luft nicht mehr so schnell auf und die Pflanzen öffnen ihre Spaltöffnungen wieder.

Dadurch nimmt die spezifische Luftfeuchtigkeit in den Abendstunden noch einmal zu. Kurz nach

dem Sonnenuntergang sinkt die Verdunstung auf ein Minimum, die Luft kühlt aus und der

Wasserdampf kondensiert. Aus diesen Gründen sinkt die Luftfeuchtigkeit im Verlauf der Nacht

und erreicht kurz vor Sonnenaufgang ihr Minimum.

0

2

4

6

8

10

12

14

00:00

02:00

04:00

06:00

08:00

10:0

012

:00

14:0

016

:00

18:0

0

20:0

0

22:0

0

00:00

Zeit [hh:mm]

spe

zif

isch

e L

uft

feu

chti

gk

eit

[g

/kg

]

Abb. 21: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Julis 1996 bei Bonn (ver-

ändert nach WARNECKE 1991: 154)


45

Im Winter ist die Sonneneinstrahlung deutlich schwächer. Der Einstrahlungswinkel der Sonne

verläuft flacher, sie geht später auf und früher unter. Dadurch findet zum einen weniger

Verdunstung statt und zum anderen ist die Lufttemperatur niedriger, was wiederum zur Folge

hat, dass die Luft weniger Wasserdampf aufnehmen kann. Der typische Tagesgang der spezi-

fischen Luftfeuchtigkeit im Winter verläuft daher bedeutend flacher (Abb. 22). Auch hier steigt

die spezifische Luftfeuchtigkeit nach dem Sonnenaufgang kontinuierlich an. Das Maximum wird

etwas versetzt mit dem Maximum der Sonneneinstrahlung am frühen Nachmittag erreicht.

0

2

4

6

8

10

12

14

00:00

02:00

04:00

06:00

08:00

10:0

012

:00

14:0

016

:00

18:0

0

20:0

0

22:0

0

00:00

Zeit [hh:mm]

spe

zif

isch

e L

uft

feu

chti

gk

eit

[g

/kg

]

Abb. 22: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Februars 1996 bei Bonn

(verändert nach WARNECKE 1991: 154)

Im Jahresverlauf zeichnet sich aus den oben genannten Gründen ein erheblicher Unterschied

zwischen der kalten und der warmen Jahreszeit ab. Das erkennt man am Beispiel in Abb. 6. Diese

zeigt die Monatsmittelwerte der Jahre von 1951-1980 bei Quedlinburg am nordöstlichen Rand des

Harzes.

4

6

8

10

12

14

16

Jan

FebM

rzApr

Mai Ju

n Jul

AugSe

pO

ktN

ovD

ez

Monat

Da

mp

fdru

ck [

hP

a]

Abb. 23: Jahresgang des Dampfdrucks mit den Monatsmittelwerten von 1951-1980 bei Quedlinburg

(verändert nach GLÄSSER 1994: 231)


46


Das Gebiet, in dem wir unsere Messungen durchführen werden, befindet sich im Rieseberger

Moor, einem Naturschutzgebiet in der Nähe von Königslutter. Es handelt sich um ein Nieder-

moor mit Birkenbruchwald, Weidengebüschen und Quellsümpfen, das umgeben ist von feuchtem

Dauergrünland (NLWKN 2011).

Das nordöstliche Harzer Vorland, in dem sich das Rieseberger Moor befindet, ist eine der

trockensten Regionen Deutschlands (LAUER 1999: 168). Das liegt daran, dass der Großteil des aus

dem Westen herangetragenen Wasserdampfes im Harz als Niederschlag ausfällt. Daher wird das

Moor vorwiegend durch unterirdischen Wasserzufluss und nicht durch Niederschlagswasser

gespiesen. Das ist jedoch typisch für Niedermoore (GÖTTLICH 1976: 157). Der wichtigste Zufluss ist

die Lauinger Mühlenriede, die am Bruchberg im Harz entspringt (MONCALEAVO 2011).

Um zu verstehen, was das Rieseberger Moor für einen Einfluss auf die Entstehung und Verteilung

von Luftfeuchtigkeit hat, gehen wir auf die mikroklimatischen Verhältnisse in einem Moor ein.

Moore haben ein spezielles Mikroklima, das sich sehr stark vom umgebenden Klima unter-

scheiden kann. Die Eigenheiten des Mikroklimas sind vorwiegend auf die Eigenschaften des

Bodens zurückzuführen. Zum einen enthält der Torfboden mit bis zu 95 Volumen-% sehr viel

Wasser (GÖTTLICH 1976: 153) und zum anderen hat er im Vergleich mit anderen Böden eine sehr

tiefe Wärmeleitfähigkeit und -speicherkapazität (DIERßEN & DIERßEN 2001: 81).

Durch die hohe Wasserverfügbarkeit verdunsten Moore viel Wasser. In Kombination mit hohen

Transpirationsraten, aufgrund einer dichten Vegetation, entstehen Evaporationsraten, die nur

von offenen Wasserflächen übertroffen werden (DIERßEN & DIERßEN 2001: 16). Dies ist im

Rieseberger Moor mit dem Birkenbruchwald, der darauf wächst, der Fall. Durch die hohe

Verdunstung fließt überschüssiges Wasser nicht so schnell ab wie auf mineralischen Böden,

sondern wird zu einem großen Teil in der Atmosphäre gehalten. Das verleiht den Mooren eine

wichtige Funktion als Wasserspeicher für ihre Umgebung (GÖTTLICH 1976: 157).

Die Wärmeeigenschaften des Torfbodens führen dazu, dass der Boden Wärme nur langsam auf-

nimmt und abgibt. Im Tagesgang führt dies zu extremen Temperaturschwankungen, da die

Wärme kaum vom Boden und dadurch umso mehr von der bodennahen Luft aufgenommen wird

(GÖTTLICH 1976: 167). Im Jahresgang dagegen haben Moore ein milderes Klima mit geringen

Schwankungen der Tagesmittelwerte. Vor allem im Herbst und Frühjahr ist das von großer

Bedeutung, da die Moore weniger schnell auskühlen bzw. sich erwärmen als die Umgebung

(DIERßEN & DIERßEN 2001: 81).

Aufgrund der hohen Verdunstung und den oft deutlich unterschiedlichen Boden- und Luft-

temperaturen, im Vergleich zur Umgebung, kommt es im Rieseberger Moor zu 2-3x mehr

Nebeltagen pro Jahr als im Rest Niedersachsens (GÖTTLICH 1976: 167). Das ganze Jahr durch

führen die nächtliche Auskühlung und die hohe Luftfeuchtigkeit zu häufigem Strahlungsnebel. Je

nach Jahreszeit können zudem andere Nebelformen auftauchen.

Im Herbst und zu Beginn des Winters weist der Moorboden, durch die langsame Auskühlung des

Torfes, höhere Temperaturen auf als die Böden der Umgebung. Dadurch erwärmen sich die Luft-


47

massen über dem Moor und nehmen Wasserdampf auf. Durch die Erwärmung steigen sie auf,

vermischen sich mit der kühleren Umgebungsluft und der Wasserdampf kondensiert wieder. Bei

den Nebelschwaden, die dadurch entstehen, handelt es sich um sogenannten Mischungsnebel

(HÄCKEL 1999: 94). Außerdem kommt es im Winter auf unseren Breitengraden oft zu Advektions-

nebel, wenn warme Luftmassen aus dem Süden herangeführt werden und abkühlen. Über

Mooren kann dieser Nebeltyp auch noch im Frühjahr vorkommen, da der Torfboden sich

langsamer erwärmt als mineralischer Boden (ebd.: 92 ff.).

Abschließend lässt sich sagen, dass durch das spezielle Mikroklima in Mooren sowohl hohe

absolute, als auch hohe relative Luftfeuchtigkeitswerte zustande kommen.


Täglich verdunsten und kondensieren große Mengen an Wasser in der Atmosphäre. Daher ist die

Luftfeuchtigkeit als Bestandteil des Wasserkreislaufs von erheblicher Bedeutung für das Klima

unseres Planeten. Die Verdunstung ist im Wesentlichen abhängig von der Wasserverfügbarkeit,

der Sonneneinstrahlung, dem Sättigungsgrad der Luft und der Abführung der mit Wasserdampf

angereicherten Luftmassen. Aufgrund der optimalen Wasserverfügbarkeit verdunstet über den

Meeren wesentlich mehr Wasser als über dem Festland. Auf den Landflächen, wo Wasser nur

eingeschränkt vorhanden ist, spielt die Transpiration der Pflanzen bei der Entstehung von

Wasserdampf eine große Rolle.

Die Luftfeuchtigkeit verteilt sich im Raum horizontal und vertikal. Durch den Prozess der

Verdunstung erwärmen sich die oberflächennahen Luftmassen verschieden stark. Dadurch

steigen diese unterschiedlich schnell auf und es entstehen Druckgefälle. Diese Druckgefälle

werden über horizontale Winde ausgeglichen. Vertikal wird die Luftfeuchtigkeit über die ther-

mische Konvektion transportiert. In verschiedenen Höhenschichten können Inversionen auftre-

ten, welche die vertikale Verteilung unterbinden. Für die zeitliche Verteilung der Luftfeuchtigkeit

ist vor allem entscheidend, wie sich die Sonneneinstrahlung verhält.

Um Luftfeuchtigkeit zu messen, gibt es verschiedene praktikable Methoden. Wir haben in dieser

Arbeit die für die Exkursion relevanten Messgeräte und Messgrößen erklärt und angegeben, wo

typischerweise Fehlerquellen auftauchen.

Abschließend möchten wir im Hinblick auf die Exkursion einige Vermutungen aufstellen und

Zielsetzungen festlegen. Zu unserem Messgebiet gehört auch ein Teil des Rieseberger Moors, also

ein Standort mit hohen Verdunstungsraten. Deshalb rechnen wir sowohl im Moor, als auch in der

unmittelbaren Umgebung mit hohen Luftfeuchtigkeitswerten und Nebelerscheinungen in den

Morgenstunden. Im Tagesverlauf erwarten wir die höchsten Luftfeuchtigkeitswerte am Abend.

Wir wollen herausfinden, wie stark der Einbruch der Luftfeuchtigkeitswerte am Nachmittag

ausfallen wird. Ferner interessiert uns, inwiefern durch die hohe Verdunstung im Moor unter-

schiedliche Luftfeuchtigkeiten zwischen dem Moor und der Umgebung zustande kommen.


48

2.5 Globalstrahlung

Alexandra Zettl, Meline Saworski

“All the parameters of the Earth's climate (wind, rain, clouds, temperature...) are the result of

energy transfer and transformations within the atmosphere at the Earth's surface and in the

oceans.” (WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION)

Dieses Zitat der World Meteorological Organization beschreibt das Vorhandensein klimatischer

Parameter, wie Wind, Regen, Wolken oder auch Temperatur, als eine Folge von Energietransfer

und -umwandlung. Eine zentrale Rolle übernimmt in diesem Kontext die Sonne, da jegliche

Energie, die auf der Erde ankommt und dort umgewandelt wird, von ihr ausgeht. Diese Energie,

kurzwellige Strahlung, durchdringt die Erdatmosphäre und gelangt somit zur Erdoberfläche. Die

dort ankommende Strahlung wird als Globalstrahlung bezeichnet.

Mit der vorliegenden Arbeit soll der Begriff der Globalstrahlung näher erläutert und in einen

klimatologischen Kontext eingeordnet werden. Um diese Aufgabe zureichend zu erfüllen, wird im

ersten Kapitel das Zustandekommen von Globalstrahlung erklärt, grundlegende Fragen nach den

Bedingungen werden aufeinander aufbauend dargelegt und beschrieben. In einem folgenden,

zweiten Kapitel wird erläutert, auf welchen klimatologischen Ebenen Globalstrahlung wirkt. Ziel

ist es hierbei aufzuzeigen, welchen Nutzen es hat, einen Kontext zu den Ebenen herzustellen und

wie sich die Anwendung des Wissens über Globalstrahlung in der angewandten Klimatologie

niederschlägt. In einem letzten Teil, Ausblick auf die geländeklimatologische Feldmessung, folgt

eine Erläuterung zur Funktionsweise und zum Umgang mit dem Pryanometer sowie eine kurze

Beschreibung des Messstandortes Rieseberger Moor und den vermutlich zu erwartenden

Ergebnissen der Messung der Globalstrahlung am dortigen Standort.

2.5.1 Globalstrahlung

Um sich mit dem Thema der Globalstrahlung auseinander zu setzen, ist es notwendig eine

Einführung in grundlegende Eigenschaften von Strahlung zu geben. Grundsätzlich wird durch

Strahlung elektromagnetische Energie transportiert. Die physikalische Größe ist die Strahlungs-

energie Q, die in Joule angegeben wird.

In der Meteorologie und Klimatologie wird grundsätzlich zwischen langwelliger (terrestrischer)

und kurzwelliger (solarer) Strahlung unterschieden (vgl. KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999,

KUTTLER 2009). Da die Sonne die einzige Quelle der Globalstrahlung darstellt, befasst sich der

folgende Text ausschließlich mit der kurzwelligen solaren Strahlung. Die Wellenlänge λ kurz-

welliger Strahlung umfasst den Bereich 0,1 – 3,5 μm.

Als Globalstrahlung G bezeichnet man den Teil der solaren Strahlung, der effektiv auf einer

horizontalen Fläche A in m² der Erdoberfläche pro Zeiteinheit t in s auftrifft. Diese setzt sich aus

direkter Sonnenstrahlung Is und diffuser Himmelsstrahlung IH zusammen (ENDLICHER &

WEISCHET 1976: 58). Daraus ergibt sich für die Globalstrahlung:

G = IS + IH (9)


49

In der Literatur werden abweichend auch die Abkürzungen S für direkte Sonnenstrahlung und D

für diffuse Himmelsstrahlung verwendet (HÄCKEL 1985: 196 f.). Die Energie der Globalstrahlung ist

abhängig von astronomischen und meteorologischen Parametern (WÖRNER 1972: 177). Auf diese

Parameter und wie sie die Strahlungsenergie beeinflussen wird im Folgenden näher eingegangen.

Astronomische Parameter

Astronomische Parameter sind extraterrestrische Einflussgrößen auf die solare Strahlung.

Solarkonstante

In diesem Abschnitt sollen die solare und die extraterrestrische Strahlung betrachtet werden, das

heißt die Energie, die von der Sonne in Form von Strahlung abgeben wird und jene, die zu der

Erdatmosphäre gelangt.

Wie bereits eingangs erwähnt stellt die Sonnenenergie die Quelle der Globalstrahlung dar. Durch

solare Strahlung wird diese Energie E gleichmäßig abgegeben. Da dies in Abhängigkeit der Zeit t

in Sekunden geschieht, ist die daraus resultierende Größe (der Strahlungsfluss φ) in Joule pro

Sekunde (J/s) bzw. Watt (W). Der Strahlungsfluss der Sonne φsol beträgt im Mittel 3,8*1026 W

(KUTTLER 2009: 59). Wird der Strahlungsfluss im Verhältnis zur Fläche angegeben, sprechen wir

von der Strahlungsflussdichte ψ (W∙m-2).

Die Strahlung die in Abwesenheit der Erdatmosphäre auf die Erde treffen würde, bezeichnet man

als extraterrestrische Strahlung bzw. Solarkonstante E0 und wird als Strahlungsflussdichte in

W∙m-2 angegeben. Die Solarkonstante wird durch folgende Gleichung berechnet:

20

4 lE sol

(10)

Dies ergibt sich daraus, dass die solare Strahlung von der gesamten Sonnenoberfläche (4∙π∙l2)

gleichmäßig abgegeben wird, sich also radialsymmetrisch ausbreitet und die Energie in

Abhängigkeit von der Strecke abgeschwächt wird. Um die Energie der solaren Strahlung

berechnen zu können, die die Erdatmosphäre erreicht, betrachten wir den mittlere Abstand l

zwischen Erde und Sonne als Radius der Kugel, auf deren Oberfläche wir die ankommende

Energie berechnen wollen (4∙π∙l2). Dieser Abstand l beträgt in etwa 149 Millionen Kilometer

(1.49∙1011 m). Wir erhalten also für die Solarkonstante E0 nach Gleichung (10) eine Strahlungs-

flussdichte 1370 W∙m-2 (ebd.: 62).

Da sich die Erde allerdings auf einer ellipsenförmigen Sonnenumlaufbahn befindet, die nur

annäherungsweise kreisförmig ist, handelt es sich bei der Solarkonstante um einen Mittelwert,

der im Laufe des Jahres um etwa 7% schwankt. In größeren Zeiträumen betrachtet (Jahrzehnte,

Jahrhunderte) kann dieser Wert jedoch als konstant betrachtet werden (MALBERG 1972: 38).


50

Deklination und Geographische Breite

Die Strahlungsflussdichte wird erheblich durch den Winkel mit dem die Strahlung eintrifft, also

der Sonnenhöhe beeinflusst. Das Verhältnis zwischen der Bestrahlungsstärke bei senkrecht auf-

treffender Strahlung und dem Einstrahlungswinkel wird durch das Cosinus-Gesetz nach LAMBERT

beschrieben:

E = E⊥∙cos β (11)

mit E = Bestrahlungsstärke, E⊥ = Senkrechte zur einfallenden Strahlung und β = Winkel zwischen

E und E⊥.

Abb. 24: Cosinus-Gesetz nach LAMBERT (KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999: 29)

Die Bestrahlungsstärke ergibt sich aus dem Quotienten aus Strahlungsfluss und der bestrahlten

Fläche, wird also genau wie die Strahlungsflussdichte in W∙m-2 angegeben, beschreibt aber die

Eigenschaft der Fläche und nicht die Strahlung (nach KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999: 29 ff.). Da

die Größe der Fläche A abhängig von der Seitenlänge ist, wird in Abb. 24 der Sachverhalt

zweidimensional dargestellt. Aus der Voraussetzung, dass die Senkrechte zur einfallenden

Strahlung bestehen bleibt, ergibt sich, dass der Winkel β und der Einstrahlungswinkel der Sonne

zusammen 90° ergeben. Wird der Einstrahlungswinkel größer bis hin zum senkrechten Einfall der

Sonnenstrahlung auf die bestrahlte Fläche, wird β gleich 0° und es gilt E = E⊥, es wird also die

maximale Strahlungsflussdichte erreicht.

Daraus resultiert, dass die Sonnenhöhe eine Größe ist, die sich wesentlich auf die Globalstrahlung

auswirkt. Diese ergibt sich neben der Erdrotation auch durch die Erdachsenneigung. Die Ekliptik-

Ebene (Ebene, die durch die ellipsenförmige Erdumlaufbahn gespannt wird) und die Äquator-

ebene bilden im Mittel einen Winkel von etwa 23,5°. Auch dieser Winkel ist nicht konstant,

sondern verändert sich über Jahrtausende, womit große erdgeschichtliche Klimaschwankungen

zu erklären sind (ENDLICHER & WEISCHET 1976: 24). Von diesen wird im Folgenden jedoch

abgesehen, da wir uns mit Klimaeinflüssen in kürzeren Zeiträumen befassen wollen. Auch die

näherungsweise konstante Neigung von 23,5° wirkt sich auf das Klima aus, da sich je nach Stand

der Erde auf der Umlaufbahn die Neigung der Polachse zur Sonne verändert. Daraus ergeben sich

auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre die Jahreszeiten. Das heißt die Sonnenhöhe


51

verändert sich je nach geographischer Lage und Jahreszeit. Die maximale tägliche Sonnenhöhe

kann somit über die Deklination der Sonne δ, also je nach Jahreszeit und die geographische Breite

berechnet werden:

Hmax = 90° - + δ (12)

Zweimal im Jahr, zum Zeitpunkt der Sonnenwende, richtet sich die Neigung der Polachse zur

Sonne hin. An den Wendekreisen (23,5° geographischer Breite) beträgt die Deklination zu diesem

Zeitpunkt 23,5°. Dies trifft für den südlichen Wendekreis am 21. Dezember und am 21. Juni auf

den nördlichen Wendekreis zu. Durch die Gleichung (12) ergibt sich daraus, dass die Strahlung

senkrecht auf die horizontale Oberfläche trifft, also Hmax = 90° beträgt. Die Sonne erreicht den

Zenit. Aus dem Cosinus-Gesetzt nach LAMBERT folgt die maximale Bestrahlungsstärke.

Meteorologische Parameter

Die Energie der Globalstrahlung wird neben den astronomischen Parametern essentiell durch

meteorologische Parameter beeinflusst, die durch Abläufe in der Atmosphäre bedingt werden.

Betrachtet man die Globalstrahlung über die Erdoberfläche verteilt im jährlichen Mittel, macht

diese lediglich gut die Hälfte (55 %) der extraterrestrischen Strahlung aus (HÄCKEL 1985: 196 f.).

Der Teil der Strahlung, der nicht an die Erdoberfläche gelangt wird entweder absorbiert, vor

allem in der höheren Atmosphäre oder strahlt durch Streuung und Reflexion zurück in den

Weltraum. Dieser Vorgang wird Extinktion genannt.

Wie bereits eingangs erwähnt wird die Globalstrahlung in direkte Sonnenstrahlung und diffuse

Himmelsstrahlung unterteilt. Diese Unterteilung kommt ebenfalls durch das Eintreten der

extraterrestrischen Strahlung in die Atmosphäre zustande. Bei klarem Himmel kann ein Teil der

extraterrestrischen Strahlung direkt auf die Erdoberfläche treffen. Dies ist der Anteil der direkten

Sonnenstrahlung. Neben der gestreuten und reflektierten Strahlung, die in den Weltraum gelenkt

wird, gibt es noch den Teil der Strahlung, der zur Erdoberfläche gelenkt wird. Dieser wird diffuse

Himmelsstrahlung genannt. Auf die Auswirkung von Streuung und Reflexion auf die Strahlung

soll in den folgenden Kapiteln näher eingegangen werden.

Abb. 25: Verteilung des Sonnenstrahlungsstroms in der Erdatmosphäre im jährlichen Mittel (nach

HÄCKEL 1985: 195 ff.)


52

Streuung

Bei der Streuung (auch diffuse Reflexion genannt) handelt es sich um den Vorgang, bei dem die

Strahlung auf beispielsweise Luft- oder Wasserteilchen trifft, wodurch sie ungerichtet in alle

Richtungen reflektiert wird. Die Stärke der Streuung hängt unmittelbar mit der Größe der

reflektierenden Teilchen und der Wellenlänge des Lichtes zusammen. In Abb. 26 wird deutlich,

dass die Kurve, die die Strahlung nach der Streuung darstellt im Bereich des sichtbaren Lichtes

stärker abfällt, als im Bereich der längerwelligen Strahlung. Aus diesem Grund wird dieses

Phänomen für unser Auge sichtbar. Je größer ein streuendes Molekül ist, desto größer ist das

Spektrum der gestreuten Strahlung. Beispielsweise wird Strahlung in Luft ungleichmäßig

gestreut. Der Anteil des blauen Lichts wird auf Grund seiner kürzeren Wellenlänge am stärksten

gestreut, weshalb der Himmel für uns blau erscheint. Anders ist dies bei der Streuung durch

Wassermoleküle. Diese haben einen größeren Durchmesser als Luftteilchen und können somit

den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes streuen. Die Folge ist die neutrale, weiße

Erscheinung von Wolken (ENDLICHER & WEISCHET 1976: 48 ff.).

Abb. 26: Veränderung im Spektrum der kurzwelligen Strahlung beim Durchgang durch die Atmosphäre

(HÄCKEL 1985: 179)

Reflexion

Bei der Reflexion, oder genauer der gerichteten Reflexion, wird das Licht anders als bei der

Streuung nicht in verschiedene Richtungen reflektiert sondern in eine einzige Richtung. Dieser

Ausfallwinkel ist gleich dem Einfallswinkel. Wie bei der Streuung werden allerdings nicht immer

alle Wellenlängen des Lichts gleichstark reflektiert. Der Anteil des einfallenden Lichts der

reflektiert wird hängt von der Oberfläche ab, auf die das Licht fällt. Dieser Fläche kann ein

Albedowert zugeordnet werden, der das Reflexionsvermögen der Oberfläche in Prozent angibt.

Der Albedowert von Wolken liegt beispielsweise bei 60-90 % (HÄCKEL 1985: 192 f.). Bei diesem

hohen Reflexionsvermögen hat also eine geschlossene Wolkendecke eine enorme Auswirkung auf

die Globalstrahlung, da ein sehr hoher Anteil der einfallenden Strahlung zurück in den Weltraum

reflektiert wird.


53

2.5.2 Betrachtung verschiedener Skalen

Um die Bedeutung der Globalstrahlung für das Klima auf der Erde zu verstehen, soll in diesem

Kapitel ein Überblick darüber gegeben werden, wie und in welchem Maße Globalstrahlung auf

den verschiedenen Betrachtungsebenen der Klimatologie, auch Erddimensionen (vgl. ENDLICHER

& WEISCHET 2008: 19), der makroklimatischen Ebene, der mesoklimatischen und der mikro-

klimatischen Ebene, wirkt. Wie bereits in der Einleitung dieser Arbeit angekündigt, ist es Ziel der

nun folgenden Unterkapitel den Begriff der Globalstrahlung in einen definierten klimatologischen

Kontext einzuordnen und somit zum Verständnis um den Wirkkreis der Globalstrahlung bei-

zutragen.

Makroklimatische Ebene

Abb. 27: Karte der Globalstrahlung an der Erdoberfläche in W∙m

-2 (ENDLICHER & WEISCHET 2008: 62)

Die oben stehende Abbildung zeigt die mittlere Verteilung der Globalstrahlung auf der Erde und

verbildlicht, dass die Intensität der Globalstrahlung zwischen circa 80 W∙m-2 an den Polen und bis

zu 280 W∙m-2 in den Gebieten der Wendekreise variiert. Anhand der Darstellung der mittleren

Verteilung der Globalstrahlung auf der Erde, kann eine generelle Aussage über die Verteilung der

Globalstrahlung getroffen und Vermutungen über die Auswirkung der Globalstrahlung auf die

Energiebilanz einzelner Erdgebiete aufgestellt werden. Gerade in der makroklimatischen

Dimension ist es jedoch auch interessant, die Verteilung der Globalstrahlung über die geograph-

ischen Breiten der Erde (vgl. Kapitel ‚Deklination und Geographische Breite’) während der

Jahreszeiten zu betrachten. In den mittleren Breiten der Nordhalbkugel nimmt die Global-

strahlung vom Frühjahr zum Sommer hin zu, während sie in den mittleren Breiten der

Südhalbkugel abnimmt. Umgekehrt gilt, dass die Nordhalbkugel im Winter einer wesentlich

niedrigeren Globalstrahlung ausgesetzt ist, während auf der Südhalbkugel höhere Werte

verzeichnet werden können. Da die Sonne zwischen den Wendekreisen und dem Äquator im

Zenit steht, kann dort das ganze Jahr über eine relativ homogene Verteilung der Globalstrahlung


54

gemessen werden. Zurückzuführen ist dieses Phänomen der Verteilung vor allem auf das im

Kapitel über die Deklination und die Geographische Breite bereits beschriebene Verhältnis von

geneigter Erdachse und dem sich innerhalb eines Jahres verändernden Stand der Erde zur Sonne.

Entscheidenden Einfluss auf die weltweite Verteilung der Globalstrahlung üben jedoch auch

Parameter, wie beispielsweise die Verteilung von Land- und Wassermassen und die Bildung von

Wolken, aus (vgl. ENDLICHER & WEISCHET 2008: 62 ff.).

Meso- und mikroklimatische Ebene

Die Globalstrahlung in mesoklimatischer Dimension zu untersuchen, bedeutet, den Betrach-

tungsrahmen im Vergleich zur Makroebene stärker einzugrenzen und gleichzeitig die Erdober-

fläche näher zu fokussieren. Folglich kommen für die mesoklimatische Betrachtung der Global-

strahlung keine großräumigen Gebiete, wie die geografischen Breiten der Erde als Betrach-

tungsraum in Frage, sondern wesentlich kleinere Raumstrukturen, wie spezifische Landschaften,

Gebirgszüge oder ähnliches. Von besonderem Interesse ist hierbei die Ermittlung der Global-

strahlung an Hängen, auf Bergen und in Tälern oder auch in Bereichen, die durch topografische

Differenzen, zum Beispiel exponierte Erhöhungen, in abschattigen Bereichen (vgl. BENDIX 2004:

49) liegen. Eine andere Begriffsdimension für die Betrachtung lokalklimatischer Phänomene im

Gelände beschreibt die Geländeklimatologie. Während die Einteilungen Makro-, Meso- und

Mikroklima sich eher allgemein auf verschiedene Raumdimensionen beziehen, erstreckt sie der

Betrachtungsrahmen der Geländeklimatologie sowohl über die mesoklimatische als auch die

mikroklimatische Dimension (vgl. ENDLICHER & WEISCHET 2008: 19). Welche Berechnungs-

methoden für die Ermittlung der Globalstrahlung im Gelände notwendig sind, wird in den

folgenden Kapiteln erläutert und soll an dieser Stelle nicht vorweggenommen werden. Da die

Globalstrahlung einen wesentlichen Teil der klimatischen Gesamtenergiebilanz ausmacht und

somit unter anderem ebenfalls Rückschlüsse auf den Wärmehaushalt gezogen werden können, ist

die Erfassung und Berechnung von Globalstrahlungswerten auch im Gelände von wesentlicher

Bedeutung, um fundierte Aussagen über das Klima zu treffen.

Angewandte Geländeklimatologie und Globalstrahlung am Beispiel des Deutschen

Wetterdienstes

Im Folgenden soll als beispielhafte Verdeutlichung knapp beschrieben werden, wie der Deutsche

Wetterdienst (DWD) anhand der in ganz Deutschland verteilten Wettermessstationen gewonnen

meteorologischen und klimatologischen Daten sowie der durch den Satelliten METEOSAT

gewonnen Daten (vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 8 ff.) nutzt, um Aussagen über das Strahl-

ungsklima in Deutschland zu treffen und diese Erkenntnisse wiederum für die Branche der

Solarenergie zu verwenden.


55

Abb. 28: Globalstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland. Mittlere Jahressummen, Zeitraum: 1981-

2010 (DEUTSCHER WETTERDIENST 2011)

Wie in Abb. 28 zu sehen ist, wurde die Globalstrahlung zwischen 1981 und 2010 kontinuierlich

vom DWD erfasst. Die sich auf der Abbildung rechts befindende Skala stellt den Wert der

Globalstrahlung in kWh/m2 dar und reicht von niedriger Strahlung mit Werten ab geringer als

700 kWh/m2, blaues Farbspektrum, bis zu hohen Werten mit maximal >1500 kWh/m2, violettes

Farbspektrum. Die mittleren Skalenwerte, dargestellt in Grün, Gelb-, Orange-, Braun- und

Rottönen, sind die am häufigsten vertreten Werte auf dem Gebiet der Bundesrepublik. Der

Mittelwert für die Globalstrahlung in Deutschland beträgt 1053 kWh/m2, umgerechnet also circa

120 W∙m-2, was in etwas mit den auf Abb. 27 dargestellten Werten übereinstimmt. Laut DWD sind

die Verhältnisse für die Globalstrahlung in Deutschland maßgeblich auf einen meeres-

klimatischen Einfluss im Nordwesten, einem eher kontinentalen Klimaeinfluss im Süden und

Südosten sowie eine Übergangszone, die sich entlang der Mittelgebirge zieht, zurückzuführen

(vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 6 f.). Der DWD nutzt seine Kenntnisse über die Global-

strahlungs-verhältnisse in Deutschland vor allem, um als Dienstleister Services für die Solar-

branche anzubieten. Hierbei geht es hauptsächlich darum, Gutachten für geeignete Standorte für

Photovoltaikanlagen zu erstellen (vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 12 ff.).


56

Globalstrahlung im Gelände

Durch Betrachtung der verschiedenen Skalen können wir feststellen, dass neben der Beein-

flussung der Globalstrahlung durch astronomische und meteorologische Parameter der Einfluss

durch Geländeeigenschaften, die sich ebenfalls auf den Einstrahlungswinkel auswirken nicht ver-

nachlässigt werden sollte. Um den Einfluss des Geländes genauer untersuchen zu können, be-

trachten wir die direkte und die diffuse Strahlung auf Grund ihrer unterschiedlichen Strahlungs-

eigenschaften getrennt voneinander.

Direkte Strahlung im Gelände

Der Bezug zwischen der Bestrahlungsstärke und dem Einstrahlungswinkel wurde im Kapitel über

die Deklination und die Geographische Breite bereits hergestellt. Allerdings wurde die Ein-

strahlung bisher auf ebener Fläche betrachtet. Befindet sich die Empfängerfläche nun auf einem

Hang, verringert sich der Winkel β um den Neigungswinkel. Wie bereits festgestellt erreicht die

Bestrahlungsstärke ihr Maximum bei β = 0°, je größer die Steigung wird, desto stärker geht β

gegen Null. Daraus resultiert, dass durch direkte Strahlung an Hängen eine höhere Bestrahlungs-

stärke erreicht werden kann als auf einer ebenen Fläche. Auf eine genauere Betrachtung unter

Berücksichtigung des sogenannten Geländewinkels, der sich neben der Hangneigung und dem

Sonnenstand aus der Hangexposition und dem Sonnenazimuten zusammensetzt, soll an dieser

Stelle verzichtet werden. Eine ausführliche Auseinandersetzung unter Berücksichtigung der geo-

graphischen Lage ist in der Literatur von BENDIX zu finden (vgl. BENDIX 2004). Ein weiterer

wichtiger Zusammenhang besteht zwischen der Sonnenhöhe h und der Weglänge s. Hierbei ist zu

beachten, dass es sich bei s um die Angabe einer Proportion handelt.

h

s sin

1 (13)

Der zurückgelegte Weg durch die Atmosphäre wird mit sinkendem Sonnenstand überpro-

portional länger. Dies hat einen stärkeren Streuungs- und Reflexionsprozess zur Folge (KUTTLER

2009: 66). Im Gelände hat die Sonnenhöhe eine weitere große Bedeutung in Bezug auf die Ab-

schattung. Je länger nämlich die Strecke ist, desto größer wird der Schlagschatten der direkten

Sonnenstrahlung. In diesem Bereich tritt keine direkte Strahlung mehr auf. Das Licht kommt hier

nur durch die diffuse Himmelstrahlung zustande (vgl. Abb. 29).

Abb. 29: Einfluss der Topographie auf die Direktstrahlung, Schlagschatten (BENDIX 2004: 50)


57

Diffuse Strahlung im Gelände

Um den Einfluss des Geländes auf die diffuse Himmelstrahlung beurteilen zu können, sollte

eingangs wiederholt werden, dass es sich bei der diffusen Strahlung um gestreutes und reflek-

tiertes Licht handelt, welches anders als die direkte Strahlung aus verschiedenen Richtungen

einstrahlt. Dementsprechend wird die diffuse Strahlung auf einer ebenen Fläche nicht vom

Einstrahlungswinkel direkt betroffen. Die Sonnenhöhe hat lediglich insofern einen Einfluss, als

dass die Strecke sich verändert auf der der Streuungs- und Reflexionsprozess stattfindet, nicht

aber auf die Richtung aus der die diffuse Strahlung einfällt. Der Himmelssichtfaktor ψSky (Sky view

factor) ist eine Größe, die diese Besonderheit berücksichtigt. Wird von dem Idealfall ausge-

gangen, dass die diffuse Strahlung sich aus gleichmäßig (isotrop) reflektiertem Licht zusammen-

setzt, kann der Himmelssichtfaktor für Hänge und Täler bestimmter Neigungen β berechnet

werden. Dieser wird mit der Himmelsstrahlung H der horizontalen Fläche multipliziert. Für die

diffuse Strahlung im Gelände Hi gilt:

Skyi HH (14)

für Hänge: 2

cos1

Sky (15)

für Täler: cosSky (16)

(vgl. OKE zit, in BENDIX 2004).

Für Steigungen kleiner als 90° kommt somit auf Hängen eine größere diffuse Strahlung zustande.

Dies leuchtet ein, wenn man sich den Himmelssichtfaktor verbildlicht als den sichtbaren Teil des

Himmels vom Standpunkt der auftreffenden Strahlung vorstellt: Dieser wird in Tälern stärker

durch das vorhandene Gelände eingeschränkt als an Hängen.


Im Rahmen jedes Orientierungsprojekts findet in der Regel neben wöchentlichen Plena auch eine

mehrtägige Exkursion statt. Im Projekt Makro vs. Mirko Geländeklimatologie im Harzer Vorland

wird diese Exkursion – der Titel nimmt es bereits vorweg – ins nördliche Harzer Vorland führen,

wo geländeklimatologisch bedeutsame Daten erfasst werden sollen. Bevor wir näher auf das

Messgebiet namens Rieseberger Moor eingehen, erfolgt eine knappe Beschreibung des Aufbaus

und der Funktionsweise des Pyranometers, dem Messinstrument, mit welchem die Flussdichte

der Globalstrahlung als elektrische Spannung erfasst werden kann. Die Beschreibung erfolgt

anhand des Pyranometers Typ CS300 von Campbell Scientific, welches auch während der

Exkursion zur Datenerfassung genutzt werden wird.

Messung – Pyranometer

Der Begriff Pyranometer setzt sich aus den zwei griechischen Begriffen “pyr”, übersetzt “Feuer”

und dem Begriff “metron”, “Maß” zusammen. Im übertragenen Sinne kann dies bedeuten, dass

mit Hilfe eines Pyranometers die Intensität der Sonnenstrahlung, dem “Feuer” am Himmel,

gemessen werden kann. Eine knappe und präzisere Definition liefert allerdings das Fremdwörter-


58

lexikon: “Pyranometer (…) meteorolog. Gerät zum Messen der Sonnen- und Himmelsstrahlung

sowie des Streulichts bei bedecktem Himmel.“ (WAHRIG - BURFEIND 1999: 778).

Wie bereits aus dem Kapitel über die astronomischen Parameter bekannt, wird die Zusammen-

setzung aus der direkten Strahlung der Sonne und aus ihrer indirekten, auch Himmelsstrahlung

genannt, unter dem Begriff Globalstrahlung zusammengefasst. Ein Pyranometer ist demzufolge

ein Gerät, mit dem die Globalstrahlung gemessen wird. Auf welche Art und Weise das Gerät

Messdaten erfasst, soll im Folgenden hauptsächlich anhand des Pyranometers CS300 von

Campbell Scientific beschrieben werden. Vorweg sei gesagt, dass es einige Voraussetzungen gibt,

die, egal mit welchem Pyranometer die Globalstrahlung gemessen wird, erfüllt sein sollten, um

eine valide Datenerfassung zu ermöglichen. Eine Broschüre des Deutschen Wetterdienstes gibt

dazu teilweise Auskunft: “Die Globalstrahlung wird mit einem horizontal justierten Pyranometer

gemessen.” (DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 4) Eine wichtige Voraussetzung für die Datenerfass-

ung ist also, dass das Messgerät immer auf der Ebene aufgestellt wird. Dies liegt darin begründet,

dass, wie in Kapitel 1.1.2 beschrieben, die Voraussetzung für eine Messung die Annahme,

ankommende Strahlung treffe stets auf eine horizontale Ebene ein, erfüllt sein muss. Eine weitere

zu beachtende Voraussetzung zum Messen der Strahlung ist, das Messgerät nie in den Schatten

zu stellen, wenn die Globalstrahlung vollständig aufgenommen werden soll. Hierdurch kann nur

ein Teil der Globalstrahlung, nämlich die diffuse Sonnenstrahlung, gemessen werden und nicht

die gesamte Globalstrahlung. Manche Pyranometer sind zum Erfassen der diffusen Sonnen-

strahlung mit einem sogenannten Schattenring, der saisonal passend einen Teil des Himmels

verdeckt, ausgestattet. Mit Hilfe dieses Ringes kann das Gerät auch unter dem Umstand, dass das

Pyranometer in einer höher gelegenen Ebene, ohne Horizontüberhöhung oder beschattete

Bereiche, montiert wurde, die diffuse Strahlung für abgeschattete Bereiche rechnerisch ermitteln

(vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 5).

Das Pyranometer CS300 von Campbell Scientific, welches während der Exkursion des Orien-

tierungsprojekts zum Einsatz kommen wird, verfügt nicht über einen solchen Schattenring. Eine

Differenzierung in direkte und diffuse Sonnenstrahlung ist daher nicht möglich. Wie andere

Pyranometer, erfasst es die Sonnenstrahlung jedoch auch mittels einer strahlungsempfindlichen

Sensorik und gibt diese dann über einen Datenlogger aus. Im Falle des CS300 handelt es sich um

photovoltaische Detektoren (vgl. CAMPBELL 2008: 5). Sie funktionieren ähnlich wie Solar-

kollektoren, da sie, sobald die Globalstrahlung auf die Oberfläche der Detektoren auftrifft, diese

in elektrische Spannung umwandeln. Die in Volt angegebene Spannung wird durch den

Datenlogger ausgegeben und muss wieder zurück in die Flussdichteeinheit der Globalstrahlung

umgerechnet werden, wobei 0,2 Millivolt einer Flussdichte von einem Watt pro Quadratmeter

entsprechen:

2m

W 1 2,0 mV (17)

Eine nachträgliche Berechnung des Kosinusfaktor nach Lambert entfällt, da der Kopf, in dem die

Messdetektoren montiert sind, bereits nach dem Faktor korrigiert ist und das Gerät diesen in

seine Berechnung mit einbezieht (ebd.).


59

Auch während der Nacht berechnet das Pyranometer die Globalstrahlung, wobei diese vom

Datenlogger als Negativwert ausgegeben wird. In der Bedienungsanleitung des CS300 wird daher

darauf hingewiesen, die aufgenommen Negativwerte im Programm des Datenloggers auf den

Wert Null zu setzen, denn in der Regel ist Globalstrahlung nachts nicht vorhanden (vgl. CAMP-

BELL 2008: 5). Der Person, welche ein Pyranometer zur Erfassung der Globalstrahlung nutzt, sollte

bewusst sein, dass die Globalstrahlung nur so lange gemessen werden kann, wie die Sonne am

Himmel steht. Mit Sonnenuntergang nimmt die Globalstrahlung immer weiter ab und kommt

während der Dauer der Nacht gänzlich zum Erliegen.

Messgebiet Rieseberger Moor

Das Rieseberger Moor, circa 145 Hektar groß, ist sowohl ein Naturschutzgebiet, als auch Schutz-

gebiet nach Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie und liegt nördlich von Königslutter am Elm im

Landkreis Helmstedt, Niedersachsen. Die durch die nördlichen Ausläufer des Harzes und das

nach Norden hin anstehende Flachland Niedersachsens geprägte Gegend, in der sich das

Rieseberger Moor befindet, wird sowohl durch subatlantisches als auch subkontinentales Klima

beeinflusst und weist eine hohe Diversität an Pflanzengesellschaften, die nur in den Randzonen

dieser Klima leben können auf (vgl. BEZIRKSREGIERUNG BRAUNSCHWEIG: 217). Des weiteren charak-

terisieren Sumpfflächen und Bruchwald, Röhrichte und Hochstauden, aber auch Magerrasen-

standorte und Heide das Gebiet des Rieseberger Moors (vgl. NDS. LANDESBETRIEB FÜR WASSER-

WIRTSCHAFT, KÜSTEN- UND NATURSCHUTZ).

Für eine mikroklimatische Untersuchung der Globalstrahlung in dieser Gegend, ermöglicht das

Wissen um die Strahlungsbedingungen im nördlichen Mitteldeutschland, dessen Klima stark vom

Einfluss des Harzes, eines Pultschollen-Mittelgebirges, bedingt wird, eine grobe Einschätzung

dessen, was bei Messungen im Rieseberger Moor erwartet werden kann. Neben dem Meeresklima,

das den nordwestlichen Teil Deutschlands vorrangig beeinflusst, führt die verstärkte Wolken-

bildung am Harz dazu, dass durch eine höhere Dichte an Wolken geringere mittlere

Strahlungswerte geliefert werden (vgl. DEUTSCHER WETTERDIENST 2011: 6). Für das Rieseberger

Moor ist demnach zu erwarten, dass die Werte direkter Sonnenstrahlung durchschnittlich wahr-

scheinlich geringer als die diffuse Strahlung, welche durch bedeckten Himmel hervorgerufen

wird, ausfallen. Welche Werte jedoch für einzelne Standorte im Rieseberger Moor aufgenommen

werden, hängt stark von den Wetterbedingungen im Exkursionszeitraum ab. Da die Global-

strahlung nur über eine kurze Zeit von vier Tagen gemessen werden wird, ist eine Erfassung vom

Mittelwert abweichender Werte möglich. In Werte direkter und diffuser Sonnenstrahlung kann

während der Exkursion aufgrund der Anwendung des Pyranometers CS300 jedoch, wie bereits

beschrieben, nicht unterschieden werden.


60

2.6 Wärmebilanz

Lukas Merkel

Wärme spielt in unserem alltäglichen Leben eine wesentliche Rolle. Die Umwandlung der

energiereichen Strahlung von der Sonne in Wärmeenergie auf der Erdoberfläche ist die Grundlage

allen Lebens. Dabei gibt es verschiedene Vorgänge, wie sich Wärmeströme auswirken können

und verschiedene Arten von Wärme, die unterschiedlich weitertransportiert werden.

Wenn man sich mit dem Thema der Wärmebilanz näher befasst, stößt man schnell auf die

Begriffe „latente“ und „sensible Wärme“. Wie entstehen diese Arten von Wärme und durch

welche Charakteristika unterscheiden sie sich? Was wird bei der Bilanzierung der Wärme

eigentlich genau berechnet?

Diesen Fragen soll im folgenden Teil nachgegangen werden. Viele Autoren haben sich mit diesem

Thema auseinandergesetzt und dabei vielfältige Betrachtungsweisen entwickelt. Da sich unsere

Betrachtungen und Untersuchungen auf das Festland und grundlegende Erkenntnisse beziehen,

soll hier eine einfache Strukturierung der Bilanz zur Anwendung kommen; ohne wesentliche

Prozesse oder Merkmale zu vernachlässigen.

Weiterhin richten sich die Begriffe der räumlichen Einordnung von Makro-, Meso- und Mikro-

ebene nach der Definition des Autors SCHÖNWIESE (2008: 43).

2.6.1 Wärme

Es ist nötig den Begriff der Wärme näher zu definieren, um im physikalischen Sinne korrekt

damit umgehen zu können. Wärme wird nämlich häufig im allgemeinen Sprachgebrauch mit

Temperatur gleichgesetzt, dies ist aber nicht richtig. Temperatur kennzeichnet die mittlere

kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes. Wärme dagegen ist durch die Summe der Energie

eines Stoffes gekennzeichnet und ist eine Prozessgröße. Somit stellt Wärme eine extensive Größe

dar, die von der Masse eines Systems abhängig ist (ZMARSLY et al. 2002: 39). Weiterhin wird

zwischen latenter und sensibler Wärme unterschieden, wobei die verschiedenen Merkmale im

Folgenden genauer betrachtet werden.

Der latente Wärmestrom

Diese Form der Wärme tritt bei Änderung der Aggregatzustände auf. Latent bedeutet auch

„verborgen“. Wir Menschen können diese Wärmeform nicht spüren.

Bei Wasser wird beispielsweise diese Wärmeenergie zum Schmelzen und Sublimieren von Eis und

zum Verdampfen von Wasser benötigt. So wird beispielsweise dem Eis beim Schmelzen stetig

Wärme zugeführt, die Temperatur des geschmolzenen Wassers ändert sich jedoch nicht. Erst

wenn das Eis vollständig geschmolzen ist, erhöht sich die Temperatur des Wassers.

Wenn Wasserdampf direkt in Eis übergeht, nennt man dies Deposition. Sowohl bei diesem

Vorgang als auch beim Gefrieren und Kondensieren wird die latente Wärme wieder frei und wird

in Form von sensibler Wärme an die Umgebung abgegeben.


61

Der sensible Wärmestrom

Der sensible Wärmestrom wird auch als fühlbarer Wärmestrom bezeichnet. Das heißt, dass wir

ihn als Menschen auch tatsächlich fühlen können. Diese Form der Wärme führt zur Temperatur-

erhöhung eines Stoffes. Dabei ist die Erwärmung stark von der spezifischen Wärmekapazität des

Stoffes abhängig.

Wärmeübertragung

Unterschiedliche Temperaturen eines Mediums oder verschiedener Medien bewirken, dass ein

Temperaturgefälle zwischen diesen Stoffen herrscht. Dieses Gefälle wird in Form von Wärme-

übertragung ausgeglichen. Dabei wird stets Wärme von der Seite der höheren Temperatur zur

Seite der niedrigeren Temperatur abgegeben (ZMARSLY et al. 2002: 48). Es werden drei Formen der

Wärmeübertragung unterschieden, welche nun näher erläutert werden.

Wärmestrahlung

Wärmeübertragung in Form von Wärmestrahlung bedeutet eine Energieübertragung ohne

Medium. Sie wird ausschließlich durch elektromagnetische Strahlung übertragen und damit auch

im Vakuum transportiert. Die größte Wärmeübertragung dieser Art geschieht durch die Sonnen-

einstrahlung auf die Erde, die solare Strahlung. Trifft diese auf die Erdoberfläche, so kommt es zu

Wechselwirkungen. Dabei findet eine Umwandlung der Strahlungsenergie zu Wärmeenergie statt

(ebd.).

Wärmeleitung

Da die Erdoberfläche als Umsatzfläche der energiereichen solaren Strahlung fungiert, kann man

hier eine Differenzierung der Schichten in unmittelbarer Nähe zum Boden vornehmen. Der

Wärmeaustausch zwischen Erdboden und der Atmosphäre erfolgt in einer nur ca. 1mm starken

Schicht. Diese wird laminare Grenzschicht genannt. Hier beruht der Wärmeaustausch auf mole-

kularen Transportprozessen, wie der Wärmeleitung. Das bedeutet, dass die durch Wärme

bedingte Schwingungsenergie der Moleküle direkt durch Zusammenstöße mit anderen Mole-

külen an diese weitergegeben wird (HUPFER, P. & K., WILHELM, 2006: 17).

Grundlage für die Übertragung der Wärme ist ein ausreichend großer Temperaturgradient. Die

Moleküle ändern dabei ihre Position aber nicht. Daraus ergibt sich auch die Folge, dass dieser

Austausch von Energie wesentlich ineffektiver ist, als der turbulente Wärmetransport (ZMARSLY et

al 2002: 53).

Turbulenter Wärmetransport

Eine Turbulenz ist ein durch unregelmäßige Schwankung des Strömungsverlaufes und Wirbel-

bildung gekennzeichneter Zustand der Strömungen in Flüssigkeiten oder Gasen. Dies tritt insbe-

sondere bei Luft auf (GÄRTNER 2001: 711).

Die turbulente Grenzschicht schließt sich an die laminare Grenzschicht an. Es handelt sich bei

dem turbulenten Wärmetransport um einen Massenaustausch und -transport im bewegten

Medium Luft. Dass diese Form der Wärmeübertragung wesentlich effektiver ist als die molekulare

Übertragung hängt damit zusammen, dass der Austausch auf Grund von Turbulenzen (Wirbel)


62

erfolgt und damit der Standortveränderung des Mediums, also der einzelnen Moleküle,

unterliegt. Daraus folgt, dass dieser Transport von der Windgeschwindigkeit, der atmosphä-

rischen Stabilität und der Oberflächenrauhigkeit abhängt (ZMARSLY et al 2002: 50).

2.6.2 Wärmebilanz

Das Thema der Wärmebilanz wird in der Fachliteratur in sehr unterschiedlichen Varianten abge-

handelt. Auch gibt es keine festgelegten einheitlichen Formelzeichen und Vorzeichen der ein-

zelnen Glieder der Wärmebilanzgleichung. Daher soll hier, anhand einer Auswahl, ein kurzer

Überblick der verschiedenen Gleichungen gegeben werden.

nach LAUER (1999): S = L + V + B + M + Se + N + R . (18)

Dabei ist S = Strahlungsbilanz, L = sensibler Wärmestrom, V = latenter Wärmestrom, B = Boden-

wärmestrom, M = Wärmestrom ins Meer, Se = Wärmeverbrauch beim Schmelzen von Schnee und

Eis, N = Wärmezufuhr zur Erwärmung des fallenden Niederschlags, R = Wärmezufuhr durch die

Reibung des Windes am Erdboden.

nach WARNECKE (1997): Q* = Q + B + L + V (19)

Dabei ist Q* = Wärmebilanz der Erdoberfläche, Q = Strahlungsbilanz, B = Wärmeaustausch mit

Boden- bzw. Wasserschichten, Wärmeaustausch mit der Atmosphäre durch L = Wärmeleitung

und V = Verdunstung.

nach HUPFER & KUTTLER (2006): Q’A = QA + QH + QE (20)

Dabei ist Q’A = Wärmebilanz der Atmosphäre, QA = Strahlungsbilanz der Atmosphäre, QH =

fühlbarer Wärmestrom Erdoberfläche-Atmosphäre, QE = durch Kondensation freiwerdende

latente Wärme.

nach BENDIX (2004): 0 = Q* - B - L - V. (21)

Dabei ist Q* = Strahlungsbilanz, B = Bodenwärmestrom, L = Flussdichte fühlbarer Wärme, V =

Flussdichte latenter Wärme des Wasserdampfs.

Auf den ersten Blick scheinen alle Gleichungen unterschiedliche Parameter zu behandeln. Bei

genauerer Betrachtung fällt jedoch auf, dass die latente und sensible Wärme die essentiellen

Bestandteile der Wärmebilanz darstellen und in allen Gleichungen auftauchen. Dies gilt auch für

den Bodenwärmestrom.

Daher werden sich in der weiteren Bearbeitung der Wärmebilanz die Erläuterungen ihrer

einzelnen Glieder auf die Darstellung durch BENDIX (2004) beziehen. Hier sind die wichtigsten

Glieder vorhanden, ohne dabei die Betrachtung zusätzlicher Faktoren und Einflüsse zu vernach-

lässigen.

Wärmebilanz nach BENDIX (2004)

Der Autor behandelt die Wärmebilanz, wie oben schon genannt, nach folgender Gleichung:

0 = Q* - B - L - V. (22)


63

Dabei ist darauf zu achten, dass die Erdoberfläche als Umsatzfläche der Strahlungsbilanz

beschrieben wird und negative Vorzeichen von der Erdoberfläche weg zeigen. Das heißt, dass der

Bodenwärmestrom in tiefere Schichten gerichtet ist und der latente und fühlbare Wärmestrom in

die Atmosphäre gerichtet ist (Abb. 30).

Abb. 30: Darstellung der Wärmeströme (eigene Darstellung)

Die Strahlungsbilanz Q*

Die solare Strahlung bildet die Grundlage der Wärmeenergieumsätze auf der Erdoberfläche und

in der Atmosphäre. Daher wird hier auf die Strahlungsbilanz eingegangen. Diese setzt sich am

Tag aus kurzwelliger Solarstrahlung und langwelliger Wärmestrahlung zusammen. Nachts ist

hingegen nur die Wärmestrahlung wirksam.

Tag: Q* = (S↓ + D↓) ∙ (1 - α) + (L↓ - L↑) (23)

Nacht: Q* = (L↓ - L↑) (24)

Dabei ist Q* = Strahlungsbilanz [W∙m-2], S↓ = Bestrahlungsstärke der solaren Direkteinstrahlung

[W∙m-2], D↓ = Bestrahlungsstärke der Diffusstrahlung [W∙m-2],

= Oberflächenalbedo, L↓ =

Atmosphärische Gegenstrahlung (langwellig) [W∙m-2], L↑ = Spezifische Ausstrahlung (langwellig)

[W∙m-2], (L↓ - L↑) = Effektive Ausstrahlung (langwellig) [W∙m-2] (BENDIX 2004: 46)

Für eine weiterführende Auseinandersetzung mit der Strahlungsbilanz kann bei BENDIX 2004,

HUPFER & KUTTLER 2006, WEISCHET & ENDLICHER 2008 und ZMARSLY et al 2002 eine umfassende

Menge an Informationen gefunden werden.

Der Bodenwärmestrom B

Wie viel der auftreffenden Strahlung in den Bodenwärmestrom übergehen kann, ist sehr

abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Bodens, dem Porenvolumen, der Material-

zusammensetzung und der Bodenfeuchte. Diese Parameter ergeben die spezifische Wärmeleit-

fähigkeit und zur Berechnung gilt folgende Formel:

BdT

dz (25)

Dabei ist

B = Bodenwärmestrom [W∙m-2],

= Wärmeleitfähigkeitskoeffizient [W∙m-2∙K-1],

T =

Temperatur [K], z = Strecke [m].


64

Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass die verschiedenen Bodenbeschaffenheiten von maß-

geblicher Bedeutung für den Bodenwärmestrom sind. Luft ist gegenüber Wasser ein schlechterer

Wärmeleiter und demzufolge bestimmt der Wassergehalt über die Wärmeleitfähigkeit. Gleich-

zeitig entsteht aber bei der Verdunstung von Wasser aus dem Boden sogenannte Verdunstungs-

kälte. Dies hat wiederum zur Folge, dass sich ein feuchter Boden im Tagesverlauf nicht so gut

erwärmen kann wie ein trockener Boden. Bei letzterem erhitzen sich vor allem die oberen

Bodenschichten extrem. Dafür haben diese Böden aber eine geringere Dämpfungstiefe und

kühlen somit in der Nacht schneller und stärker wieder aus als feuchte Böden (BENDIX 2004: 71).

Der fühlbare Wärmestrom L

Dieser Wärmestrom ist durch den vertikalen Temperaturgradienten und die Turbulenzintensität

über der Bodenoberfläche bestimmt. Er wird nach folgender Formel berechnet:

(26)

Dabei ist

L = Fühlbarer Wärmestrom [W∙m-2],

= Luftdichte [kg∙m-3],

c p = Spezifische Wärme

von Luft bei konstantem Druck [J∙kg-1∙K-1],

KL = Turbulenter Diffusionskoeffizient für den

Wärmetransport [m2∙s-1],

T = Temperatur [K], z = Strecke [m].

Aus der Formel ergibt sich, dass der fühlbare Wärmestrom mit zunehmenden Temperatur-

gradienten und Turbulenzintensität steigt. Das heißt, er ist von der Temperatur und der Wind-

geschwindigkeit abhängig. Jedoch wäre er für Windstille gleich null, beziehungsweise nicht

definiert. Doch auch bei Windstille erfolgt ein Wärmeaustausch mit der Erdoberfläche. Allerdings

nicht mehr über den turbulenten Wärmetransport, sondern über die molekulare Wärmeleitung.

Daraus resultiert eine andere Berechnung des Turbulenten Diffusionskoeffizienten und damit

folgende Formel:

(27)

Dabei ist

L = Fühlbarer Wärmestrom [W∙m-2],

= Luftdichte [kg∙m-3],

c p = Spezifische Wärme

von Luft bei konstantem Druck [J∙kg-1∙K-1],

g = Schwerebeschleunigung [m∙s-2],

C = Propor-

tionalitätsfaktor 1,3,

T = Temperatur [K], z = Strecke [m].

Die Herleitung dieser Gleichung kann genauer in BENDIX (2004) auf S. 76/77 verfolgt werden.

Der latente Wärmestrom V

Der latente Wärmestrom bezeichnet den Energiebetrag, der bei der Verdunstung von Flüssig-

wasser umgewandelt, dann im gasförmigen Zustand gespeichert und mit dem Wind turbulent

verlagert wird. Das heißt, er ist zunächst wieder von der Turbulenzintensität abhängig, jedoch ist

hier der Konzentrationsgradient von Wasserdampf in der bodennahen Luftschicht ausschlag-

gebend. Wenn der Wasserdampf kondensiert, dann wird die Wärme wieder frei und dem fühl-

baren Wärmestrom zugeführt. Für die Berechnung ergibt sich folgende Formel.


65

(28)

Dabei ist

V = Latenter Wärmestrom [W∙m-2],

W = Wasserdampfdichte [kg∙m-3],

LV =

Spezifische Verdunstungswärme [J∙kg-1],

KW = Turbulenter Diffusionskoeffizient für den Wasser-

dampf [m2∙s-1],

s = Spezifische Feuchte [kg∙kg-1], z = Strecke [m].

Die Berechnung bei Vorhandensein von Vegetation erfordert zusätzliche Parameter, um die

Verdunstungsleistung der Pflanzen zu erfassen. Dies wird mit Hilfe der PENMAN-MONTEITH

Gleichung abgeschätzt. Hierfür wird die Blattfläche zur Abschätzung der stomatären Ver-

dunstung mit Hilfe des grünen Blattflächenindex angegeben. Dabei wird die Blattfläche, die pro

Quadratmeter Bodenfläche für die Verdunstung zur Verfügung steht, angegeben. Zusätzlich ist

der aerodynamische Widerstand der Spaltöffnungen zu berücksichtigen. Für genauere Betrach-

tungen sind Angaben bei BENDIX (2004) auf S. 77 zu finden.

Bowen Ratio

Fühlbarer und latenter Wärmestrom stehen in einem bestimmten Verhältnis, dem Bowen-

Verhältnis, welches nach der unten stehenden Gleichung berechnet wird. Daraus lassen sich

Aussagen treffen, ob die Energie hauptsächlich in die Erwärmung der Luft oder in die

Verdunstung von Wasser übergeht. Ist dieser Quotient größer als 1, so wird die meiste Energie in

die sensible Wärme umgewandelt. Wenn er jedoch kleiner als 1 ist, dann wird die Energie

hauptsächlich in die Verdunstung von Wasser investiert (ZMARSLY et al 2002: 51).

BoL

V (29)

Dabei ist

Bo = Bowen-Verhältnis,

L = sensibler Wärmestrom,

V = latenter Wärmestrom.

Wärmebilanz verschiedener Oberflächen

Auf Grund der Messungen im Rahmen unseres Projektes werden hier nun zwei mikroklimatische

Wärmebilanzen vorgestellt. Die Standorte an denen die folgenden Messungen vorgenommen

wurden, ähneln den möglichen Projektstandorten.

Tagesgang der Wärmebilanz eines unbedeckten feuchten Bodens

Bei diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Boden während des gesamten Tages-

verlaufs mit Wasser gesättigt ist. Dies wäre zum Beispiel im Bewässerungsfeldbau der Fall.

Mit Sonnenaufgang sieht man eine deutliche Zunahme der Strahlungsbilanz. Proportional dazu

nehmen latenter und sensibler Wärmestrom zu, jedoch kann sich der sensible im weiteren

Verlauf nur schwach entwickeln, da der überwiegende Teil der Strahlungsenergie in die latente

Wärme, also in die Verdunstung des Wassers fließt. Auf Grund der daraus resultierenden Ver-

dunstungskälte bricht auch der Bodenwärmestrom kurz vor der Mittagszeit ein. Nach Sonnen-

untergang wird weiter latente Wärme abgegeben, jedoch kehrt sich dieser Sachverhalt kurz vor

Mitternacht um und es wird latente Wärme aufgrund von Kondensation in sensible umge-

wandelt. Dieser Prozess wird auch als Freisetzung von Kondensationswärme bezeichnet (BENDIX

2004: 79).


66

Abb. 31: Tagesgang der Wärmebilanz an einem unbedeckten Standort mit feuchtem Boden (links) und

in einem Kiefernforst (rechts) (BENDIX 2004: 79)

Tagesgang der Wärmebilanz eines Kiefernforstes

Hier ist nun ein fast gegensätzlicher Verlauf zum unbedeckten, feuchten Boden zu erkennen. Der

fühlbare Wärmestrom kann sich im Verhältnis zum latenten Wärmestrom viel besser entwickeln.

Die leichten Einbrüche im latenten Wärmestrom resultieren aus der aktiven Regulierung der

Verdunstung durch die Pflanzen. Das heißt, dass diese ihre Spaltöffnungen schließen und nicht

mehr so viel Verdunstungswärme entsteht (ebd.).


Das Thema der Wärmebilanz kann auf ganz unterschiedlich Art und Weise betrachtet werden. So

fallen je nach Betrachtungsebene (Makro bis Mikro) andere Parameter mehr oder weniger ins

Gewicht.

Für die Messungen im Rieseberger Moor auf unserer Exkursion stellt sich nun die Frage, ob uns

einige Messwerte möglicherweise nicht zur Verfügung stehen, um eine vollständige Wärmebilanz

durchzuführen. Zunächst können wir die Daten der Automatischen Wetterstation von Luft-

temperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und einfallender Strahlung verwenden. Damit

lassen sich einerseits die latente und die sensible Wärme berechnen und andererseits lässt sich

die Strahlungsbilanz bestimmen. Da sich die Berechnung der Verdunstung durch die Pflanzen

mit dem Abschätzen der Blattoberfläche pro Quadratmeter relativ schwierig darstellt, wäre es von

Vorteil diesen Parameter bei der Messung weitestgehend auszuschließen. Dazu müsste man eine

der beiden Stationen auf einer vegetationsfreien Fläche aufstellen. So könnten wir die latente und

sensible Wärme im Bowen-Verhältnis darstellen. Zur Berechnung des Bodenwärmestroms

brauchen wir die genaue Bodenzusammensetzung sowie Aussagen über die Bodentemperatur

und die Bodenfeuchte. Da uns die nötigen Geräte zur Messung der Bodenfeuchte nicht zur

Verfügung stehen, muss diese möglicherweise abgeschätzt werden. Dadurch wird sich der

Wärmestrom auch nur näherungsweise ermitteln lassen


67

2.7 Messkonzept – Methoden und Standorte

Sebastian Seyffert

Die für die Untersuchung der Klimaelemente Wind, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Niederschlag

und Globalstrahlung im Untersuchungsgebiet benötigten Daten werden mit einer atmosphä-

rischen Boden-Beobachtungs-Automatikstation, kurz automatische Wetterstation (AWS), erfasst

und aufgezeichnet.

Die Hauptbestandteile dieser AWS sind der Mast, die Messgeräte und der Datenlogger. Zu den

Messgeräten gehören das 3D Ultraschallanemometer, zwei Sensoren für die Lufttemperatur und

Luftfeuchtigkeit, ein Pyranometer und ein Totalisator. Bevor der Aufbau der AWS beschrieben

und das Messkonzept erläutert wird, werden kurz die einzelnen Messgeräte erklärt.

Für die Erfassung des Windes wird das 3D Ultraschallanemometer verwendet. Das Prinzip der

Messungen ist die Ermittlung der Windkomponenten in einem dreidimensionalen Raum, wo-

durch die Windgeschwindigkeit und Windrichtung berechnet und ausgegeben werden kann.

Wichtiges Bauteil ist hierbei der Sensorkopf mit 6 Ultraschallwandlern. Der Sensorkopf misst die

Zeit, die ein Tonimpuls von den oberen zu den unteren Ultraschallwandlern benötigt. Die Zeit ist

von Windgeschwindigkeit und Windrichtung abhängig und durch die spezifische Anordnung der

Ultraschallwandler können diese Größen exakt gemessen werden. Der Sensor für die Luft-

temperatur und Luftfeuchtigkeit ist ein Stabelement, in dem ein Platindraht zur Messung der

Lufttemperatur und ein Kondensator zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit eingebaut sind.

Der sich ändernde elektrische Widerstand des Platindrahtes wird eindeutig auf die sich ändernde

Temperatur des Stabelementes zurückgeführt. Damit nur die umgebende Luft auf die Temperatur

des Stabelementes Einfluss hat und somit die Lufttemperatur gemessen werden kann, muss der

Sensor durch ein Gehäuse gegenüber der Strahlung geschützt werden. Der Kondensator ist mit

Materialien versehen, die auf die Umgebungsfeuchte reagieren und die Kapazität des Konden-

sators verändern, sodass die erfassten Werte die relative Luftfeuchtigkeit aufweisen. Das Pyrano-

meter dient der Messung der Globalstrahlung, indem in dem Gerät ein Sensor die solare Ein-

strahlung erfasst. Zur Messung des Niederschlags wird an der AWS der Totalisator benötigt, der

ein Wippenprinzip zur Registrierung des Niederschlags nutzt. Bei dieser Messmethode wird

aufgefangenes Niederschlagswasser auf eine Wippe geleitet, die bei bestimmter Menge an Wasser

ihren Schwerpunkt verliert und kippt.

Alle Messgeräte sind per Kabel (Signalübertragung) mit dem Datenlogger verbunden, der durch

einen Akkumulator mit Strom versorgt wird. Im Datenlogger werden die Daten erfasst und

aufgezeichnet. Bei der Auswertung der Daten bezüglich der Uhrzeit muss beachtet werden, dass

der Datenlogger nach der Greenwich Mean Time (GMT) programmiert ist. Weitere Einzelheiten

zu den Messgeräten können unter 2. Material und Methoden nachgelesen werden.

Damit Messdaten zwischen unterschiedlichen Gebieten vergleichbar sind, müssen die Messgeräte

an einer AWS gleich angebracht sein, was den Aufbau einer AWS in bestimmte Arbeitsschritte

aufteilt. Beim Aufbau ist es unerlässlich, dass die Messgeräte sorgfältig behandelt werden und auf

eventuelle Beschädigungen hin untersucht werden. Weiterhin empfiehlt sich die Durchführung


68

des Aufbaus mit mindestens drei Personen. Zu Beginn des Aufbaus wird der Mast aus vier Rohren

auf eine Länge von 3,55 m zusammengebaut und mit 2 Spannvorrichtungen versehen, die nach

Aufstellen des Mastes diesen halten. Bevor der Mast aufgestellt wird, muss das 3D Ultraschall-

anemometer am oberen Ende des Mastes mit Hilfe von Halterungen befestigt werden. Des

Weiteren wird auf eine Masthöhe von 3 m ein Stahlenschutzgehäuse angebracht, in dem der

Sensor für die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit befestigt wird, der als oberer Sensor ausge-

schrieben ist. Mit Hilfe einer Markierung am Fuß des 3D Ultraschallanemometer wird das

Strahlenschutzgehäuse in gleicher Ausrichtung befestigt. Dann kann der Mast lotrecht

aufgerichtet und mit den Spannvorrichtungen und Heringen befestigt werden, sodass die

Markierung am 3D Ultraschallanemometer nach Norden zeigt. Nachfolgend kann das zweite

Strahlenschutzgehäuse mit dem unteren Sensor in einer Masthöhe von 1 m befestigt und nach

Norden ausgerichtet werden. Ein Ausleger wird in 1,5 m am Mast befestigt und in Nord-Süd-

Achse ausgerichtet. Auf das südliche Ende des Auslegers wird durch Halterungen das Pyrano-

meter waagerecht befestigt, um zum einen den Einfluss einer Schattenwirkung durch den Mast

zu verhindern und zum anderen den gleichen Einstrahlwinkel zu garantieren. Als letzteres wird

der Totalisator in nahe Umgebung der AWS waagerecht aufgestellt und der Datenlogger mit Ab-

stand zum unteren Strahlenschutzgehäuse an den Mast befestigt, um eine Einfluss der Wärme-

bildung durch den Datenlogger auf den Sensor für die Lufttemperatur zu verhindern. An-

schließend werden alle Messgeräte mit dem Datenlogger verbunden. Mit dem Einschalten des

Datenloggers sollte gleichzeitig die Lufttemperatur mit dem Aspirationspsychrometer gemessen

und im Stationsprotokoll mit der Uhrzeit (GMT) vermerkt. Dies dient einer späteren Kontrolle

der Funktionstüchtigkeit der Lufttemperatursensoren. Neben Stationsname, Exposition, Ober-

flächenbeschaffenheit und Vegetation muss im Stationsprotokoll die Horizonteinschränkung und

weitere Hindernisse vermerkt werden, um bei der Auswertung der Daten einflussreiche Faktoren

mit einbeziehen zu können.

In dem Untersuchungsgebiet wurden drei AWS aufgestellt, die nachfolgend AWS 20, AWS 40

und AWS 50 genannt werden. Jede AWS stand einem für sich merkmalstypischen Standort. Für

die AWS 20 kann der Standort als feucht beschrieben werden. Durch den nordexponierte

Birkenbruchwaldrand ist eine starke Horizonteinschränkung nach Süden gegeben. Ebenfalls

befindet sich eine Waldkante nördlich in 100 m Entfernung und östlich in 30 m Entfernung. Die

oberflächige Vegetation aus Gräsern bildet eine feuchte Wiese. Neben einer südexponierten

Waldkante und auf einer offenen Waldlichtung stand die AWS 40. Durch die Waldeinrahmung

nach allen Himmelrichtungen wurde dieser Standort als windstill eingeschätzt. Zur vorherr-

schende Vegetation zählte das Heidekraut, sowie vereinzelte Sträucher und Kiefern. Die AWS 50

stand auf einem kleinen Hügel in mitten einer 5 % nordgeneigte Fläche. Das Umfeld ist durch

Trockenrasen und einer erst in 100 m nordöstlicher und südwestlicher Entfernung bestehenden

Waldkante charakterisiert. Die Stationsprotokolle können im Anhang weiter eingesehen werden.

Am letzten Tag wurden alle erfassten Messdaten durch eine Software auf einem PC ausgelesen

und für die weitere Analysen wie folgt aufbereitet. Die Messdaten, die für jede Minute erfasst

wurden (Niederschlagsmessung ausgenommen) wurden auf den Zeitraum vom 11.06.2012, 19:00

Uhr bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr beschränkt, um einheitlich von jeder AWS die gleiche Menge


69

an Daten analysieren zu können. Anschließend wurden für jede Stunde Datenmittelwerte

gebildet, was die spätere graphische Darstellung vereinfachen sollte. Um mögliche Messfehler

zwischen den Messgeräten ausschließen zu können, wurden die Datenmittelwerte jedes

Messgerätes um ihren spezifischen Abweichungswert zu dem Messgerät angeglichen, welches

sich an der AWS 50 befand. Die AWS 50 wurden als Referenzstation nach einer vor Beginn der

eigentlichen Messung durchgeführten zweitägigen Probemessung ermittelt. Die Probemessung

beinhaltet den korrekten Aufbau aller AWS, mit dem Unterschied, dass die Sensoren für die

Lufttemperatur auf gleicher Masthöhe nebeneinander auf einem Ausleger befestigt wurden. Bei

Probemessbeginn und Probemessende wurde auch manuell die Lufttemperatur mit dem

Aspirtionspsychrometer auf der Höhe gemessen, wo sich die Lufttemperatursensoren befanden.

Nach Beendigung der Probemessung wurden die erfassten Messdaten ausgelesen und ein

Vergleich der manuellen und durch die AWS gemessenen Lufttemperaturdaten vorgenommen.

Dieser Vergleich ergab, dass der untere Lufttemperatursensor, der für die AWS 50 bestimmt ist,

die geringste Abweichung zwischen den gemessenen Lufttemperaturdaten aufwies. Somit wurde

dieser Sensor als Standartmessgerät unter den Lufttemperatursensoren ausgewiesen. Aufgrund

fehlender Möglichkeiten der manuellen Messungen von Wind in 3,55 m Höhe und der

Globalstrahlung wurden auch alle anderen Messgeräte der AWS 50 als Standartmessgeräte

bestimmt. Somit konnten die Messdaten gleicher Messgeräte korreliert werden, wodurch für

jedes Messgerät spezielle Abweichungswerte zu AWS 50 ermittelt wurden. Der Einfluss eines

Messfehlers kann somit ausgeschlossen werden. Das bedeutet aber nicht, dass mögliche

Messfehler durch Alterung der Geräte, elektrische Anschlussfehler oder andere Vorkommnisse

aufgetreten sind.

Wie die Daten ausgewertet und nach welchen Gesichtspunkt sie analysiert wurden, kann in den

nachstehenden Artikeln begutachtet werden.

2.8 Makro vs. Mikro

Lukas Merkel, Michael Kachnicz

In diesem Kapitel wird beschrieben, wie auf der Nordhemisphäre Aktionszentren entstehen und

welche Aktionszentren zum Zeitpunkt der geländeklimatologischen Feldmessungen die groß-

räumige Wetterlage bestimmten.

2.8.1 Entstehung der Hoch- und Tiefdruckgebiete auf der Nordhemisphäre

Die atmosphärische Zirkulation ist die Folge von unterschiedlicher Temperatur und folglich auch

unterschiedlichem Luftdruck. Die solare Einstrahlung ist in den Tropen am größten und im

Bereich der Pole am kleinsten. Das führt zur Bildung der innertropischen Konvergenz (ITC), einer

Zone mit tiefem Luftdruck entlang des Äquators, und mit Hochdruckgebieten in den Polregionen

(HÄCKEL 1999: 259). Durch diese thermischen Einflüsse bilden sich auf der Erdhalbkugel zwei

verschiedene Luftmassen: Die wärmere tropische Luftmasse in den niedrigen Breiten und die

kältere polare Luftmasse in den höheren Breiten. Innerhalb von beiden Luftmassen nimmt die

durchschnittliche Temperatur zu den Polen hin homogen ab, aber im Grenzbereich zwischen


70

ihnen ist die Temperaturabnahme deutlich stärker. Dieser Bereich wird als Frontalzone

bezeichnet. Die Gradientkraft wirkt bei horizontalen Luftdruckunterschieden auf alle Luftmole-

küle in Richtung des niedrigeren Luftdrucks und erzeugt auf diese Weise Wind. Infolge von

Masseträgheit bei der Erdrotation weht der Wind nun aber nicht wie eigentlich erwartet auf

geradem Weg vom Hochdruck- zum Tiefdruckgebiet, sondern wird stark abgelenkt. Im Bereich

des Strahlstroms, einem schnellen Wind, der in den oberen Schichten der Troposphäre weht,

kommt es zu unterschiedlich großen Druckunterschieden zwischen der tropischen und der

polaren Luftmasse und es kommt zu dynamischen Änderungen der Gradient- und Corioliskraft,

die dazu führen, dass an bestimmten Stellen der Druck örtlich begrenzt steigt bzw. fällt. Aus

diesen Stellen bilden sich infolge vertikaler Luftausgleichbewegungen dann dynamische Hochs

und Tiefs, die im Einflussbereich der Frontalzone unser veränderliches Wetter bestimmen

(HÄCKEL 1999: 260). Die dynamischen Hochs und Tiefs ziehen in unseren Breiten meist in östliche

Richtungen. Weil die sich auf die Luftmoleküle nördlich und südlich des Zentrums dieser

Druckgebilde auswirkende Corioliskraft unterschiedlich stark ist, ziehen Hochs eher südöstlich

und Tiefs eher nordöstlich. Das führt zur Bildung der sogenannten Hochdruckgürtel in den

subtropischen und Tiefdruckrinnen in den subpolaren Breiten, in denen sich die entsprechenden

Druckgebilde bevorzugt sammeln. Damit bildet sich die in Abb. 32 dargestellte allgemeine

Zirkulation der Atmosphäre. Auch der durch diese Druckgebilde hervorgerufene Wind ist so

großräumig, dass die Corioliskraft eine nennenswerte Rolle spielt. Auf der Nordhalbkugel wird

die aus einem dynamischen Hochdruckgebiet herausströmende Luft nach rechts abgelenkt, so

dass sie im Uhrzeigersinn um das Zentrum des Hochs herum strömt (antizyklonale Strömung)

(FLEMMING 1991: 54). Bei Tiefdruckgebieten sorgt die Rechtsablenkung der Corioliskraft für eine

Strömung gegen den Uhrzeigersinn (zyklonale Strömung). Durch den Einfluss der Bodenreibung

insbesondere über Landmassen verhindert die Corioliskraft aber hier nicht den Druckausgleich,

sondern verzögert ihn lediglich.

Abb. 32: Schematische Darstellung der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre (HÄCKEL 2005)


71

2.8.2 Großräumige Wetterlage an den Tagen der Messungen im Rieseberger

Moor

In Abb. 33 ist die Wetterlage der Bodenanalyse vom Deutschen Wetterdienst vom 12.06.12 um

18:00 Uhr dargestellt (DWD 2012). Auf der Karte lässt sich erkennen, dass sich zu diesem

Zeitpunkt einige Tiefdruckgebiete über Europa befanden, das heißt, eine durch sehr wechsel-

haftes Wetter geprägte Großwetterlage vorhanden war. Im Bereich von Mittel- und Nord-

deutschland sieht man ein Tiefdruckgebiet, welche auch als Zyklone bezeichnet wird. Sie besitzt

zwei sogenannte Fronten, welche verschieden gekennzeichnet werden. Die Kaltfront wird entlang

der Isobaren gleichen Drucks mit spitzen und die Warmfront mit halbrunden Frontsymbolen

gekennzeichnet. Die Luftmassen der Zyklone bewegen sich entgegen dem Uhrzeigersinn (HÄCKEL

2005).

Daher ist erkenntlich, dass ausgehend vom Zeitpunkt 18.00 Uhr auf der Karte die Warmfront in

den nächsten Stunden durch das Exkursionsgebiet zieht. In Abb. 34 lässt sich der Durchzug der

Warmfront gut mit dem an allen Stationen verzeichneten Anstieg der Temperatur um 22:00 Uhr

am 12.06.12 nachvollziehen. Obwohl die Temperatur in der Nacht kontinuierlich sinkt kommt es

zu einer kurzzeitigen Erwärmung der Luft, da wärmere Luft in das Gebiet getragen wird. In der

Nacht vom 13.06. zum 14.06.12 kommt es um 23:00 Uhr zu einem ähnlichen Phänomen. Dies ist

immer noch auf die durchwachsene Wetterlage zurückzuführen, allerdings ist es kein klassischer

Durchzug einer Warmfront, der einen erheblichen Anstieg der Temperatur zur Folge hätte.

Abb. 33: Links: Bodennahe Wettersituation am 12.06.12 (DWD 2012). Rechts: Stundenmittelwerte der

Lufttemperatur in 3 m Höhe aller AWS


72

3 Ergebnisse

Alexandra Zettl

Die in Kapitel 2 beschriebene, intensive Auseinandersetzung mit dem theoretischen Kanon der

Klimaelemente, dem System der atmosphärischen Zirkulation über Europa sowie der Methodik

und den Instrumenten der Geländeklimatologie, ermöglichten während der Exkursion die

eigenständige Erfassung und Auswertung von Daten. Diese Daten wurden größtenteils mit den in

Kapitel 2.7 beschriebenen AWS gewonnen und aufgezeichnet, aber auch manuell ermittelte

Daten, dienten als Auswertungsrundlage für die Untersuchungen, der hier im Folgenden

vorgestellten Fachartikel.

3.1 Beitrag zur klimatologischen Einordnung von Vegetations-

stufen im Harz

Alexandra Zettl, Meline Saworski

In Gebirgen verändert sich die Vegetation meist auffällig mit der Höhe. Die Lufttemperatur

wandelt sich jedoch ebenso: mit zunehmender Höhe, fällt in der Regel die Temperatur. Der

vorliegende Fachartikel ist das Ergebnis einer im Rahmen eines studentischen Projektes

durchgeführten Untersuchung über Zusammenhänge zwischen Höhenstufen der Vegetation im

Harz und dem Klimaelement Temperatur. Anhand einer mit dem Aspirationspsychrometer

manuell aufgenommenen Datenreihe, wurden über eine Strecke von 9319 m (Ilsenburg bis

Brockengipfel) und einem Höhenunterschied von 781,3 m an 11 mikroklimatisch unterschied-

lichen Standorten die Lufttemperatur und die feuchte Lufttemperatur festgehalten. Ebenso wurde

fotografisch und handschriftlich Protokoll über die an den Standorten gefundenen Pflanzen-

gesellschaften geführt. Mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogrammes wurden die aufgenom-

menen Daten verarbeitet, in Bezug zu einer synoptischen Referenz gesetzt und ausgewertet.

Hieraus konnten der Verlauf der Lufttemperatur und der Anstieg der Höhenmeter in Abhängig-

keit zur zurückgelegten Strecke ermittelt werden. Als Ergebnis der Auswertung und Inter-

pretation der gewonnen Daten wurde deutlich, dass mit zunehmender Höhe entsprechende

Pflanzengesellschaften anzutreffen sind. Ein direkter Zusammenhang zwischen höhenbedingter

Temperaturänderung und vorgefundener Vegetation konnte jedoch nur eingeschränkt nachge-

wiesen werden, da mikroklimatische Einflüsse, unter anderem solche wie Himmelsausrichtung,

Boden und Wasser, an den verschiedenen Standorten die Zusammensetzung der Vegetation

beeinflussen und bei einer Zuordnung von Vegetation und Höhe nicht vernachlässigbar sind.

3.1.1 Einleitung

Um Landschaft planen und gestalten zu können ist es von großer Bedeutung, Einblicke in die

Funktionsweisen unserer Umwelt zu erlangen. Zu diesem Zweck können ökologische Zusammen-

hänge nicht immer getrennt voneinander betrachtet werden, da sie Teil eines komplexen Systems

biotischer und abiotischer Umweltfaktoren sind. Bei allen Faktoren kann davon ausgegangen

Ergebnisse

73

werden, dass sie in unterschiedlicher Intensität auftreten können, also einen Gradienten bilden,

der zeitlich und örtlich bedingt sein kann (COX & MOORE 1987: 41). Diese können kaum

zusammenhängend erfasst werden, in der Praxis werden aus diesem Grund eher konkrete

Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Umweltfaktoren wissenschaftlich untersucht (DIERSZEN

1990: 147). In diesem Fachartikel soll an die Umweltfaktoren der Klimatologie herangeführt

werden. Das Klima wird als Faktorenkomplex bezeichnet, welcher mit einer Vielzahl an Faktoren,

wie Temperatur, Strahlung und Feuchte, auf ökologische Prozesse wirkt (ebd.: 182). Die Luft-

temperatur ist mit entscheidend für das Aufkommen und die Verbreitung spezifischer Pflanzen-

gesellschaften. Ein Beispiel hierfür ist die Höhenstufung der Vegetation in Gebirgen, die in

Zusammenhang mit der vertikalen Temperaturabnahme der Atmosphäre steht (COX & MOORE

1987: 54 ff.). Dieser Zusammenhang soll betrachtet und vor allem hinsichtlich verschiedener

Skaleneinflüsse des Klimas untersucht werden. Die untersuchte Frage lautet hierbei, ob ein

Höhengradient der Lufttemperatur messtechnisch nachgewiesen werden kann, der sich auf die

Vegetation im Harz auswirkt und auf welchen Skalen weitere klimatische Einflüsse beobachtet

werden können. Hierbei ist entscheidend, bei welchen Witterungsverhältnissen die Messungen

erhoben werden. Bei windstillen, sonnigen Verhältnissen wäre zu erwarten, dass sich das

standortbedingte Mikroklima (z.B. Hangexposition) stark auf die Messergebnisse auswirkt. Sollte

der Himmel gleichmäßig bedeckt sein, können sich Standortklimate nicht so stark ausprägen und

der Höhengradient sollte stärker bemerkbar sein.

3.1.2 Material und Methoden

Im Rahmen der Untersuchung des Höhengradienten soll konkret eine im Harz manuell erhobene

Messreihe vom 13. Juni 2012 betrachtet und analysiert werden. Der durch ein GPS-Gerät (Qstarz

Qtravel) dokumentierte Weg vom nord-östlich gelegenen Ort Ilsenburg zum Brocken erstreckt

sich über 9319 m. In einem Zeitraum von etwa 09:00 bis 13:30 Uhr wurden insgesamt 781 Höhen-

meter zurückgelegt und protokollierte manuelle Messungen der Lufttemperatur mit dem Aspi-

rationspsychrometer an unterschiedlichen Standorten vorgenommen. Um Besonderheiten in den

Messergebnissen zu analysieren und mikro- beziehungsweise makroklimatisch einzuordnen,

wurde in den Protokollen sowohl der Bedeckungsgrad als auch der Himmelsichtfaktor nach

Abschätzung festgehalten. Anhand der protokollierten Uhrzeit an den Messpunkten konnten die

Höhenmeter der GPS-Daten den Messungen zugeordnet werden und ein Höhenprofil erstellt

werden. Die Differenz von 44 m zwischen dem ausgegebenen Höchstwert des GPS-Geräts und der

tatsächlichen Höhe der Brockenspitze von 1142 m wird als Korrekturwert für alle Höhenwerte des

GPS-Geräts verwendet. Allerdings können diese Werte weiterhin kleinere Schwankungen auf-

weisen. Über den Abgleich der protokollierten und der aufgezeichneten Uhrzeit des GPS-Geräts

konnten die exakten Koordinaten der jeweiligen Messpunkte erörtert werden, wodurch die

Strecke zwischen den Messungen ermittelt wurde. Da die Messungen am Vormittag erhoben

worden sind, ist zu bemerken, dass sich der Tagesgang der Lufttemperatur auf den Höhen-

gradienten auswirkt. Um diesen nachvollziehen zu können, werden die Daten der etwa 55 km

Luftlinie in nord-östlicher Richtung, im Rieseberger Moor liegenden AWS-Stationen als

synoptische Referenzstationen verwendet. Um jedoch nicht das spezifische Standortklima einer


74

AWS zu dokumentieren, wurde aus den gemittelten Top- und Bottom-Werten aller drei

Stationen ein Stundenmittelwert gebildet. Diese Daten werden im Folgenden als Tagesgang der

Lufttemperatur in der Region Harzvorland/Harz betrachtet. Für den Zeitraum von 9:00 bis 14:00

Uhr wurde eine Trendlinie (30) berechnet, aus deren Steigung m sich der korrelierte stündliche

Lufttemperaturanstieg ergibt. Da dieser sich aus den Differenzen der einzelnen Temperaturwerte

errechnet, wird er in Kelvin (K) pro Stunde (h) angegeben:

y = m ∙ x + n (30)

mit m = 0.952 K/h, n = 12.17 °C und R² = 0.9673

Der sich ergebende Anstieg von etwa 0,02 K/min wird mit der jeweiligen Zeit in Minuten, die

zwischen den Messungen und dem Ausgangspunkt vergangen ist, multipliziert und kann von den

gemessenen Lufttemperaturwerten abgezogen werden. Somit entsteht eine modifizierte Mess-

reihe, die nicht dem Einfluss des tageszeitlich bedingten Anstiegs der Lufttemperatur unterliegt

und verwendet wird, um aus der Differenz der Temperaturextreme und der Höhendifferenz den

Temperaturgradienten zu berechnen.

3.1.3 Ergebnisse

Tab. 5 zeigt die 11 verschiedenen Standorte (Messpunkte), an denen Messungen mit dem Aspi-

rationspsychrometer durchgeführt wurden. Angegeben sind außerdem die Höhenlage und die

modifizierte Lufttemperatur der jeweiligen Standorte sowie die den Höhen entsprechenden

Vegetationsstufen, welchen auf Grundlage der Protokolle typische Pflanzengesellschaften zuge-

ordnet wurden. Unter Betrachtung des Werkes „Die Pflanzengesellschaften des National-Park

Harz (Sachsen-Anhalt). Eine kommentierte Vegetationskarte“ von KARSTE et al. konnte diese

Zuordnung wiedererkannt werden. Anhand der Höhe und der Lufttemperatur lässt sich zudem,

durch die Ermittlung des Quotienten der Differenz aus 1114 m und 333 m Höhe sowie der

Differenz aus 10 °C und 3,6 °C, ein Höhengradient von 0,8 K pro 100 m Höhenanstieg ableiten.

Tab. 5: Messpunkte und Pflanzengesellschaften

Ergebnisse

75

Abb. 34 stellt das Verhältnis von Lufttemperatur und Höhenanstieg zu zurückgelegter Strecke

und Zeit dar. Mit fortschreitender Strecke steigt die Höhe von 333 m auf 1114 m und die

Lufttemperatur sinkt von 10 °C auf 3,6 °C. Wie der Verlauf der Lufttemperatur zeigt, wurde nach

einer Strecke von 4,6 km ein entgegen dem absinkendem Trend ein erhöhter Temperaturwert von

9,5 °C gemessen. Aus den während der Wanderung geführten Protokollen, geht für diesen

Messpunkt hervor, dass der Bedeckungsgrad abnahm. Die Temperaturwerte, die kurz zuvor

geringer wurden, steigen hier plötzlich an und fallen danach bis auf 7,9 °C. Die Lufttemperatur

sinkt anschließend weiter bis auf 3,6 °C (auf der Brockenspitze). Die Änderung des Bedeckungs-

grads lässt eine genauere Betrachtung der an den Referenzstationen gemessenen Globalstrah-

lungswerte zur Überprüfung sinnvoll erscheinen. Hierzu wurden die den Zeiten der Messpunkte

entsprechenden Punktwerte der Globalstrahlung an den Referenzen AWS 20, 40 und 50 gemittelt.

In Abb. 35 wird der sich aus den Punktwerten ergebende Verlauf der Globalstrahlung in Vergleich

zum in Abb. 34 bereits dargestellten Lufttemperaturverlauf, gesetzt. Wie zu sehen ist, steigt die

Globalstrahlung tendenziell an, wird jedoch von einigen Maximalwerten (P5, P7 und P10)

unterbrochen. Nochmals deutlicher wird das Absinken der Lufttemperaturwerte in Abhängigkeit

zur Höhe in Abb. 36. Mit steigender Höhe, fallen die Werte. Die Trendlinie stellt das Verhältnis

der Werte zueinander, also den Höhengradienten dar. Werden alle Messwerte einbezogen, ergibt

sich ein Bestimmtheitsmaß R² von etwa 0,91. Werden die Temperaturwerte, die zu den Zeiten, zu

welchen auch die Maxima der Globalstrahlung erfasst wurden (grau markiert) nicht beachtet,

ergibt sich für den Trend der Lufttemperatur ein R² von 0,94.

Abb. 34: Vertikaler Lufttemperaturverlauf (durchgezogene Linie), Höhe in M.ü.M. (gepunktete Linie)

und Vegetationsstufen nach ELLENBERG (1996) (submontan, montan, subalpin)


76

Abb. 35: Verlauf der Lufttemperatur (dicke Linie) und der Globalstrahlung (dünne Linie) an den

Referenzstationen (AWS im Rieseberger Moor)

Abb.36: Verteilung der Lufttemperaturwerte in Abhängigkeit zur Höhe. Mit den Messwerten zu

bedeckten Zeitpunkten (schwarz) mit R² =0,94 und den Messwerten zu sonnigen Zeitpunkten

(grau) mit R²=0,91

Ergebnisse

77

3.1.4 Diskussion

Besonders auffällig scheint der von den tendenziell sinkenden Lufttemperaturwerten (vgl. Abb. 34

abweichende Wert von 9,5 °C am Messpunkt 7 um 11:21 Uhr MEZ (vgl. Tab. 5). Ursache des

Zustandekommens dieser Abweichung scheint auf einen mesoskaligen Einfluss, das Aufreißen der

Wolkendecke rückführbar. Dieser geringere Bedeckungsgrad konnte anhand der Fotos nach-

vollzogen werden. Da im Harz jedoch keine Globalstrahlungswerte erfasst werden konnten,

mussten für die genauere Überprüfung die Werte der Referenzstationen (vgl. Abb. 35) heran-

gezogen werden. Wie hierbei aus dem Anstieg des Graphen der Globalstrahlung hervorgeht,

wurde dessen Tagesgang nicht bereinigt. Dennoch können die Maxima an den Punkten P5 bis P10

als ein mögliches Aufreißen der Wolkendecke am Ort der Referenzstationen interpretiert werden.

Da der Wert der Flussdichte der Globalstrahlung in einem solchen Falle steigt die direkte solare

Einstrahlung zunimmt, scheint ein Zusammenhang möglich. Ob die an den Referenzstationen

gemessenen Werte jedoch repräsentativ sind, bleibt auf Grund der Distanz zwischen Harz und

Rieseberger Moor fraglich. In dieser Hinsicht muss angemerkt werden, dass Referenzdaten von

der Wetterstation des Deutschen Wetterdienstes, die sich auf dem Brocken befindet, einen

Beitrag zur weiteren Untersuchung dieses Zusammenhangs leisten können. Jene standen uns

jedoch nicht zur Verfügung.

Allgemein gültige Aussagen zu den Ergebnissen sind, da die Messungen an einem einzigen Tag

durchgeführt wurden, kaum möglich. Messreihen und Daten, die über längere Zeiträume und in

größerem Umfang gewonnen werden, erhöhten die Validität von Erkenntnissen über den Zusam-

menhang zwischen Feuchte, Wärme, Höhe und Pflanzenvorkommen. Gerade die Ausprägung der

standortbedingten Mikroklimate, die im Gebirge je nach Höhenlage und Exposition sowie dem

Himmelssichtfaktor sehr unterschiedlich sein kann, verdient eine intensivere Betrachtung. Aus

diesem Grund wurden in Abb. 35 die Maxima der Globalstrahlung P5, P7 und P10 markiert.

Zunächst wird P7 betrachtet. Dieser wurde bereits zu Beginn der Diskussion als ausschlaggebend

für die Betrachtung der Globalstrahlung genannt. Obwohl zu diesem Zeitpunkt das Maximum der

Globalstrahlung am wenigsten ausgeprägt ist, wurde ein auffällig hoher Temperaturwert ge-

messen. Werden die im Protokoll festgehaltenen standortspezifischen Eigenschaften betrachtet

kann dieser jedoch recht gut nachvollzogen werden, da sich der Messpunkt an einem ostexpo-

nierten Hang befindet, weshalb eine stärkere Aufwärmung seit dem Sonnenaufgang zu vermuten

ist. Außerdem ist der Himmelssichtfaktor (HSF) mit 35 % im Verhältnis zu den vorherigen

Messungen relativ hoch. Anders verhält sich diese Eigenschaft am Messpunkt P5. Hier beträgt der

HSF lediglich 10 %. Die ansteigende Globalstrahlung wirkt sich also nicht merkbar auf den

Temperaturwert aus, womit erklärt werden kann, dass der gemessene Lufttemperaturwert von 8,9

°C im Trend des fallenden Temperaturgradienten liegt. Auch am Messpunkt P10 liegt der

gemessene Temperaturwert im Trend, obwohl in der Globalstrahlung ein auffallender Ausschlag

zu vermerken ist. Unter Berücksichtigung, dass dieser Wert in einer Höhe von 1004 m gemessen

wurde und in diesen Höhen keine dichten Waldbestände vorzufinden sind, kann in diesem Falle

nicht mit dem Himmelssichtfaktor argumentiert werden. Allerdings ist auf den Fotos zu

verzeichnen, dass zu diesem Zeitpunkt dichter Nebel auftritt. Somit könnte die weiter fallende


78

Lufttemperatur durch das Fehlen der Energie, die in die Verdunstung von Wasser geht, erklärt

werden.

Obwohl also der Höhengradient durch den Bedeckungsgrad auf der Mesoebene beeinflusst wird

kann, wie in Abb. 36 dargestellt ein kontinuierliches Absinken der Lufttemperatur in Abhängig-

keit zur Höhe mit einem Bestimmtheitsmaß von 0,91 festgehalten werden. Werden die, durch die

auf der Mesoskala auftretende Globalstrahlung beeinflussten Werte jedoch nicht mit einbezogen,

steigt das Bestimmtheitsmaß weiter auf 0,94. Somit ist ein sehr konstanter Temperaturgradient

mit ansteigender Höhe nachgewiesen.


Der durch die Änderungen der Lufttemperatur in der vertikalen Dimension erkennbare Höhen-

gradient, lässt die Einteilung der Vegetation nach Höhenstufen nachvollziehbar erscheinen, da

Pflanzen unterschiedliche Temperaturamplituden und -toleranzen aufweisen. Im Harz wird die

Lufttemperatur neben dem makroklimatisch beeinflussten Höhengradienten von mikroklima-

tischen Standortspezifika, wie beispielsweise dem Himmelssichtfaktor und der Hangexposition

bestimmt. Der durch die Messauswertung errechnete Höhengradient von 0,8 K pro 100 m liegt

innerhalb einer Amplitude, die je nach Jahreszeit und geographischer Lage verschieden ausge-

prägte Werte annehmen kann. In der Regel handelt es sich um einen Wert von 0,3 °C bis 1 °C pro

100 m Höhenanstieg (vgl. SCHRÖDER 1998: 116). Es bleibt jedoch noch zu beantworten, in welchem

Verhältnis mikroklimatische Ausprägungen zum Höhengradienten stehen und wie sie die Be-

rechnung desselben beeinflussen.

Ergebnisse

79

3.2 Geländespezifische Auswirkungen auf den Niederschlag

Mareike Teske, Natascha Winkel

Im Rahmen einer studentischen Exkursion in das Rieseberger Moor im Harzer Vorland, wurden

mit Hilfe von drei Automatischen Wetter Stationen (AWS) an drei räumlich nahe beieinander

liegenden Standorten mit unterschiedlich geprägten Geländestrukturen, Messungen einzelner

Klimaelemente durchgeführt. In diesem Artikel wird Niederschlag (Regen und Tau) untersucht.

Obwohl die drei Standorte den gleichen mesoklimatischen Bedingungen ausgesetzt waren,

wiesen sie unterschiedliche Werte bezüglich des Niederschlags auf. Der Regenniederschlag

variierte in der Menge kaum, jedoch im zeitlichen Verlauf und in der Intensität. An einem der

Standorte wurde die Taupunkttemperatur nicht erreicht, da dort die zur Taubildung notwendige

Luftfeuchte nicht vorlag.

3.2.1 Einleitung

In diesem Artikel stehen zwei Formen des Niederschlags im Fokus der Untersuchung: Regen und

Tau. Es soll untersucht werden, ob Unterschiede in Intensität und Dauer der Niederschläge

festzustellen und Geländespezifika und unterschiedlich ausgeprägte Mikroklimata dafür verant-

wortlich sind.

Hypothese 1: Der im Harz dominierende Westwind wirkt sich auf die zeitliche Abfolge des

Niederschlagbeginns aus. Demnach wird an der westlichsten AWS zuerst Niederschlag gemessen.

Hypothese 2: Tau entwickelt sich an allen Standorten zu der dafür typischen Zeit, kurz vor

Sonnenaufgang.

Niederschlag ist das Produkt der Kondensation oder der Deposition von Wasserdampf in der

Atmosphäre, dabei entsteht Wasser in flüssiger oder fester Form. Unterschieden wird in fallenden

(Fest-, Flüssig- oder Mischniederschlag) und abgesetzten (Tau, Raueis, Glatteis, Schnee) Nieder-

schlag. Zusätzlich wird Niederschlag statistisch nach Zeitdauer, Intensität und Quelle eingeteilt

(KUTTLER 2009: 100). Bei der Analyse von Niederschlagsdaten sollten mögliche Abweichungen

durch Messfehler berücksichtigt werden. Verdunstung des Niederschlagwassers, die

Verschmutzung des Messgerätes (z.B. durch Vögel) und Wind sind entscheidende Fehlerfaktoren.

Durch eine Windfelddeformation werden Tropfen über das Messgerät getragen und es kommt zu

einer Unterschätzung des Niederschlagvolumens (SYMADER 2004: 31 f.). Tau ist am Boden oder an

festen Gegenständen kondensierter Wasserdampf (MALBERG 2007: 103). Bei Abkühlung feuchter

Luft, sinkt der Sättigungsdampfdruck E, die relative Feuchte nimmt zu und nähert sich ihrem

Maximalwert (100 %). Dann ist der herrschende Dampfdruck e gleich dem Sättigungsdampfdruck

E und weitere Temperaturerniedrigung führt zu Übersättigung und Taubildung. Die Temperatur,

an der dieser Punkt erreicht ist, bezeichnet den Taupunkt (oder die Taupunkttemperatur)

(ZMARSLY et al. 2007: 73). Die Taupunktdifferenz gibt die Differenz zwischen der aktuellen

Temperatur und der Taupunkttemperatur an. (HUPFER & KUTTLER 2006: 90).


80


Für die Beschreibung des Untersuchungsgebiets wird auf das Kapitel 2.7 im Projektbericht

verwiesen. Im Folgenden werden die Standorte mit ihren Stationsnummern als AWS (Auto-

matische Wetterstation) 20, AWS 40 und AWS 50 bezeichnet. In der Zeit vom 11. (19:00 Uhr GMT)

bis 14. Juni 2012 (08:00 Uhr GMT) wurden von den drei AWS Minutenwerte der Temperatur, der

relativen Luftfeuchtigkeit, der Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie der Globalstrah-

lung erhoben.

Für die Messung von Niederschlag (Regen) wurden Totalisatoren mit einer Kippwaage verwendet.

Ist die Auffangschale mit 0,1mm Niederschlagswasser gefüllt, kippt die Waage um und 0,1 mm

werden in der Datenreihe notiert. Nicht alle Werte der Messung werden für den weiteren Verlauf

in Betracht gezogen. Messwerte am 11.06.12 und 14.06.12 sind Fehlermessungen während des Auf-

bzw. Abbaus der Stationen und werden daher nicht verwendet. Der einzelne Messwert am 13.06.12

wird ebenfalls nicht betrachtet. Um den zeitlichen Bezug zu den Messungen anderer Klima-

elemente zu ermöglichen, wurden die Niederschlagsmengen auf Minuten Werte zurückgerechnet

(bis zum vorhergehenden Messereignis von 0,1 mm) und danach auf 10 Minuten-Werte addiert.

Der Taupunkt wurde in dieser Untersuchung nicht direkt gemessen, sondern rechnerisch er-

mittelt. Dazu wurden die stündlichen Mittelwerte der unteren Messfühler für Temperatur TB und

relative Luftfeuchtigkeit rB herangezogen. Um Rundungsfehler auszugleichen, wird in der

Untersuchung bei einer Taupunktdifferenz ≤ 0,1 °C Tauentwicklung angenommen.

Grundlage zur Berechnung des Taupunkts ist die Formel nach MAGNUS: zur Definition des

Sättigungsdampfdrucks:

T

TE

175,234

08085,17exp1078,6 (31)

Sättigungsdampfdruck E [hPa], Temperatur T [°C] (SCHÖNWIESE 2008: 76).

3.2.3 Ergebnisse

Während der Messungen wurde in den Morgenstunden vom 12.06.12 0,7 mm Niederschlagwasser

an den AWS 40 und 50 und 0,8 mm an der AWS 20 gemessen. Die AWS 20 weist also mit 0,1 mm

ein höheres Messergebnis auf. Die Niederschlagsmessung beginnt und endet an den einzelnen

Stationen zu unterschiedlichen Zeiten. Der Beginn der Niederschlagsmessung erfolgt an der AWS

20 um 04:09 Uhr, gefolgt von der AWS 50 um 04:12 Uhr und der AWS 40 um 04:20 Uhr. Die letzte

Niederschlagsmessung erfolgt an der AWS 20 um 05:29 Uhr, an der AWS 50 um 05:34 und an der

AWS 40 um 05:46 Uhr. Trotz unterschiedlicher Start- und Endzeiten, unterscheidet sich die

Dauer der Niederschlagsmessung der Stationen nur um einige Minuten. Eine Divergenz ist in der

Regenintensität zu erkennen (Abb. 37). Während die AWS 20 und 50 sich nur gering voneinander

unterscheiden, kommt es bei der AWS 40 ab 04:50 Uhr kurzzeitig zu einer höheren Nieder-

schlagsintensität, welche ab 05:17 Uhr stark sinkt.

Ergebnisse

81

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

04:10

04:20

04:30

04:40

04:50

05:00

05:10

05:20

05:30

05:40

05:50

06:00

Zeit [hh:mm]

Nie

de

rsch

lag

sin

ten

sitä

t

[mm

/10

min

.]

Abb. 37: Niederschlagsintensität der AWS 20 (weiß), 40 (grau) und 50 (schwarz) am 12.06.12 von 04:00

bis 06:00 Uhr

Abb. 38 zeigt den Verlauf der Taupunktdifferenz über den gesamten Messzeitraum für die drei

Stationen. Wird die Taupunktdifferenz von 0 °C erreicht, kommt es zur Taubildung.

An Station 40 wird der Taupunkt niemals erreicht, an Stationen 20 und 50 kommt es in allen drei

Nächten zu Tauentwicklung. Station 20 erreicht sieben mal den Taupunkt (Taupunktdifferenz ≤

0,1 °C) und Station 50, sechs mal. In der ersten Nacht (12.06.) liegt der Zeitraum der

Tauentwicklung bei Station 20 zwischen 03:00 und 05:00 Uhr und bei Station 50 zwischen 03:00

und 04:00 Uhr. An der Station 50 ist der Zeitraum der Taupunktentwicklung kürzer als an Station

20. In der zweiten Nacht (13.06.) werden bei den Stationen 20 und 50 zwischen 01:00 und 02:00

Uhr und in der dritten Nacht (14.06.) zwischen 03:00 und 04:00 Uhr Taupunkttemperaturen

erreicht.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

19:0

023

:00

3:00

7:00

11:00

15:0

019

:00

23:0

03:

007:

0011:

0015

:00

19:0

023

:00

3:00

7:00

Zeit [hh:mm]

Ta

up

un

ktd

iffe

ren

z [

°C]

Abb. 38: Taupunktdifferenz in °C gemessen in 1 m Höhe im Zeitraum vom 11.-14.6.2012. AWS 20

(schwarz), 50 (grau) und 40 (gepunktet)


82

3.2.4 Diskussion

Während des Niederschlagereignisses in den Morgenstunden des 12.06.12, kam der Wind aus Süd-

West. Demnach müsste an der AWS 50 als erstes Niederschlag fallen, gefolgt von der AWS 20 und

zuletzt der AWS 40. Die tatsächliche zeitliche Abfolge zeigt jedoch, dass der Niederschlag zuerst

an der AWS 20 gemessen wird und danach an der AWS 50. Ein Grund hierfür kann die

Einwirkung des Windes bei der Niederschlagsmessung sein (Abb. 39).

AWS 50

-0.002

0.003

0.008

0.013

0.018

04:00

04:10

04:20

04:30

04:40

04:50

05:00

05:10

05:20

05:30

05:40

05:50

06:00

Zeit [hh:mm]

Nie

de

rsch

lag

sin

ten

sitä

t [m

m/m

in]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Win

d [

m/s

]

AWS 40

-0.002

0.003

0.008

0.013

0.018

04:00

04:10

04:20

04:30

04:40

04:50

05:00

05:10

05:20

05:30

05:40

05:50

06:00

Zeit [hh:mm]

Nie

de

rsch

lag

sin

ten

sitä

t [m

m/m

in]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Win

d [

m/s

]

AWS 20

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

04:00

04:10

04:20

04:30

04:40

04:50

05:00

05:10

05:20

05:30

05:40

05:50

06:00

Zeit [hh:mm]

Nie

de

rsch

lag

sin

ten

sitä

t [m

m/m

in]

00.20.40.60.811.21.41.6

Win

d [

m/s

]

Abb. 39: Windgeschwindigkeit (Linie) in Korrelation zur Niederschlagsintensität (Balken) für AWS 50,

40 und 20 (von oben nach unten)

Ergebnisse

83

Die AWS 50 befindet sich auf einem freien Feld und ist im Gegensatz zu den anderen zwei

Stationen nicht windgeschützt. Zu Beginn des Regens ist die Windgeschwindigkeit an der AWS

50 um bis zu 0.8 m/s stärker als an der AWS 20. Diese Werte lassen darauf schließen, dass es an

der AWS 50 aufgrund der höheren Windgeschwindigkeit zu einer zeitlichen Verzögerung der

Messung kam. An der geschützten AWS 20 hingegen konnte ab Beginn des Regens das

Niederschlagwasser aufgefangen werden. Gegen diese These spricht die letzte Messung, die nicht

als erstes an der AWS 50, sondern an der AWS 20 eintritt. Auch hier ist das Einwirken von

Messfehlern nicht auszuschließen. Zu Messfehlern kann es durch eine Blockade im Totalisator

der AWS kommen, die verhindert, dass die Waage umkippt und es zur Aufzeichnung kommt

oder durch die Berührung eines Tieres an der AWS 20, die zu einer verfrühten Messung führt. Die

erhöhte Niederschlagsmessung an der AWS 20 könnte sich ebenfalls durch den Windschutz der

Bäume erklären lassen. Dagegen spricht jedoch die geringere Niederschlagsmessung an der AWS

40, an welcher wie bei der AWS 20 geringe Windgeschwindigkeiten während des Regens ge-

messen wurden. Auch hier liegt die Vermutung nahe, dass ein Tier einen zusätzlichen Impuls an

der Kippwaage ausgelöst hat.

An der Station 40 wird der Taupunkt niemals erreicht. Bei der getrennten Analyse der beiden den

Taupunkt definierenden Faktoren, der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit, kann

festgestellt werden, dass auf den gesamten Zeitraum bezogen die Lufttemperaturentwicklung an

den drei Standorten ähnlich verläuft (für Details und Abweichungen siehe Kapitel 3.3). An den

Tagen übersteigt jedoch die Lufttemperatur an Station 40 mehrmals die der anderen Stationen.

Beim Vergleich der drei Stationen bezüglich der relativen Luftfeuchtigkeit ist festzustellen, dass

Werte der AWS 40 fast durchgehend unter denen der beiden anderen Stationen liegen und den

Wert von 90 % nicht übersteigen. Insgesamt handelt es sich hier um einen trockenen Standort

mit Heide- und Grasvegetation. Die Wasserverfügbarkeit ist gering durch grundwasserfernen,

sandigen Untergrund. Niederschläge (in Form von Regen) werden kaum durch Vegetation

gehalten, sondern versickern schnell in den Untergrund. Im Gegensatz dazu ist AWS 50 ein

feuchter, grundwassernaher Standort, der zudem windgeschützt liegt. Die Tauentwicklung hält

dort länger an als an AWS 40, da der Anstieg der Lufttemperatur nach Sonnenaufgang (03:55 Uhr

GMT) langsamer verläuft, als am Sonnenexponierten Standort 50. Die Hypothese 2 kann somit

nur für die Stationen 20 und 50 bestätigt werden.


Bei der Auswertung der Daten aus dem Harzer Vorland konnte gezeigt werden, dass Gelände-

unterschiede sich auch in den klimatologischen Messungen widerspiegeln. So kann die Regen-

messung durch den Wind, aber auch durch die Exposition und die Vegetation beeinflusst werden

und trotz räumlicher Nähe, unterschiedliche Zeiträume der Messung aufweisen. Für die Tau-

entwicklung sind ebenfalls Klimaelemente entscheidend, aber auch Faktoren wie Boden-

beschaffenheit und Wasserverfügbarkeit. Für die fehleranfällige Messung von Regen wäre bei

zukünftigen Messungen ein längerer Zeitraum wünschenswert, damit die Hypothesen aus-

reichend belegt werden können. Die Taupunktermittlung wurde bei dieser Untersuchung nur

statistisch ermittelt, ein Drosometer zur Messung von Tau wäre interessant gewesen.


84

3.3 Vergleich der Lufttemperatur eines nord- und eines süd-

exponierten Standorts im Harzer Vorland

Cortina Feldmann, Cosima Seifert

Aus den Messdaten Automatischer Wetterstationen (AWS), die während einer studentischen

Exkursion im Naturschutzgebiets des Harzer Vorlands, dem ‚Rieseberger Moor‘ im Zeitraum vom

11.06.2012 - 14.06.2012 erhoben wurden, werden Vergleiche der Lufttemperatur eines nord- und

eines südexponierten Standorts vorgenommen. Der typische Tagesgang für die Nordhemisphäre

sowie standortspezifische Charakteristika durch Nord- und Südexponiertheit wurden untersucht

und dargestellt. Die dabei aufgetretenen Besonderheiten wurden genauer betrachtet.

3.3.1 Einleitung

Die Lufttemperatur beschreibt den Wärmezustand der Luft und kennzeichnet, laut LAUER &

BENDIX (2004), ihre mittlere kinetische Energie. Sie reagiert sehr empfindlich auf Relief, Boden,

Vegetation und anthropogene Einflüsse (HORBERT 2000: 49). Daher erweist sich die Untersuchung

dieser Größe als interessantes Thema im Rahmen der meteorologischen Messungen im

Rieseberger Moor.

Es gilt festzustellen, in wieweit der Standort der Messstation die Lufttemperatur beeinflusst.

Denn hierbei lässt sich die Wichtigkeit erkennen, beim Messen der Lufttemperatur auf den

geeigneten Standort zu achten (LAUER & BENDIX 2004: 75). Die Standorte der Stationen liegen

Luftlinie ca. 80 m voneinander entfernt. Es stellt sich die Frage, ob Lufttemperaturunterschiede

solch naher Messstationen zu erfassen sind und wenn ja, welche Ursachen diese haben.

Ziel soll es zum einen sein zu belegen, dass die Lufttemperatur eines südexponierten Standorts

stets höher ist, als die eines nordexponierten Standorts. Zum anderen soll der Verlauf des

Tagesgangs der Nordhemisphäre, wie er beispielsweise bei BENDIX (2004), HORBERT (2000), LAUER

& BENDIX (2004), sowie WEISCHET & ENDLICHER (2008) beschrieben wird, belegt werden. Denn die

klimatologische Charakteristik eines Standorts ist aus dem Tagesgang am besten herzuleiten

(HORBERT 2000: 49 f.).


Auf der Grundlage einer studentischen Exkursion im Zeitraum vom 11.06.2012 - 14.06.2012, wurden

im Naturschutzgebiet ‘Rieseberger Moor‘ an drei Standorten, die alle unterschiedliche Standort-

eigenschaften aufweisen, drei AWS aufgestellt. Genaueres zu den Standorten und dem speziellen

Aufbau sowie den einzelnen Geräten der AWS ist im Kapitel 2.7 nachzulesen. Unter dem

Gesichtspunkt, dass das gewählte Thema dieses Artikels der Vergleich der Lufttemperatur eines

nord- und eines südexponierten Standorts sein soll, wurden die Daten der Lufttemperatur der

Stationen 20 und 40 gewählt, da diese den Ansprüchen für die Bearbeitung der Fragestellung am

besten entsprechen (siehe Kapitel 2.7). Für die Auswertung wurden die ermittelten Daten der

Sensoren, welche in 1 m Höhe angebrachten wurden, verwendet, da diese auf Grund von z.B.

Umgebungseigenschaften und Untergrund aussagekräftiger für die Standortcharakteristika sind.

Ergebnisse

85

Um Abweichungen der einzelnen Geräte auszugleichen, wurde nach Testmessungen ein Gerät als

Referenz gewählt und alle Daten dementsprechend angepasst. Die genaue Vorgehensweise ist

Kapitel 2.7 zu entnehmen. Mit den korrigierten Werten wurden anschließend mit einem

Tabellenkalkulationsprogramm Stundenmittelwerte aller ermittelten Daten gebildet, mit denen

die Diagramme im folgenden Abschnitt erstellt wurden.

3.3.3 Ergebnisse

9

11

13

15

17

19

21

16:0

0

20:0

00:0

04:

008:0

012

:00

16:0

0

20:0

00:0

04:

008:0

012

:00

16:0

0

20:0

00:0

04:

008:0

012

:00

Zeit [hh:mm]

Te

mp

era

tur

[°C

]

(#1)

(#2)

Abb. 40: Tagesgang der Lufttemperatur der AWS 20 (grau) & AWS 40 (schwarz) vom 11.06.2012, 19:00

Uhr, bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr mit Phänomen (#1) & (#2)

Abb. 40 zeigt zunächst den Tagesgang der Lufttemperatur der AWS 20, sowie der AWS 40 vom

11.06.2012, 19:00 Uhr, bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr auf. Beginnend am 11.06.2012 nimmt zum

späten Abend und sich dem Sonnenuntergang nähernd, der Verlauf der Lufttemperatur beider

Stationen ab. Ein negativer Anstieg ist nach Sonnenuntergang zu verzeichnen. Um 03:00 Uhr,

kurz vor Sonnenaufgang, schwächt der negative Anstieg extrem ab und endet zwischen 03:00 Uhr

und 04:00 Uhr. Kurz vor Sonnenaufgang am 12.06.2012 (ca. 04.30 Uhr) ist ein Lufttemperatur-

minimum zu verzeichnen. Nach Sonnenaufgang ist die steilste Lufttemperaturänderung des

Tages festzustellen, denn von 05:00 Uhr bis 08:00 Uhr steigt die Lufttemperatur über 2 °C und

innerhalb von 2 Stunden, von 08:00 Uhr bis 10:00 Uhr, steigt die Lufttemperatur über 3 °C an. Ab

11:00 Uhr sind signifikante Unterschiede im Tagesverlauf der Lufttemperatur zwischen den beiden

Standorten zu beobachten. Die Lufttemperatur am Standort der AWS 40 steigt weiter linear an,

die der AWS 20 verzeichnet einen verzögerten Anstieg der Lufttemperatur. Das Lufttemperatur-

maximum wird nicht während des Sonnenhöchststands um die Mittagszeit erreicht, sondern

verzögert sich (siehe Kapitel 2.2). Die AWS 40 erreicht ihr Maximum um 15:00 Uhr, die AWS 20

erst um 18:00 Uhr.

Zwar sinkt die Lufttemperatur vom 11.06.2012 - 14.06.2012 insgesamt um etwa 2 °C, doch ähnliche

Tagesgänge zeigen sich auch an den folgenden Tagen. Der rascheste Anstieg der Lufttemperatur

ist bei beiden Stationen stets kurz nach Sonnenaufgang zu verzeichnen. Die Lufttemperatur der

AWS 40 steigt nach der Mittagsstunde immer noch weiter rasch an, während der Anstieg sich bei

AWS 20 stets verlangsamt und das Maximum von AWS 40 nie erreicht. Außerdem vergeht am

Standort der AWS 20 mehr Zeit bis das Maximum erreicht wird, als an der AWS 40. Um die


86

Beeinflussung von Wind auf die Lufttemperatur zu ermitteln, wurde das Streudiagramm der Abb.

41 erstellt. Es ergibt sich für AWS 20 sowie für AWS 40 eine sehr geringe bzw. so gut wie keine

Korrelation zwischen Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit. Die erreichten Windgesch-

windigkeiten reichen zur Beeinflussung der Lufttemperatur nicht aus. Gleiches wurde mit der

kurzwelligen Einstrahlung getan und hier zeigt sich, dass das R² beider Stationen eine Korrelation

von über 50 % ergibt (Abb. 42).

y = 1.7027x + 11.709

R2 = 0.2693

y = 10.024x + 9.3577

R2 = 0.4646

8

10

12

14

16

18

20

22

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Wind [m/s]

Te

mp

era

tur

[°C

]

Abb. 41: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr bis

zum 14.06.2012, 09:00 Uhr (AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)

y = 0.0143x + 12.468

R2 = 0.5581

y = 0.0109x + 12.599

R2 = 0.5166

8

10

12

14

16

18

20

22

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

kurzw. Einstrahlung [W/m²]

Te

mp

era

tur

[°C

]

Abb. 42: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr

bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr (AWS 20: grau,; AWS 40: schwarz)

Als besonderes Ereignis (#1) (siehe Abb. 40) fällt der 12.06.2012 in der Zeit von 16:30 Uhr bis 18:00

Uhr auf, denn hier liegt die Lufttemperatur der AWS 20, entgegen dem sonstigen Verlauf, bis zu

0,71 °C über der Lufttemperatur der AWS 40. Ein weiteres Phänomen (#2) zeigt sich ebenfalls am

12.06.2012 von 21:00 Uhr bis 22:00 Uhr. Hier weist die Kurve, welche zu dieser Zeit gerade einen

starken, negativen, linearen Anstieg aufweist, abrupt einen positiven Anstieg von bis zu 1,41 °C

auf.

Um diese Auffälligkeiten zu erklären, werden die Daten der Windgeschwindigkeit (Abb. 44)

sowie die Daten der kurzwelligen Einstrahlung (Abb. 43) herangezogen und mit der Luft-

temperatur in Bezug gesetzt. Es wird untersucht, in wieweit der Wind im betrachteten Zeitraum

Ergebnisse

87

die Lufttemperatur beeinflusst haben kann. Da zu diesem Zeitpunkt kein besonderes Wind-

ereignis zu verzeichnen ist, wird der Wind zur Erklärung des Phänomens (#1) nicht weiter be-

trachtet. Stattdessen werden die Werte der kurzwelligen Einstrahlung veranschaulicht und mit

der Lufttemperatur ins Verhältnis gesetzt (Abb. 43). Dabei zeigt sich, dass bei AWS 20 sich

erhöhende Strahlungswerte von 16:00 Uhr bis 17:00 Uhr abgebildet werden, die bei AWS 40 nicht

zu verzeichnen sind.

9

11

13

15

17

19

21

16:0

020

:00

0:00

4:00

8:00

12:0

016

:00

20:0

00:0

04:0

08:0

012

:00

16:0

020

:00

0:00

4:00

8:00

12:0

0

Zeit [hh:mm]

Te

mp

era

tur

[°C

]

0

100

200300

400

500

600700

800

900

Glo

ba

lstr

ah

lun

g [

W/m

²]

Abb. 43: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr

bis zum 14.06.2012, 09:00 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, kurzwellige Einstrahlung:

gestrichelte Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)

9

11

13

15

17

19

21

16:0

020

:00

0:00

4:00

8:00

12:0

016

:00

20:0

00:0

04:0

08:0

012

:00

16:0

020

:00

0:00

4:00

8:00

12:0

0

Zeit [hh:mm]

Te

mp

era

tur

[°C

]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Win

d [

m/s

]

Abb. 44: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19:00 Uhr bis

zum 14.06.2012 09:00 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, Windgeschwindigkeit: gestrichelte

Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz)

Diese Vorgehensweise wird auch für das Phänomen (#2) angewendet. Da zwischen 21:00 Uhr und

22:00 Uhr keinerlei Einstrahlung gemessen wurde, werden die Werte der Windgeschwindigkeit

herangezogen. Diese zeigen extreme Windstille von ca. 0,18 m/s (Abb. 44). Um dies zu erklären,

wurde die übergeordnete Wetterlage genauer betrachtet und dafür Wetterkarten des Deutschen

Wetterdienstes (DWD) herangezogen (siehe Kapitel 2.8). Anhand dieser zeigt sich folgendes

Ergebnis: eine Warmfront wurde an das Gebiet herangetragen und verursachte den zu verzeich-

nenden, für diese Uhrzeit ungewöhnlichen Lufttemperaturanstieg.


88

y = 0.9082x + 1.9159

R2 = 0.696

12

14

16

18

20

12 14 16 18 20Temperatur AWS 40 [°C]

Te

mp

era

tur

AW

S 2

0 [

°C]

Abb. 45: Lufttemperatur der AWS 20 (x-Achse) & AWS 40 (y-Achse)

3.3.4 Diskussion

Phänomen (#1) weist eine Überschreitung der Lufttemperatur von AWS 20 gegenüber der AWS

40 am 12.06.2012 von 16:30 Uhr bis 18:00 Uhr auf. Diese Besonderheit lässt sich durch die hohe

Einstrahlung mit einem Maximum von 451,72 W∙m-2 um 17:00 Uhr begründen (Abb. 43). Am

Standort der AWS 20, welcher grundsätzlich durch die Horizonteinschränkung, den angren-

zenden Wald und die Nordexponiertheit mehr vor Einstrahlung geschützt ist, ist gegen 16:30 Uhr

wahrscheinlich die Wolkendecke aufgebrochen. Der Sonnenstand war vermutlich schon so weit

fortgeschritten, dass die Horizonteinschränkung nicht mehr wirksam war. Der Standort der AWS

40 wird zu diesem Zeitpunkt schon durch die Waldkante im Schatten gestanden, und somit keine

direkte Einstrahlung mehr erfahren haben. Aus diesem Grund hat sich die Lufttemperatur des

Standorts der AWS 20 untypischerweise über die Lufttemperatur der AWS 40 erhoben. Nachdem

die Einstrahlung nach 17:00 Uhr wieder abnimmt, durch eine sich wieder schließende

Wolkendecke oder eine Horizonteinschränkung, sinkt die Lufttemperatur der AWS 20 ab 18:15

Uhr wieder und unterliegt ab 19:00 Uhr wieder der Lufttemperatur der AWS 40. Die Makroebene

hat hier erheblichen Einfluss auf die Lufttemperatur und unsere Messungen genommen.

Phänomen (#2) weist einen ungewöhnlichen Anstieg der Lufttemperatur von 21:00 Uhr bis 22:00

Uhr am 12.06.2012 auf. Der Grund hierfür ist die übergeordnete Wetterlage, der Durchzug einer

Warmfront. Dies ist anhand der Wetterkarten des DWD (siehe Kapitel 2.8) zu erkennen, aber

auch bei der Gegenüberstellung der Lufttemperatur mit der Windgeschwindigkeit (Abb.44). Ab

20.30 Uhr ist ein starker Rückgang der Windgeschwindigkeit zu verzeichnen mit Tiefpunkt um

22:00 Uhr. Dort beträgt die Windgeschwindigkeit 0,17 m/s. Der Mittelwert der Windgeschwindig-

keit aller gemessenen Werte über den gesamten Zeitraum liegt bei 1,13 m/s und das Maximum bei

2,67 m/s. Dies verdeutlicht das enorme Minimum. Durch diesen starken Rückgang der Windge-

schwindigkeit lässt sich ebenso ein Rückschluss auf eine Warmfront ziehen, da eine typische

Eigenschaft dieser ist, Windstille mit sich zu bringen bzw. zu verursachen (LAUER & BENDIX 2004:

93, Kapitel 2.8).

Der verlangsamte Anstieg der Lufttemperatur der AWS 20, während die der AWS 40 weiter rasch

steigt, lässt sich auf die Nordexposition und der damit schwächeren Beeinflussung durch Ein-

Ergebnisse

89

strahlung zurückführen (Abb.42). Abb. 41 verdeutlicht die Zeitverzögerung der Einstrahlung

zwischen AWS 20 und AWS 40. Die Phase der Einstrahlung beginnt am Standort der AWS 40

stets zum einen eher, und ist zum anderen auch noch stärker und verursacht somit, dass die

Lufttemperatur schneller und höher steigt.

Abb. 40 zeigt, dass es sich im Grunde um, ähnlich wie durch BENDIX (2004), HORBERT (2000),

LAUER & BENDIX (2004), sowie WEISCHET & ENDLICHER (2008), beschriebene Tagesgänge handelt.

Die aufgestellte Hypothese, der Tagesgang eines südexponierten Standorts sei stets höher als der

eines nordexponierten Standorts, zeigt sich bei den durchgeführten Messungen besonders in der

Tagesmitte. Aus diesem Grund wurde in Abb. 45 eine Trendlinie für die Lufttemperaturen über 13

°C der AWS 20 und AWS 40 erstellt. Dabei zeigt sich eine Differenz von 1,92 °C, welche die

aufgestellte Hypothese bestätigt.

Im Bezug zu Wind und Globalstrahlung zeigt sich, dass deutliche mikroklimatische Unterschiede

zwischen der AWS 20 und 40 bestehen. Zudem weist der Tagesgang deutliche Abweichungen wie

Phänomen (#1) und (#2) auf. Es gibt ebenso Ansätze zum Thema Beeinflussung des Standortes

durch Pflanzenbedeckung bzw. Heizwirkung des Untergrunds durch Pflanzen und deren Einfluss

auf das Mirkoklima, diese gehen aber über den Umfang der Arbeit hinaus. Hinweise dazu in

Kapitel 2.4.


Die Messungen im Harzer Vorland haben das gesetzte Ziel der Beantwortung der Fragestellung

erreicht und interessante Ergebnisse mit sich gebracht. Denn auf so kurze Distanz sind Unter-

schiede der Lufttemperatur und der Standortcharakteristika aufgetreten. Dieses Ergebnis kann

von großer Bedeutung für beispielsweise das Flächenmanagement und den Naturschutz bzw. den

Schutz der Biodiversität sein. Denn wenn für das Gebiet ein Flächenschutzkonzept z.B. zu einer

Feuchtwiese entwickelt wird, würde der andere Standort mit heideartiger Vegetation dabei

vollkommen vernachlässigt werden. Das Wissen über klimatologische Prozesse ist demnach auch

wichtig für Landschaftsplaner und Landschaftsarchitekten, die aus diesem Wissen über das

Element Lufttemperatur für ihre zukünftige Arbeit profitieren, und es berücksichtigen können.

Beispielsweise über den Zusammenhang mit Wind, der eine entscheidende Größe für Austausch-

prozesse der Luft darstellt (HORBERT 2000: 38 ff.). Bei der Planung eines Gebiets sollte dabei auf

Bebauung, Schneisen etc. geachtet werden. Ebenso muss der Untergrund und die Exponiertheit

beachtet werden, denn auch die Globale Strahlung hat Einfluss auf die Lufttemperatur und somit

auf das daraus resultierende Mikroklima. Dass die übergeordnete Wetterlage immer prägenden

Einfluss hat, ist auch eine bezeichnende Erkenntnis, die nicht zu vernachlässigen ist. Doch trotz

Einfluss der Großwetterlage haben sich die erwarteten, typischen Charakteristika der Standorte

aufzeigen und beweisen lassen. Hilfreich für die Aussagekraft der von unseren Messungen

erhaltenen Ergebnisse wäre allerdings eine Messung über einen längeren Zeitraum, die auch

verschiedene Jahreszeiten umschließt.


90

3.4 Einfluss von Wind auf die bodennahe Lufttemperatur

Michael Kachniz, Sebastian Seyffert

Vier Tage lang wurden im Juni 2012 in einem Gebiet des Harzvorlandes Messdaten erfasst, mit

denen der Einfluss von Wind auf die bodennahe Lufttemperatur untersucht wurde. Hierbei wird

der Schwerpunkt auf die Betrachtung der Nächte zwischen 22:00 Uhr und 03:00 Uhr, von drei

unterschiedlichen Standorten, gelegt. Unter Verwendung graphischer Darstellungen werden die

Gemeinsamkeiten und Unterschiede als Ergebnisse dargestellt.

Durch die Untersuchung wurde der Zusammenhang von Windgeschwindigkeiten bis 3,7 m/s auf

die bodennahe Lufttemperatur nicht deutlich. Im Gegensatz dazu konnte der Einfluss der

Makroskala aufgezeigt werden.

3.4.1 Einleitung

Wie allgemein gültig gesagt werden kann, sind der Wind und Lufttemperatur T zwei voneinander

abhängige Klimaelemente. Infolge thermisch bedingter Luftdruckunterschiede strömt Luft aus

einem Gebiet mit hohem Druck in Gebiete mit niedrigerem Druck, um einen Ausgleich der

Druckdifferenz zu erzielen. Es entsteht Wind, der durch die Topografie und Vegetation weiter

beeinflusst wird. Das kann zu einer Abnahme der Windgeschwindigkeit WG führen, die ca. 20 %

bis 30 % gegenüber dem unbeeinflussten Wind beträgt (ZENGER 1998: 159).

Die Hauptmotivation des Papers beläuft sich auf die These, dass Wind einen Einfluss auf die

Lufttemperatur hat und zu einer Durchmischung von dieser in der vertikalen Ebene führt

(FLEMMING 1991: 168). Durchmischung bedeutet, dass es zu keiner Differenz zwischen TB und TT

kommt. Diese Durchmischung spielt im geländeklimatologischen Bereich eine entscheidende

Rolle, weil dadurch Inversionswetterlagen aufgelöst werden und Frischluft aus Bodennähe in

obere Luftschichten transportiert wird, die dann an andere Orte gelangt. Inversionswetterlagen

liegen vor, wenn die Umgebungsluft geschichtet ist und die Lufttemperatur mit der Höhe

zunimmt (LAUER & BENDIX 2004: 90). In diesem Zusammenhang sollen durch die Auswertung der

AWS-Daten Aussagen getroffen werden, ob Windstärken bis zu einer Windgeschwindigkeit von

5,3 m/s (nach KOHLENBERG 2008) die Lufttemperatur zwischen 1 m und 3m Höhe durchmischen

und welche Rolle dabei die Windrichtung WR spielt. Die Auswertung umfasst, bedingt durch das

Datenmaterial keine Windstille und W über 3,7 m/s, wodurch hierzu keine Aussagen getroffen

werden können. Außerdem ist zu vermuten, dass die unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten

der Standorte (siehe Kapitel 2.7) die Messdaten mit beeinflussen.

Im folgenden Abschnitt wird näher auf die Messwerte eingegangen und wie sie für die Analyse

bearbeitet wurden.


Damit bei der Untersuchung der Lufttemperaturänderungen durch Wind beeinflusste Größen

von vornherein möglichst ausgeschlossen werden, wird die ergebnisorientierte Untersuchung nur

mit den Messwerten der TT, TB, WG und WR von 22:00 Uhr bis 03:00 Uhr in der Nacht stattfinden.

Ergebnisse

91

In diesem Zeitraum maßen die Pyranometer an allen drei Standorten keine Globalstrahlung,

sodass hier der Einfluss der Globalstrahlung auf die Lufttemperaturänderung ausgeschlossen ist.

Des Weiteren fand eine stündliche Mittlung der zu untersuchenden Messwerte statt. Somit sind

die zu betrachtenden Abb. aus sieben Messwerten aufgebaut. Dazu zählen neben den Messwerten

für 22:00 Uhr und 03:00 Uhr die Mittelwerte jeder Stunde.

Auf die Verwendung der Mittelwerte wurde beim Erstellen der Windrosen, die mit dem Software-

Paket R erstellt wurden, jedoch verzichtet. Der Grund dafür ist die schlechte und ungenaue

Darstellung der Windrichtung aus nur sieben Messwerten.

Bei der Analyse der Messwerte wird auf die Lufttemperaturdifferenzen TD zwischen der unteren

Lufttemperatur TB und der oberen Lufttemperatur TT eingegangen, für die sich bei der

Berechnung folgende Formel ergibt:

TD= TT –TB (32)

Nachfolgend werden nun die Ergebnisse dargestellt, auf denen die anschließende Diskussion

beruht.

3.4.3 Ergebnisse

Der Vergleich der drei AWS in Abb. 46. ergibt, dass jeder Standort im gleichen Zeitraum

unterschiedliche TD aufweist. Das Maximum der TD von 1,59 K wurde in der Nacht vom 12.06. zum

13.06. um ca. 00:50 Uhr am Standort AWS 40 erreicht, wohingegen ein Minimum der TD am

Standort der AWS 20 in der Nacht vom 11.06. zum 12.06. von 0,15 K gemessen wurde. Außerdem

änderte sich die TD dort zum Teil innerhalb einer Nacht kaum, bis hin zu einer Differenz von 0,72

K. Des Weiteren ist erkennbar, dass sich am Standort der AWS 50 innerhalb von drei Nächten die

TD ähneln, am Standort der AWS 40 jedoch unterscheiden sie sich zum Teil stark voneinander. TB

und TT waren zu keinem Zeitpunkt gleich.

Die TD der Nächte vom Standort AWS 40 waren im Gegensatz zu den TD der anderen Standorte

durchgängig negativ.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

22:0

022

:30

23:0

023

:30

0:00

0:30

1:00

1:30

2:00

2:30

3:00

Zeit [hh:mm]

TD

[K

]

AWS 20


92

-1.7

-1.5

-1.3

-1.1

-0.9

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

22:0

022

:30

23:0

023

:30

0:00

0:30

1:00

1:30

2:00

2:30

3:00

Zeit [hh:mm]

TD

[K

]

AWS 40

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

22:0

022

:3023

:00

23:30 0:0

00:3

01:0

01:3

02:

002:

303:00

Zeit [hh:mm]

TD

[K

]

AWS 50

Abb. 46: TD der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20, 40 und 50 (von oben nach unten)

(1. Nacht: schwarz, 2. Nacht: grau und 3. Nacht: gepunktet)

In Abb. 47. ist erkennbar, dass in allen Nächten an der AWS 40 Windgeschwindigkeiten unter 0,7

m/s herrschten. Der Standort der AWS 20 wies Windgeschwindigkeiten zwischen 0,18 m/s und 2,1

m/s auf, die TB war jedoch immer niedriger, wie Abb. 46 (oben) zeigt. Des Weiteren wird

ersichtlich, dass in der ersten Nacht bei geringer WG nur eine minimale Änderung der TD vorkam

(vgl. Abb. 46 und Abb. 47 für AWS 20). In der zweiten Nacht geht ab 0 Uhr ein Abfall der TD von

0,44 K mit einem Anstieg der WG um 1,1 m/s einher. In der dritten Nacht hingegen ändert sich die

Windgeschwindigkeit zwischen 23:30 Uhr und 01Uhr um 0,2 m/s, die TD aber um 0,71 K.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

22:0

022

:30

23:0

023

:30

0:00

0:30

1:00

1:30

2:00

2:30

3:00

Zeit [hh:mm]

WG

[m

/s]

AWS 20

Ergebnisse

93

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

22:0

022

:30

23:0

023

:30

0:00

0:30

1:00

1:30

2:00

2:30

3:00

Zeit [hh:mm]

WG

[m

/s]

AWS 40

Abb. 47: WG der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20 (oben) und die AWS 40 (unten)

(1. Nacht: schwarz, 2. Nacht: grau und 3. Nacht: gepunktet)

Bei der Windrichtung ist festzustellen, dass die Luft in der zweiten Nacht konstant aus westlicher

Richtung an die AWS 20 herangeführt wurde, eine Änderung der TD aber kaum stattfand (vgl.

AWS 20 in Abb. 46 und Abb. 48). In der dritten Nacht strömte die Luft bis 23:30 Uhr ausschließ-

lich aus Westen und die TD nahm leicht zu. Ab 23:30 Uhr strömte der Wind aus östlicher

Richtung (Abb. 49) und die TD nahm stark ab.

c.2

N

S

EW

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

0.063 - 0.33

0.33 - 0.66

0.66 - 0.99

> 0.99

m/s

Abb. 48: Windrose für die 2. Nacht an der AWS 20. Windgeschwindigkeiten über 1 m∙s-1

in dunkelgrau,

Windgeschwindigkeiten unter 1 m∙s-1

in hellgrau

Abb. 49: Windrosen für die 3. Nacht an der AWS 20. 22:00 - 23:30 Uhr (links) und 23:30 - 03:00 Uhr

(rechts). Alle Windgeschwindigkeiten lagen unter 0,7 m∙s-1

c.3.1

N

S

EW

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

0.042 - 0.33

0.33 - 0.66

0.66 - 0.99

> 0.99

m/s

c.3.2

N

S

EW

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

0.023 - 0.33

0.33 - 0.66

0.66 - 0.99

> 0.99

m/s


94

Bei der Analyse der Messdaten in der 1. Nacht am Standort AWS 50 wurde festgestellt, dass WG

und TD bis kurz nach 23:30 Uhr zu nahmen (Abb. 50). Die TD blieb dann bis 01:30 Uhr fast gleich

und die WG schwankte zwischen 1,7 m/s und 2,2 m/s. Ab 01:30 Uhr nahm die WG ab und die TD zu.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

22:0

022

:30

23:0

023

:30

0:00

0:30

1:00

1:30

2:00

2:30

3:00

Zeit [hh:mm]

WG

[m

/s]

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

TD

[K

]

Abb. 50: Verlauf der WG (gepunktet) und der TD (durchgezogen) am Standort der AWS 50 in der 1.

Nacht (vom 11.06.2012 auf den 12.06.2012)

3.4.4 Diskussion

Bei der Betrachtung der Ergebnisse ist deutlich geworden, dass an jedem Standort die

Lufttemperatur durch eine Größe beeinflusst wurde. Zum einen kann gesagt werden, dass am

Standort AWS 20 und AWS 50 nächtliche Inversionswetterlagen vorherrschen, da TT stets höher

als TB war. Zum anderen wird festgestellt, dass Windgeschwindigkeiten bis zu 3,7 m/s eine

Inversionswetterlage innerhalb des betrachteten Zeitraums nicht auflösen konnten. Das bedeutet,

dass schwache Briesen (nach KOHLENBERG 2008) die Lufttemperatur nicht durchmischen. Des

Weiteren kann gesagt werden, dass eine bestimmte WG keine Bestimmungsgröße für eine

bestimmte Differenz der bodennahen Lufttemperatur ist. Erkennbar in den Abb. 46 und 47 (für

AWS 50), da sich während der zweiten und dritten Nacht die Windgeschwindigkeiten sehr stark

unterschieden, die Temperaturdifferenzen jedoch annähernd gleich waren.

Auch wenn die dritte Nacht von AWS 20 und die zweite Nacht von AWS 50 aufzeigen, dass in

diesen Nächten eine Zunahme der WG mit der Abnahme der TD einhergeht, die Korrelation von

WG zu TD am Beispiel dieser Nacht zeigt, dass ein Zusammenhang beider Größen nicht besteht,

da sich die Messdaten beider Größen nicht annähernd an der gemeinsamen Trendlinie befinden

und somit der Wind nicht zu der Änderung der Temperaturdifferenz führte. Wird die zweite und

dritte Nacht an AWS 20 interpretiert, kann die WR als ein wichtiger Einflussfaktor auf die

bodennahe Lufttemperatur bestimmt werden, wobei die transportierte Luft eine wichtige Rolle

spielt. Wie im Ergebnisteil beschrieben, änderte sie die TD bei gleicher Windrichtung kaum. In

der dritten Nacht herrschten Westwinde und Ostwinde vor und die TD nahm ab 23:00 Uhr stark

ab. Zieht man hier die übergeordnete Wetterlage hinzu, kann ein Zusammenhang hergestellt

werden. In der dritten Nacht wurden wie in der zweiten Nacht auf der Makroebene gleich

Ergebnisse

95

temperierte Luftmassen von Westen her über das Untersuchungsgebiet nach Osten hin geführt

(siehe Kapitel 2.8). In der zweiten Nacht und anfangs der dritten Nacht änderte die herangeführte

Luft die TT und TB gleichmäßig, wodurch sich die TD kaum änderte. Als sich in der dritten Nacht

nur die WR ab 00:00 Uhr änderte (WG blieb gleich), fiel der Einfluss der Großwetterlage weg und

kühlere Luftmassen wurden an den Standort herangetragen. Die kühleren Luftmassen

entsprachen eher denen der TB, sodass die TT davon stärker beeinflusst wurde, was sich somit auf

das Mikroklima auswirkte und die TD abfallen ließ.


Sich bewegende Luftmassen haben Einfluss auf die bodennahe Lufttemperatur. Jedoch ist dieser

bei einem Höhenunterschied von 2 m in Bodennähe nur minimal bis kaum ersichtlich, solange

die WG betrachtet wird. Die Analyse wird hierbei auch durch unterschiedliche Standorte und

deren Bodeneigenschaften erschwert. Wird durch den Wind aber eine unterschiedlich

temperierte Luftmasse an den Messstandort geführt, so ist der Einfluss stark deutlich. Ab welcher

Windstärke der Wind zu einer Durchmischung der bodennahen Lufttemperatur führen würde,

konnte mit den vorliegenden Messdaten nicht herausgefunden werden. Aus diesem Grund

können hier keine Aussagen getroffen werden. Konkretere Aussagen über den Einfluss von Wind

auf die bodennahe Lufttemperatur könnten möglicherweise getroffen werden, wenn eine

Windgeschwindigkeitsmessung auch auf der Ebene des unteren Lufttemperatursensors gemessen

wird und an allen Standorten die gleiche Bodenbeschaffenheit vorliegt.


96

3.5 Untersuchung mikroklimatischer Unterschiede in der

Bowen Ratio

Christian Rüll, David Aerni, Lukas Merkel

Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit der Untersuchung standortspezifischer, mikroklima-

tischer Unterschiede anhand der Bowen Ratio. Um die verschiedenen Energieumsatzprozesse in

der bodennahen Luftschicht zu untersuchen, wurden zwei räumlich nahegelegene, sich in den

Eigenschaften deutlich voneinander unterscheidende Standorte gewählt. Der Messzeitraum

erstreckte sich über drei Tage, vom 11.06.12 bis zum 14.06.12. Für die detaillierte Betrachtung der

Bowen Ratio wurde ein Zeitfenster von 05:00 Uhr bis 18:00 Uhr am 12.06.12 ausgewählt.

Als Ergebnis dieser Arbeit werden die Unterschiede in der Bowen Ratio, sowie in den Größen, die

zur Berechnung dieser notwendig sind, dargestellt. In diesem Zusammenhang konnte ein er-

heblicher Einfluss der Globalstrahlung auf die Bowen Ratio festgestellt werden.

3.5.1 Einleitung

Für die meteorologischen Messungen im Gebiet des Rieseberger Moors erwies sich die Bowen

Ratio als ein interessantes Untersuchungsthema. Mit Hilfe dieser Größe kann eine Vielzahl an

Prozessen nachvollzogen werden. Die Standorte, an welchen die Automatischen Wetterstationen

(AWS) aufgestellt wurden, weisen starke Unterschiede sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer

Umgebung auf (siehe Kapitel 2.7). Daher ist es zu erwarten, diese mit den Messreihen aufzu-

zeigen und die standortspezifischen Charakteristika nachzuweisen.

Die Erdoberfläche dient der Umsetzung von Sonnenenergie in Wärmeenergie. Die dabei ent-

stehenden Wärmeformen sind in Kapitel 2.6 genauer dargestellt. Die Bowen Ratio stellt das

Verhältnis vom sensiblen zum latenten Wärmestrom dar. Sind beide Ströme ausgeglichen,

beträgt der Wert der Bowen Ratio 1. Überwiegt der sensible Wärmestrom, kommt ein Wert der

Bowen Ratio von über 1 zustande. Dominiert der latente Wärmestrom, ist der Wert kleiner als 1.

Kehrt sich die Richtung der Wärmeströme um, entstehen negative Werte (WEISCHET 2008: 99 ff.).

Durch die Verdunstung von Wasser entsteht latente Wärme. Bei der Aggregatszustandsänderung

des Wassers von flüssig zu gasförmig wird Energie in Wasserdampf gespeichert. Dabei erhöht sich

die Lufttemperatur nicht. Dadurch wird sie auch als versteckte Wärme bezeichnet (BENDIX 2004:

77 f.). Im Gegensatz dazu ist die sensible Wärme direkt fühlbar. Sie beschreibt die Erwärmung der

Luft und damit den Anstieg der Lufttemperatur (BENDIX 2004: 75 f.).

Das bedeutet, dass sich die Entstehung von latenter und sensibler Wärme in der Betrachtung von

Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur nachvollziehen lassen. Diese Größen werden zur Berech-

nung der Bowen Ratio benötigt und stellen damit wichtige Parameter dar.

Die Hypothesen für die Untersuchungen gliedern sich in die folgenden zwei Kernpunkte:

1. An einem bodenfeuchten Standort wird mehr Energie in Form von latenter Wärme frei als an

einem bodentrockenen Standort, da hier mehr Wasser für die Verdunstung zur Verfügung

steht (BENDIX 2004: 79).

Ergebnisse

97

2. Durch die verschiedenen Ausrichtungen der Standorte fällt die Globalstrahlung

unterschiedlich stark ein (HÄCKEL 2005: 334). Wir erwarten daher, dass sich die Bowen Ratio

im Tagesgang unterschiedlich entwickelt. An Standorten die eine Horizontüberhöhung gegen

Osten haben, entwickelt sich die Bowen Ratio am Morgen verzögert. An Standorten mit einer

Horizontüberhöhung gegen Westen, baut sich die Bowen Ratio am Abend schneller ab.

Auf Grund dieser Hypothesen sollte ein überwiegend trockener und ein sehr feuchter Standort

ausgewählt werden, um eine nachvollziehbare Interpretation gewährleisten zu können.


Bevor eine genauere Ausführung der Methode dieser Arbeit stattfindet, wird geklärt, wie die

Bowen Ratio berechnet wird. Zur Berechnung des sensiblen und des latenten Wärmestroms

werden die vertikalen Gradienten der absoluten Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur ver-

wendet. Das heißt, die Differenz zwischen zwei Sensoren auf unterschiedlicher Höhe.

Ausgehend von der Formel zur Berechnung der Bowen Ratio (nach BENDIX 2004: 221, 261 ff.) soll

zunächst aufgezeigt werden, wie die benötigten Größen aus den Daten, die mit den AWS

gemessen wurden, berechnet werden können. Um die jeweiligen Parameter und die Bowen Ratio

zu berechnen, wurden Stundenmittelwerte der gemessenen Werte gebildet, um eine zu starke

Schwankung der Werte zu vermeiden und eine angemessene Interpretierbarkeit zu gewähr-

leisten.

Die Bowen Ratio B wird mit folgender Formel berechnet:

BCa

LvT

a (33)

Dabei ist: VL = spezifische Verdunstungswärme [J∙kg-1], aC = Wärmekapazitätsdichte der Luft

[J∙m-3∙K-1], ΔT = Differenz der Lufttemperatur (3 m - 1 m) [K], Δ a = Differenz der absoluten

Luftfeuchtigkeit (3 m - 1 m) [g∙m-3]

Die Wärmekapazitätsdichte aC und die spezifische Verdunstungswärme VL werden aus der

Lufttemperatur T [°C] folgendermaßen berechnet:

TTCa 5106463585,10047219538,02754298,11005 (34)

610)002372,05008,2( TLV (35)

Die absolute Luftfeuchtigkeit a kann aus dem Dampfdruck e und der Lufttemperatur T [°C] wie

folgt berechnet werden:

T

ea

21668,0 (36)

Der Dampfdruck wiederum kann aus dem Sättigungsdampfdruck E und der relativen Luft-

feuchtigkeit r ermittelt werden:

100

rEe (37)


98

Der Sättigungsdampfdruck E wird mit der Formal nach MAGNUS berechnet:

TbTaE /101078,6 (38)

Dabei ist: T = Lufttemperatur [°C], a = 7.5 (über Wasser) und b = 235 (über Wasser)

Wie in den Hypothesen erläutert, gilt es zwei möglichst unterschiedliche Standorte miteinander

zu vergleichen. Dafür werden im Folgenden die standortspezifischen Eigenschaften der drei AWS

20, 40 und 50 beschrieben. Die Grundlage für die Beschreibung der Standorte ist das Kapitel 2.7.

Der Standort der AWS 20 befindet sich auf einer Feuchtwiese am Waldrand, die gekennzeichnet

ist durch üppige Vegetation mit vielen Feuchtezeigern und hohem Gehölzbestand bis an die

Station heran. Durch die Gehölze ergibt sich eine große Horizontüberhöhung hauptsächlich

gegen Süden und Osten. Dadurch entsteht eine nordwestexponierte Lage. Aus diesen Gründen

zeigt die AWS 20 im Mittel über den ganzen Messzeitraum sowohl die höchsten absoluten

Luftfeuchtigkeitswerte, als auch die niedrigsten Lufttemperaturwerte (Tab. 6). Auf Grund dieser

speziellen Charakteristika wird die AWS 20 als erste Vergleichsstation ausgewählt.

AWS 20 AWS 40 AWS 50

absolute Luftfeuchtigkeit [g/m³] 10,07 9,99 9,97

Lufttemperatur [°C] 13,75 13,80 13,96

Tab. 6: Über den gesamten Messzeitraum gemittelten Werte der absoluten Luftfeuchtigkeit und der

Lufttemperatur

Die AWS 40 steht in einer Heidelichtung auf sandigem Boden. Die Vegetation ist geprägt von

Trockenzeigern und Gehölzen, die insbesondere im Norden nahe an der Station stehen. Dadurch

entsteht eine südexponierte Lage. Zwischen der AWS 40 und 20 ist die Temperaturdifferenz

größer als zwischen AWS 50 und 20 (Tab. 7). Außerdem liegen die Stationen 20 und 40 sehr nahe

beieinander, was die Untersuchung von Differenzen noch interessanter macht.

|Δ AWS 20 - AWS40| |Δ AWS 20 - AWS 50|

Absolute Luftfeuchtigkeit [g/m³] 0,35 0,52

Lufttemperatur [°C] 1,55 0,32

Tab. 7: Betrag der Differenz der über den gesamten Messzeitraum gemittelten Werte (absolute Luft

feuchtigkeit, Lufttemperatur) zwischen den AWS 20 und 40 sowie 20 und 50

An der AWS 50 herrschen ebenfalls trockene Bedingungen vor. Die Fläche ist bedeckt von einer

Trockenrasenvegetation und es gibt kaum eine Horizontüberhöhung. Die absolute

Luftfeuchtigkeit ist über den gesamten Messzeitraum im Mittel am niedrigsten (Tab. 7).

Das einzige Argument die AWS 50 für einen Vergleich mit AWS 20 zu wählen, ist die größte

Differenz dieser beiden Stationen in den Werten der absoluten Luftfeuchtigkeit (Tab. 7). Alle

anderen Vergleichseigenschaften sprechen für AWS 40. Daher fällt die Entscheidung auf einen

Vergleich zwischen AWS 20 und 40. Die wichtigsten standortspezifischen Eigenschaften dieser

beiden Stationen sind in Tab. 8 einander gegenübergestellt.

Ergebnisse

99

AWS 20 AWS 40

Bodenverhältnisse anmooriger Boden sandiger Boden

Vegetation Birkenbruchwald, Feuchtwiese offene Heidefläche, Kiefern-

bestand

Wasserverhältnisse Feucht trocken

Exposition Nordwesten Süden

Tab. 8: Zusammenfassung der standortspezifischen Eigenschaften der AWS 20 und 40

Der fühlbare und latente Wärmestrom entsteht hauptsächlich durch Turbulenzen, die für eine

vertikale Durchmischung der Luft sorgen und somit Wärmeenergie transportieren. Bei Windstille

wird dies durch konvektive Vorgänge gewährleistet (BENDIX 2004: 74 f.). Bei zu hohen Windge-

schwindigkeiten werden die Differenzen der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur zwischen den

AWS ausgeglichen. Dies würde eine Untersuchung standortspezifischer Eigenschaften erschwe-

ren. Daher sollte zur Berechnung der Bowen Ratio ein Zeitraum ausgesucht werden, in dem

geringe Windgeschwindigkeiten vorherrschen.

Die Globalstrahlung ist die Energie, die in Form von kurzwelliger Strahlung auf die Erdoberfläche

gelangt. Dort wird die Strahlungsenergie in kinetische Energie umgewandelt. Dadurch erhöhen

sich unter anderem die Lufttemperatur, also die mittlere kinetische Energie des Gasgemisches

Luft und die Wahrscheinlichkeit dass sich Wassermoleküle aus dem Verbund lösen, also Ver-

dunstung stattfindet (WEISCHET & ENDLICHER 2008: 161).

Daraus ergibt sich, dass die Globalstrahlung auf die Größen, die zur Berechnung der Bowen Ratio

gebraucht werden, einen erheblichen Einfluss hat. Um die charakteristische Entwicklung der

Bowen Ratio sichtbar zu machen, sollte ein Zeitfenster ausgewählt werden, in dem die Global-

strahlung gleichmäßig ansteigt und hohe Werte erreicht.

Da die AWS 50 die geringste Horizontüberhöhung aufweist, entsprechen die gemessenen Daten

der großräumigen Wetterlage am ehesten. Somit werden Wind und Globalstrahlung kaum von

standortspezifischen Eigenschaften beeinflusst. Daher werden zur Bestimmung des Zeitfensters

die Messwerte dieser Station verwendet.

In Abb. 51 ist der Verlauf der Windgeschwindigkeit und der Globalstrahlung für den gesamten

Messzeitraum der Exkursion dargestellt. Die zuvor beschriebenen Voraussetzungen treffen am

12.06.12 für den Zeitraum von 05:00 Uhr bis 18:00 Uhr am ehesten zu. Die Globalstrahlung ent-

wickelt sich sowohl am 12.06.12 als auch am 13.06.12 den Anforderungen entsprechend. Der Wind

fällt jedoch am 12.06.12 etwas geringer aus.


100

0

100

200

300

400

500

600

700

20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00

Zeit [hh:mm]

Glo

ba

lstr

ah

lun

g [

W/m

²]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Win

d [

m/s

]

Abb. 51: Verlauf der Globalstrahlung (durchgezogen) und der Windgeschwindigkeit (gepunktet) an der

AWS 50 vom 11.-14. Juni 2012

3.5.3 Ergebnisse

Nachfolgend werden die Verläufe der absoluten Luftfeuchtigkeit, der Lufttemperatur und der

Bowen Ratio im ausgewählten Zeitfenster für jeweils beide AWS dargestellt.

10

11.5

13

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:0

011:

0012

:00

13:0

014

:00

15:0

016

:00

17:0

018

:00

Zeit [hh:mm]

ab

solu

te L

uft

feu

chti

gk

eit

[g

/m³]

-1

0

1

Dif

fere

nz

AW

S 4

0-2

0

Abb. 52: Verlauf der absoluten Luftfeuchtigkeit an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet)

sowie der Differenz der absoluten Luftfeuchtigkeit (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20)

vom 12. Juni 2012

Im Verlauf der absoluten Luftfeuchtigkeit (Abb. 52) ist zu sehen, wie die Werte beider Stationen

nach dem Sonnenaufgang um 04:55 Uhr (METEOBLUE 2012) zunächst stark ansteigen. Danach

nehmen beide Werte bis in die frühen Mittagsstunden kontinuierlich zu. Das Maximum wird an

der AWS 40 um 10:00 Uhr erreicht und an der AWS 20 eine Stunde verzögert. Bis in die späten

Nachmittagsstunden ist die absolute Luftfeuchtigkeit an der AWS 40 durchgehend größer. Um

15:00 Uhr jedoch beginnt sie an der AWS 20 wieder leicht anzusteigen, während sie an der AWS

40 weiter fällt. Aus diesem Grund ist die absolute Luftfeuchtigkeit um 16:00 Uhr an der AWS 20

einmalig höher, das heißt die Differenz ist negativ.

Ergebnisse

101

0

1

2

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:0

011:

0012

:00

13:0

014

:00

15:0

016

:00

17:0

018

:00

Zeit [hh:mm]

Bo

we

n R

ati

o

-1.2

0

1.2

Dif

fere

nz

AW

S 4

0-2

0

Abb. 53: Verlauf der Bowen Ratio an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) sowie der

Differenz der Bowen Ratio (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012

An der AWS 20 steigt die Bowen Ratio um 05:00 Uhr kurz stark an und fällt danach auf den

Tiefststand (Abb. 53). Von 07:00 Uhr an beginnen die Werte der beiden Stationen zu steigen. Die

Bowen Ratio der AWS 40 steigt schnell an und erreicht das Maximum um 11:00 Uhr. Direkt nach

dem Maximum beginnt der Wert kontinuierlich zu fallen und erreicht gegen 16:00 Uhr

Tiefstwerte in der Größenordnung der frühen Morgenstunden. Bei der AWS 20 steigt der Wert

der Bowen Ratio bis in die Abendstunden stetig an und erreicht um 17:00 den Höchstwert. Nach

dem kurzzeitigen Hochpunkt der Bowen Ratio an der AWS 20 kurz nach Sonnenaufgang, ist die

Differenz tagsüber positiv, das heißt der Wert an der AWS 40 ist größer als der an der AWS 20.

Um 16:00 Uhr kehrt sich die Differenz um.

3.5.4 Diskussion

Um zu klären, ob sich die aufgestellten Hypothesen bestätigen, ist eine detaillierte Betrachtung

des Verlaufs der Bowen Ratio notwendig. Diese nimmt an beiden AWS größtenteils Werte

zwischen 0 und 1 an (Abb. 53). Das heißt, dass an beiden Stationen mehr Energie in die Ver-

dunstung von Wasser fließt als in die Erwärmung der Luft. Dieses Resultat ist nicht nur auf die

standortspezifischen Eigenschaften zurückzuführen, sondern auch auf die vorherrschende

großräumige Wetterlage (Kapitel 2.8). Zum einen kam es im Messzeitraum des Öfteren zu hohen

Bedecktheitsgraden und zum anderen war durch Niederschläge eine große Wasserverfügbarkeit

gegeben. Im betrachteten Messzeitfenster wurde nur einmal ein Wert der Bowen Ratio von über 1

erreicht. Dies war bei der AWS 40 in den Mittagsstunden der Fall (Abb. 53).

Im Untersuchungszeitraum tritt die erste Auffälligkeit schon in den frühen Morgenstunden auf.

Die Bowen Ratio steigt bei der AWS 20 kurz nach Sonnenaufgang stark an und sinkt gleich wieder

(Abb. 53). Dieses Phänomen kann durch die Absetzung von Tau erklärt werden. Bei der Konden-

sation des Wassers wird sensible Wärme freigesetzt (BENDIX 2004: 77). Daraus folgt, dass der

Wert der Bowen Ratio steigt.


102

0

500

1000

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:0

011:

0012

:00

13:0

014

:00

15:0

016

:00

17:0

018

:00

Zeit [hh:mm]

Glo

ba

lstr

ah

lun

g [

W/m

²]

-700

0

700

Dif

fere

nz

AW

S 4

0-2

0

Abb. 54: Verlauf der Globalstrahlung an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) und der

Differenz der Globalstrahlung (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012

Der weitere Verlauf der Bowen Ratio lässt sich mit dem Verlauf der Globalstrahlung an den

beiden AWS erklären. Mit steigender Globalstrahlung nimmt auch die Bowen Ratio zu (vgl. Abb.

53 mit Abb. 54). Das bedeutet, dass sich der sensible Wärmestrom im Vergleich zum latenten

Wärmestrom ausgeprägter entwickelt.

Durch den uneingeschränkten Himmelssichtfaktor gegen Süden und Osten fällt die Global-

strahlung an der AWS 40 in den Morgenstunden ungehindert ein. Im Gegensatz dazu ergeben

sich aufgrund der Horizontüberhöhung gegen Osten an der AWS 20 niedrige Werte der

Globalstrahlung. Dadurch steigt die Bowen Ratio in den Morgen- und Mittagsstunden an der

AWS 40 schneller an und erreicht höhere Werte als an der AWS 20. Am Nachmittag dreht sich

dieser Effekt um. Bedingt durch die große Horizontüberhöhung gegen Süden erreicht die Global-

strahlung an der AWS 20 erst um 16:00 Uhr ihre Höchstwerte, während die Globalstrahlung bei

der AWS 40 bereits signifikant abgenommen hat (Abb. 54).

Trotz der stärker steigenden Bowen Ratio an der AWS 40 in der ersten Hälfte des Messzeitraums,

steigt an diesem Standort auch die absolute Luftfeuchtigkeit schneller als an der AWS 20 (Abb.

52). Das bedeutet, dass auch die Verdunstung und somit der latente Wärmestrom in diesem

Zeitraum zunehmen. Der sensible Wärmestrom entwickelt sich demzufolge stärker. Dieser Um-

stand kann ebenfalls mit den hohen Globalstrahlungswerten an der AWS 40 erklärt werden. Nach

dem Rückgang der Globalstrahlung sinken auch die Werte der absoluten Luftfeuchtigkeit. Den

erneuten Anstieg bei der AWS 40 ab 16:00 Uhr kann nicht erklärt werden.

Ergebnisse

103

Ein Einfluss der Globalstrahlung, sowohl auf die Lufttemperatur als auch auf die absolute

Luftfeuchtigkeit lässt sich deutlich erkennen. Demzufolge hat sie auch auf die Bowen Ratio einen

erheblichen Einfluss. Die Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio ist in Abb. 55

für die AWS 20 und in Abb. 56 für die AWS 40 dargestellt.

R2 = 0.6439

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 100 200 300 400 500

Globalstrahlung [W/m²]

Bo

we

n R

ati

o

Abb. 55: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 20. Der Zusammen

hang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß dieser Linie angegeben

R2 = 0.7049

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 200 400 600 800

Globalstrahlung [W/m²]

Bo

we

n R

ati

o

Abb. 56: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 40. Der Zusammen

hang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß R² dieser Linie angegeben

Wenn der Einfluss der bereits untersuchten standortspezifischen Eigenschaften (Exposition und

Horizontüberhöhung) ausgeklammert wird, ist nach wie vor ein signifikanter Unterschied in den

Werten der Bowen Ratio zu erkennen. Dies wird an den beiden Messpunkten um 13.00 Uhr und

15.00 Uhr deutlich. Die Globalstrahlung ist zu diesen Zeitpunkten nahezu gleich (Abb. 54),

mögliche Einflüsse durch Überschattungen sind nicht vorhanden. Dennoch ist die Bowen Ratio

zu diesen Zeitpunkten an der AWS 40 höher als an der AWS 20 (Abb. 53). Aus diesem Sachverhalt

ergibt sich, dass weitere standortspezifische Eigenschaften einen Einfluss auf die Bowen Ratio

haben. Diese Schlussfolgerung kann nicht durch gemessene Daten belegt werden. Vermutlich

sind die Nähe zum Grundwasser, die Wasserhalteeigenschaften des Bodens und die vorhandene

Vegetation für diese Unterschiede in der Bowen Ratio verantwortlich.


104


Abschließend kann festgehalten werden, dass deutliche mikroklimatische Unterschiede zwischen

den AWS 20 und 40 bestehen. Beide aufgestellten Hypothesen wurden bestätigt. Zum einen ist

die Bowen Ratio an einem bodenfeuchten Standort niedriger als an einem bodentrockenen

Standort. Das heißt eine gute Wasserverfügbarkeit führt dazu, dass mehr latente Wärme entsteht,

also mehr Wasser verdunstet wird. Zum anderen konnte ein hoher linearer Zusammenhang von

Globalstrahlung und Bowen Ratio mit Bestimmtheitsmaßen von 0,70 und 0,64 festgestellt

werden. Dabei ist die Globalstrahlung vorwiegend von der Exposition und der Horizontüber-

höhung des jeweiligen Standortes beeinflusst.

Die auf der Erde ankommende Strahlungsenergie wird stets in andere Energieformen umge-

wandelt. Für die Ausprägung des Klimas in der Atmosphäre, sind der sensible und der latente

Wärmestrom maßgeblich verantwortlich. Ein Verständnis für die Bowen Ratio und das Zu-

sammenspiel der darin enthaltenen Energieströme ermöglicht die gezielte Beeinflussung von

Mikroklimaten. Durch die Lenkung der Wasserverfügbarkeit kann beeinflusst werden, wie viel

Energie in die Erhöhung von Lufttemperatur oder Luftfeuchte fließt. Beispielsweise könnte durch

den Einsatz großer Wasserflächen die Verdunstung erhöht und ein Kühlungseffekt erzeugt

werden. In der Stadtklimatologie kann eine solche Erkenntnis bedeutend sein. Beispielsweise

könnte durch den Einsatz großer Wasserflächen die Verdunstung erhöht und ein Kühlungseffekt

erzeugt werden.

Für zukünftige Forschungsarbeiten wäre zudem die Betrachtung der gesamten Wärmebilanz

interessant, um die Energieumsatzprozesse ausgewählter Mikroklimate umfassender mit Zahlen

zu belegen.

Ergebnisse

105


106

4 Schlusswort David Aerni, Meline Saworski

Die Projektbezeichnung MAKRO vs. Mikro Landschafts- und Geländeklimatologie im Harzer

Vorland weist auf einen allgemeinen Konflikt bei klimatologischen Messdurchführungen hin.

Möchte man Phänomene des Mikroklimas erfassen, muss der erhebliche Einfluss des Makro-

klimas, der großräumigen Wetterlage, berücksichtigt werden. Dies erweist sich bei der Daten-

auswertung und Interpretation als problematisch. Sollen beispielsweise standortspezifische

Eigenschaften sichtbar gemacht werden, ist es schwer, den Einfluss des Makroklimas zu

benennen und Aussagen über das Standortklima zu treffen. Diese Kompetenz ist jedoch für

Landschaftsplaner von Bedeutung. Mikroklimate zu erkennen, ist zum einen notwendig, um

standortspezifische Ansprüche in der räumlichen Gliederung der Landschaft zu berücksichtigen,

zum anderen ist es wichtig, um großräumige Planungen und Eingriffe in die Umwelt fachlich

bewerten und auf ihre kleinräumige Funktionsfähigkeit überprüfen zu können.

Absicht dieses Projektberichtes ist, die Zusammenhänge zwischen diesen klimatologischen

Einflüssen verschiedener Skalen besser nachvollziehen zu können. Um auf kleinstem Raum

mikroklimatische Besonderheiten sichtbar zu machen, wurden auf Standorten mit sehr

spezifischen Eigenschaften kurzfristige Messungen durchgeführt. Die übergeordnete Wetterlage

war im Untersuchungszeitraum nicht optimal. Der hohe Bedeckungsgrad, Niederschläge und

wechselhafte Windverhältnisse haben die Mikroklimate erheblich beeinflusst. Trotzdem ist es

gelungen, anhand der gemessenen Daten deutliche Unterschiede zwischen den Messstandorten

aufzuzeigen.

Viele standortspezifische Eigenschaften, die wir im Verlauf der Tagesexkursionen unter

Begleitung von Experten kennenlernten, haben wir nicht selbst untersucht. Dazu gehören

Eigenschaften wie die Bodenzusammensetzung oder die Nähe zum Grundwasser. Einige klima-

tologisch bedeutsame Charakteristika, auf die wir viele standortspezifische Unterschiede der

Messdaten zurückführten, konnten wir vor Ort aufnehmen und in den Stationsprotokollen

festhalten. Dies waren zum einen die Horizontüberhöhung und zum anderen die Exposition der

Standorte. Diese beiden Eigenschaften bestimmten in hohem Maße den Einfluss großräumiger

Gegebenheiten. Durch eine große Horizontüberhöhung ist ein Standort in Bodennähe, wo Mess-

sensoren angebracht waren, zu einem gewissen Grad vor Wind geschützt und aufgrund von

Überschattung fällt weniger direkte Sonnenstrahlung ein. Die Exposition der Standorte hatte vor

allem auf die Tagesgänge einen erheblichen Einfluss. In den Morgen- und Abendstunden ist es

beispielsweise entscheidend, ob eine West- oder eine Ostexposition vorliegt. Die auf diesen

Eigenschaften beruhenden Unterschiede in den Tagesgängen waren die stärksten standortspe-

zifischen Ungleichheiten. Es wurden Maxima in unterschiedlicher Höhe und zu unterschied-

lichen Zeiten festgestellt.

Der starke Einfluss des Standortklimas auf die Umwelt wird bei großräumigen Untersuchungen

über längere Zeiträume oft nicht berücksichtigt. Vor allem, wenn es um die ökologische Bewer-

tung größerer Gebiete geht. Aus diesem Grund wollten wir mit unseren Messdaten keine

Fazit

107

allgemeinen, klimatologischen Aussagen treffen. Dazu fehlte die Zeit, eine statistisch relevante

Datenmenge zu sammeln. Die Charakteristik des Klimas und mesoskalige Einflüsse konnten

trotzdem beobachtet und zugeordnet werden. Außerdem konnten mit den durchgeführten

Messungen konkret standortspezifische Phänomene untersucht werden. Daraus resultierte eine

große Vielseitigkeit von verfolgten Fragestellungen und gesetzten Schwerpunkten in der Aus-

wertung der Daten. Die mobilen Messungen ermöglichten auf Grund der überschaubaren Daten-

menge von 4 Tagen, das Arbeiten und Diskutieren, sowie Verstehen vor Ort. Dies wiederum

förderte den Anspruch Zusammenhänge herstellen zu wollen und interdisziplinär zu Denken. Es

wurden Ansätze für neue Fragestellungen gefunden. Zum Teil wurden solche Fragestellungen in

den Ausarbeitungen bereits wissenschaftlich diskutiert. Um die landschaftsökologischen

Zusammenhänge jedoch näher untersuchen zu können, war der nötige zeitliche Rahmen sowie

die Messvorrichtungen in diesem Orientierungsprojekt nicht gegeben. Resultat der abschließen-

den Diskussion war, dass uns als Studierende der Landschaftsarchitektur und Landschaftsplanung

jedoch eben diese komplexen Zusammenhänge interessieren. An dieser Stelle wollen wir auf das

bestehende Interesse zu einer Initiative hinweisen, die Orientierungsprojekte interdisziplinär

auszurichten. Es könnten die Exkursionen verschiedener Ökologieprojekte, beispielsweise der

Klimatologie und der Bodenkunde, im gleichen Untersuchungsgebiet stattfinden und die

gewonnen Erkenntnisse ausgetauscht und ergänzt werden.

Eine weitere wichtige Erkenntnis die wir als Gruppe aus diesem Projekt gewonnen haben ist, wie

man mit Daten umgeht und sie auswertet. Wir haben festgestellt, dass der Arbeitsprozess

demjenigen des Entwurfes sehr ähnlich ist. Um aus der Fülle an Daten ansehnliche Resultate zu

extrahieren und nachvollziehbare Aussagen zu treffen, muss man die Arbeitsschritte stets kritisch

betrachten, die Resultate diskutieren, offen für neue Ansätze sein und Grundannahmen

hinterfragen. Wie bei einem Recyclingprozess wird Entstandenes immer wieder verworfen und

ein neuer Kreislauf initiiert. Dieser Prozess ist anspruchsvoll und zeitintensiv. Diese Erfahrung zu

machen, war für uns als Gruppe sehr hilfreich und hat uns eine Vielzahl methodischer

Herangehensweisen näher gebracht.


108

5 Anhang

5.1 Quellenverzeichnis

Literatur

Bendix, J., 2004: Studienbücher der Geographie. Geländeklimatologie. Gebrüder Borntraeger

Verlagsbuchhandlung: Stuttgart, 282 S.

BERNBECK, O., 1954: Wind und physiologische Tiefgründigkeit in ihrer Bedeutung für die

Bodenkultur. Deutscher Bauernverlag: Berlin, 100 S.

BLÜTHGEN, J. & W. WEISCHET, 1980: Allgemeine Klimageographie. 3. Aufl., de Gruyter: Berlin, New

York, 893 S.

CAMPBELL SCIENTIFIC (Hrsg.), 2008: Instruction Manual. CS300 Pyranometer. Campbell Scientific

Inc.: Logan, Utah, 16 S.

Cox, B. & P. Moore 1987: Einführung in die Biogeographie. Fischer: Stuttgart, 311 S.

DIERSSEN, K. & B., DIERSSEN, 2001: Moore. 2. Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Tuningen, 230 S.

DIERSSEN, K. 1990: Einführung in die Pflanzensoziologie. Vegetationskunde. Wissenschaftliche

Buchgesellschaft: Darmstadt, 241 S.

ELLENBERG, H. 1996: Vegetation Mitteleuropas mit den Alpen in ökologischer, dynamischer und

historischer Sicht: 170 Tabellen. 5. Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 1095 S.

ENDLICHER, W. & W. WEISCHET, 1976: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. Studienbücher

der Geographie. 7. Aufl., Gebrüder Borntraeger Verlagsbuchhandlung: Stuttgart, 342 S.

FLEMMING, G., 1991: Einführung in die Angewandte Meteorologie. Akademie-Verlag: Berlin, 168 S.

GÄRTNER, H., 2001: Meyers Taschen Lexikon A-Z. 5. Aufl., B.I.-Taschenbuchverlag: Leipzig,

Mannheim, 792 S.

GLÄSSER, R., 1994: Das Klima des Harzes. Agaria-Studien zur Agrarökologie, Bd. 11, Verlag Dr.

Kovač: Hamburg, 338 S.

GLÄSSER, R., 1994: Das Klima des Harzes. Verlag Dr. Kovač: Hamburg, 338 S.

Göttlich, K. (Hrsg.), 1976: Moor-und Torfkunde. Schweizerbart: Stuttgart, 264 S.

HÄCKEL, H., 1985: Meteorologie. 5. Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 447 S.



HANLE, A., Geographisch-Kartographisches Institut Meyer (Hrsg.), 1992: Meyers Naturführer

Harz. Meyers Lexikonverlag: Mannheim, 172 S.

HÖHNE, W., 2000: Komponenten automatischer meteorologischer Meßsysteme. Selbstverlag des

Deutschen Wetterdienstes: Offenbach am Main, 124 S.

Anhang

109

HORBERT, M., 2000: Klimatologische Aspekte der Stadt- und Landschaftsplanung. Schriftreihe im

Fachbereich 7 – Umwelt und Gesellschaft – der Technischen Universität: Berlin, 330 S.

HUPFER, P. & W. KUTTLER, 2006: Witterung und Klima. 12. Aufl., B.G. Teubner: Wiesbaden, 542 S.

KARSTE, G., U. WEGENER, R. SCHUBERT & H.-U. Kison 2006: Die Pflanzengesellschaften des

National-Park Harz (Sachsen-Anhalt). Eine kommentierte Vegetationskarte. Nationalpark

Harz: Wernigerode, 59 S.

KNOLLE, F., B. OESTRREICH, R. SCHULZ & V. WREDE , 1997: Der Harz – Geologie. In: KNOLLE, F., B.

OESTRREICH, R. SCHULZ & V. WREDE (Hrsg.): Der Harz – Geologische Exkursionen, S. 12-17, 1.

Aufl., Perthes: Gotha.

KUTTLER, W., 2009: Klimatologie. Ferdinand Schöningh: Paderborn, 260 S.

KUTTLER, W., H. PETHE & E. ZMARSLY, 1999: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. 3.

Aufl., Eugen Ulmer KG: Stuttgart (Hohenheim), 182 S.

LAUER, W. & J. BENDIX, 2004: Klimatologie Neubearbeitung. 2. neu bearbeitete Aufl., Westermann

Schulbuchverlag GmbH: Braunschweig, 352 S.

LAUER, W. & J. BENDIX, 2004: Klimatologie. In: DUTTMAN, R., R. GLAWION & H. POPP & R.

SCHNEIDER-SLIWA (Hrsg.): Das Geografische Seminar, S. 10-15 & S. 236-241, 2. neu bearbeitete

Aufl., Westermann: Braunschweig.

LAUER, W. & J. BENDIX, 2004: Klimatologie. In: DUTTMANN, PROF. R., PROF. R. GLAWION & PROF. H.

POPP & PROF. R. SCHNEIDER-SLIWA (Hrsg.): Das Geografische Seminar, 2. neu bearbeitete Aufl.,

Westermann: Braunschweig. S. 10-15 & S. 236-241.

LAUER, W., 1999: Klimatologie. 3. ergänzte Aufl., Westermann: Braunschweig, 270 S.

MALBERG, H., 1972: Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. 4. Aufl., Springer:

Heidelberg, 364 S.

MALBERG, H., 2007: Meteorologie und Klimatologie: Eine Einführung. 5. Aufl., Springer: Berlin,

Heidelberg, New York, 395 S.

MÜLLER, R., 2009: Wie die Landschaft entstand. In: GEOPARK HARZ. BRAUNSCHWEIGER LAND.

OSTFALEN GBR (Hrsg.): Geopark Harz. Braunschweiger Land. Ostfalen: Die klassischen

Quadratmeilen der Geologie, S. 12-14, Verlag Regionalverband Harz e.V.: Königslutter,

Quedlinburg.

SCHÖNWIESE, C.-D., 2008: Klimatologie. 3. Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 472 S.

SCHRÖDER, F.-G. 1998: Lehrbuch der Pflanzengeographie. Quelle & Meyer: Wiesbaden, 457 S.

SYMADER, W., 2004: Was passiert, wenn der Regen fällt?. Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 213 S.

WAHRIG-BURFEIND, R. (Hrsg.), 1999: Fremdwörterlexikon. Bertelsmann Lexikon: Gütersloh, 1017 S.

WANNER, H., 1966: Die angewandte Geländeklimatologie – ein aktuelles Arbeitsgebiet der

physischen Geographie. Ferd Dümmlers Verlag: Bonn, 14 S.


110

WARNECKE, G., 1991: Meteorologie und Umwelt. Springer: Heidelberg, 342 S.

WEISCHET, W. & W. ENDLICHER, 2008: Einführung in die Allgemeine Klimatologie. 7. vollständig

neu bearbeitete Aufl., Borntreager Verlagsbuchhandlung: Berlin, Stuttgart, 342 S.

ZELLMER, H., H.-G. RÖHLING & F. VLADI, 2009: Die Landschaften des Geoparks. In: Geopark Harz.

Braunschweiger Land. Ostfalen GbR (Hrsg.): Geopark Harz. Braunschweiger Land. Ostfalen:

Die klassischen Quadratmeilen der Geologie, S. 5-11, Verlag Regionalverband Harz e.V.:

Königslutter, Quedlinburg.

ZENGER, A., 1998: Atmosphärische Ausbreitungsmodellierung – Grundlagen und Praxis. Springer:

Heidelberg, 159 S.

ZMARSLY, E., W. KUTTLER & H. PETHE, 2002: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. 2.

Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 176 S.

ZMARSLY, E., W. KUTTLER & H. PETHE, 2007: Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. 3. neu

bearbeitete Aufl., Verlag Eugen Ulmer: Stuttgart, 182 S.

Internet

BEZIRKSREGIERUNG BRAUNSCHWEIG (Hrsg.), 1998: Verordnung über das Naturschutzgebiet

„Rieseberger Moor“ im Landkreis Helmstedt vom 09.09.1998. Online im Internet: URL: http://

www.nlwkn.niedersachsen.de/servlets/download?C=40650824&L=20 [Stand 28.05.2012].

CAMPELL SCIENTIFIC, INC., 2008: CS215 Temperature and Relative Humidity Probe. Online im In-

ternet: URL: https://www.isis.tu-berlin.de/file.php/6283/Manuals/cs215.pdf [Stand 25.05.2012].

DAS WINDERENERGIE-RGD TEAM, 2010: Widerstand- und Auftriebsprinzip. Online im Internet:

URL: http://windenergie-rgd.jimdo.com/physik-der-windenergie/widerstand-und-auftriebs

prinzip/ [Stand 22.05.2012].

DEUTSCHER WETTERDIENST (DWD) (Hrsg.), 2011: Globalstrahlung. Die Energie der Sonne. Online

im Internet: URL: http://www.dwd.de/bvbw/generator/DWDWWW/Content/Oeffentlichkeit/

KU/KU1/KU12/Klimagutachten/Solarenergie/Broschuere__DINA5__05__2010,templateId=raw,

property=publicationFile.pdf/Broschuere_DINA5_05_2010.pdf [Stand 26.05.2012].

DEUTSCHER WETTERDIENST (DWD) (Hrsg.), 2012: Föhn (Stau). Online im Internet: URL: http://

www.deutscher-wetterdienst.de/lexikon/index.htm [Stand 24.05.2012].

DEUTSCHER WETTERDIENST (DWD) (Hrsg.), 2012: Wetterlexikon: Lufttemperatur. Online im

Internet: URL: http://www.deutscher-wetterdienst.de/lexikon/index.htm?ID=L&DAT=Luft

temperatur [Stand 08.05.2012].

FACHHOCHSCHULE DÜSSELDORF (Hrsg.), 2001: Turbulenzeinflüsse bei der Messung der Wind-

geschwindigkeit. Online im Internet: URL: http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_

Frank/c_veroeffentlichungen/veroeffentlichung_lackmann_deiss.pdf [Stand 18.05.2012].

FORKEL, M. (Hrsg.) 2008: Die Gemäßigte Klimazone. Online im Internet: URL: http://www.klima-

der-erde.de/gemaesigt.html [Stand 27.05.2012].

http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/

Anhang

111

FREIE UNIVERSITÄT BERLIN (Hrsg.), 2006: Karstmorphologie. Online im Internet: URL: http://

www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/karstmorpholo

gie/index.html?TOC=..%2Findex.html [Stand 03.07.2012].

FREILICHT- UND ERLEBNISMUSEUM OSTFALEN (FEMO E.V.) UND REGIONALVERBAND HARZ E.V.

(Hrsg.), 2012: Träger des Geoparks Harz. Braunschweiger Land. Ostfalen. Online im Internet:

URL: http://www.geopark-harz.de/ [Stand 27.05.2012].

FREUNDESKREIS SELKETALBAHN E.V. (Hrsg.), 2012: Der Harz. Online im Internet: URL:

http://www.selketalbahn.de/tourismus/harz.php [Stand 27.05.2012].

GEOUNION, ALFRED-WEGENER-STIFTUNG, NATIONALER GEOPARK (Hrsg.), 2012: Nationale GeoParks

in Deutschland – die Idee. Online im Internet: URL: http://www.nationaler-geopark.de/

geopark/nationale-geoparks.html [Stand 27.05.2012].

KLIMA-OWLE.DE, o.A.: Beschreibung der Wetterstation- Davis-GroWeather, Online im Internet:

URL: http://www.klima-owl.de/davis.htm [Stand 27.05.2012].

KOCH, M, 2003., Der Niederschlag. Online im Internet: URL: http://www.uni-

kassel.de/fb14/geohydraulik/Lehre/Hydrologie_I/skript/IngHydro4a.pdf [Stand 27.05.2012].

KOHLENBERG, J., 2008: Windstärken. Online im Internet: URL: http://www.code-knacker.de/

windstaerken.htm [Stand 05.07.2012].

LÜBKER, D., 2009: Klima – Diagramme. Online im Internet: URL: http://www.harz-seite.de/foto-

klima.php [Stand 13.05.2012].

METEOBLUE, 2012: Braunschweig Weather. Online im Internet: URL: http://www.meteoblue.com/

en_US/weather/forecast/week/braunschweig_de_16208 [Stand 12.06.2012].

NIEDERSÄCHSISCHER LANDESBETRIEB FÜR WASSERWIRTSCHAFT, KÜSTEN- UND NATURSCHUTZ (NLWKN)

(Hrsg.), 2012: Naturschutzgebiet: “Rieseberger Moor“. Online im Internet: URL: http://

www.nlwkn.niedersachsen.de/portal/live.php?navigation_id=8062&article_id=43560&_psman

d=26 [Stand 18.05.2012].

NIEDERSÄCHSISCHER LANDESBETRIEB FÜR WASSERWIRTSCHAFT, KÜSTEN- UND NATURSCHUTZ

(NLWKN) (Hrsg.), 2012: Geschützte Teile von Natur und Landschaft in Niedersachsen. Online

im Internet: URL: http://www.nlwkn.niedersachsen.de/naturschutz/schutzgebiete/ [Stand

27.05.2012].

PODESSER, A., 2012: Klimaatlas Steiermark. Online im Internet: URL: http://www.umwelt.

steiermark.at/cms/dokumente/10703586_16178332/799ba36f/1_STRAHLUNG%20-%20Vers_2.0.

pdf [Stand 26.05.2012].

REGION BRAUNSCHWEIG OSTFALEN. BILDUNGS- UND INFORMATIONSPROGRAMM (Hrsg.) 2007:

Biotopgruppen: Übersicht. Online im Internet: URL: http://www.region-braunschweig.de/

natur/biotope/ [Stand 27.05.2012].

SENSIRION AG, 2012: Feuchtesensoren mit CMOSens®. Online im Internet: URL:

http://www.sensirion.com/de/06_cmosens_technology/01_humidity.htm [Stand 22.05.2012].


112

STOLZENBERGER-RAMIREZ, A, Niederschlagsmessungen, Online im Internet: URL: http://www.

geodz.com/deu/d/Niederschlagsmessung [Stand 27.05.2012].

STÜMPEL, H., 2003: Energieumsätze bei den Phasenübergangen des Wassers. Online im Internet:

URL: http://www.webgeo.de/k_201/ [Stand 18.05.2012].

TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN (Hrsg.), 2011: Automatische Wetterstation. Online im Internet:

URL: http://www.klima.tu-berlin.de/index.php?show=lehre_E-Learning_aws&lan=de [Stand

14.05.2012].

TISCHLER, H. (Hrsg.), 2011: Die Harzgeschichte. Online im Internet: URL: http://www.harz

kaleidoskop.de/harz%20geschichte.htm [Stand 11.05.2012].

UNIVERSITÄT INNSBRUCK, o.A., Online im Internet: URL: http://www.uibk.ac.at/afo/lage/copy_

of_index.html.de [Stand 27.05.2012].

WETTERKONTOR (Hrsg.), 2012: Rückblick - Monats- und Jahreswerte. Online im Internet: URL:

http://www.wetterkontor.de/de/monatswerte-station.asp [Stand 14.05.2012].

WINDFINDER.COM GMBH & CO. KG (Hrsg.), 2012: Windfinder – Wind & Wetterstatistik. Online im

Internet: URL: http://de.windfinder.com/windstats/windstatistic_map_germany.htm [Stand

22.05.2012].

WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION (WMO) (Hrsg.), k.A.: Understanding climate. How is he

Climate determined? Online im Internet: URL: http://www.htm2pdf.co.uk/output/2012/5/

a69e23bd-d273-45db-8921-33380827ff79.pdf [Stand 29.05.2012].

WORLD METROLOGICAL ORGANISATION (WMO) (Hrsg.), 2008: Measurement of humidity. Online

im Internet: URL: http://www.wmo.int/pages/prog/www/IMOP/publications/CIMO-Guide/

CIMO%20Guide%207th%20Edition,%202008/Part%20I/Chapter%204.pdf [Stand 17.05.2012].

WÖRNER, H., 1972: Die Berechnung der Globalstrahlung aus Trübungswert und Bewölkung. –

Pageoph 93 (I), S.177-186. Online im Internet: URL: http://resources.metapress.com/pdf-

preview.axd?code=tx547m52xq564142&size=largest [Stand 14.05.2012].

Weitere Quellen

Protokolle zur Messung mit dem Aspirationspsychrometer vom 13. Juni 2012

Fotos Lukas Merkel und Mareike Teske, aufgenommen am 13. Juni 2012

http://www.htm2pdf.co.uk/output/2012/5/%1F%0Ba69e23bd-d273-45db-8921-33380827ff79.pdf

http://www.htm2pdf.co.uk/output/2012/5/%1F%0Ba69e23bd-d273-45db-8921-33380827ff79.pdf

Anhang

113

5.2 Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Die Projektgruppe in Beienrode auf dem Gelände des Hauses der helfenden Hände

(von links-hinten nach rechts-vorne: Marco, Cosi, Basti, Mareike, David, Cortina, Natascha,

Britta, Lukki, Micha, Meline, Alex, Christian) 7

Abb. 2: Übersichtskarte der nationalen Geoparks in Deutschland (GEOUNION 2012) 9

Abb. 3: Klimadiagramme der Gemäßigten Zone (verändert nach FORKEL 2009) 13

Abb. 4: Niederschlag - Braunlage (LÜBKER 2009 ) 14

Abb. 5: Niederschlag - Harzgerode (LÜBKER 2009 ) 15

Abb. 6: Übersicht über die Wolkengattungen und wichtigen Wolkenarten (WEISCHET &

ENDLICHER 2008) 16

Abb. 7: links:Hellmannregenmesser, rechts mit Kippwaage (Foto: RENTEL, W.). rechts: Totali

sator am Schönwieskopf (Foto: MAG. CATHLEEN PEER) 20

Abb. 8: Harz als Klimascheide (o.A.) 21

Abb. 9 : Entstehung von Zyklonalen Niederschlägen an einer Kalt-/Warmfrontgrenze (KOCH) 21

Abb. 10: Aspirationspsychrometer nach Aßmann (o.A.) 24

Abb. 11: Automatische Wetterstation (TU BERLIN 2011) 26

Abb. 12: Links: Kombiniertes Temperatur- und Feuchte-Messgerät CS215 der Firma Cambell.

Rechts: Digitaler Feuchte- und Temperatursensor SHT75 der Firma Sensiron im Messgerät CS215

(TU BERLIN 2011) 26

Abb. 13: Tagesgang der Lufttemperatur (nach WETTERKONTOR 2012) 27

Abb. 14: Jahresgang der Lufttemperatur der Monatsmittel der Jahre 2011, 2008, 2005 auf dem

Brocken (nach WETTERKONTOR 2012) 28

Abb. 15: Effekt der unterschiedlichen Mittelbildung auf den Temperaturmittelwert einer stünd

lichen Messreihe aus dem Lötschental (LAUER & BENDIX 2004: 73) 29

Abb. 16 : Einfluss der Windgeschwindigkeit auf die Bodennähe: Starker Wind führt infolge der

besseren vertikalen Durchmischung zu ausgeglichenen Temperaturen 33

Abb. 17: Entstehung thermischer Zirkulaltionen (Strömungsverlauf in Bodennähe vom kalten

zum warmen Gebiet) 35

Abb. 18: Sättigungskurve bei einem Luftdruck von 1013 hPa (verändert nach WEISCHET &

ENDLICHER 2008: 163) 41

Abb. 19: Globale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit Modelldaten für den Monat Juli (verändert

nach WEISCHET & ENDLICHER 2008:170) 43

Abb. 20: Vertikale Verteilung der Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Sommers (April-Sept

ember) von 1961 in Larkhill GB (verändert nach FLOHN in WEISCHET & ENDLICHER 2008: 169) 43


114

Abb. 21: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Julis 1996 bei Bonn

(verändert nach WARNECKE 1991: 154) 44

Abb. 22: Tagesgang der spezifischen Luftfeuchtigkeit mit dem Mittelwert des Februars 1996 bei

Bonn (verändert nach WARNECKE 1991: 154) 45

Abb 23: Jahresgang des Dampfdrucks mit den Monatsmittelwerten von 1951-1980 bei Quedlin

burg (verändert nach GLÄSSER 1994: 231) 45

Abb. 24: Cosinus-Gesetz nach LAMBERT (KUTTLER, PETHE & ZMARSLY 1999: 29) 50

Abb. 25: Verteilung des Sonnenstrahlungsstroms in der Erdatmosphäre im jährlichen Mittel

(nach HÄCKEL 1985: 195ff.) 51

Abb. 26: Veränderung im Spektrum der kurzwelligen Strahlung beim Durchgang durch die

Atmosphäre (HÄCKEL 1985: 179) 52

Abb. 27: Karte der Globalstrahlung an der Erdoberfläche in W∙m-2 (WEISCHET & ENDLICHER

2008: 62) 53

Abb. 28: Globalstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland. Mittlere Jahressummen, Zeit raum:

1981-2010 (DEUTSCHER WETTERDIENST 2011) 55

Abb. 29: Einfluss der Topographie auf die Direktstrahlung, Schlagschatten (BENDIX 2004: 50) 56

Abb. 30: Darstellung der Wärmeströme (eigene Darstellung) 63

Abb. 31: Tagesgang der Wärmebilanz an einem unbedeckten Standort mit feuchtem Boden

(links) und in einem Kiefernforst (rechts) (BENDIX 2004: 79) 66

Abb. 32: Schematische Darstellung der Zirkulation der Atmosphäre (HÄCKEL 2005) 70

Abb. 33: Links: Bodennahe Wettersituation am 12.06.12 (DWD 2012). Rechts: Stundenmittel

werte der Lufttemperatur in 3 m Höhe aller AWS 71

Abb. 34: Vertikaler Lufttemperaturverlauf (durchgezogene Linie), Höhe in M.ü.M. (gepunktete

Linie) und Vegetationsstufen nach ELLENBERG (1996) (submontan, montan, subalpin) 75

Abb. 35: Verlauf der Lufttemperatur (dicke Linie) und der Globalstrahlung (dünne Linie) an den

Referenzstationen (AWS im Rieseberger Moor) 76

Abb.36: Verteilung der Lufttemperaturwerte in Abhängigkeit zur Höhe. Mit den Messwerten zu

bedeckten Zeitpunkten (schwarz) mit R² =0,94 und den Messwerten zu sonnigen Zeitpunkten

(grau) mit R²=0,91 76

Abb. 37: Niederschlagsintensität der AWS 20 (weiß), 40 (grau) und 50 (schwarz) am 12.06.12 von

4:00 bis 6:00 Uhr 81

Abb. 38: Taupunktdifferenz in °C gemessen in 1 m Höhe im Zeitraum vom 11.-14.6.2012. AWS 20

(schwarz), 50 (grau) und 40 (gepunktet) 81

Abb. 39: Windgeschwindigkeit in Korrelation zur Niederschlagsintensität für AWS 50, 40 und 20

(von oben nach unten) 82

Anhang

115

Abb. 40: Tagesgang der Lufttemperatur der AWS 20 (grau) & AWS 40 (schwarz) vom 11.06.2012,

19 Uhr, bis zum 14.06.2012, 9 Uhr mit Phänomen (#1) & (#2) 85

Abb. 41: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19 Uhr

bis zum 14.06.2012, 9 Uhr (Trendlinie & Punkte AWS 20: grau; Trendlinie & Punkte AWS 40:

schwarz) 86

Abb. 42: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19

Uhr bis zum 14.06.2012, 9 Uhr (Trendlinie & Punkte AWS 20: grau; Trendlinie & Punkte AWS

40: schwarz) 86

Abb. 43: Lufttemperatur und kurzwellige Einstrahlung der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19

Uhr bis zum 14.06.2012, 9 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, kurzwellige Einstrahlung: ge

strichelte Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz) 87

Abb. 44: Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit der AWS 20 & AWS 40 vom 11.06.2012, 19 Uhr

bis zum 14.06.2012 9 Uhr (Temperatur: durchgezogene Linie, Windgeschwindigkeit: gestrichel

te Linie, AWS 20: grau, AWS 40: schwarz) 87

Abb. 45: Lufttemperatur der AWS 20 (x-Achse) & AWS 40 (y-Achse) 88

Abb. 46: TD der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20, 40 und 50 (von oben nach

unten). 1. Nacht = schwarz, 2. Nacht = grau und 3. Nacht = gepunktet 92

Abb. 47: WG der Nächte vom 11.06.2012 bis 14.06.2012 für die AWS 20 (oben) und die AWS 40

(unten). 1. Nacht = schwarz, 2. Nacht = grau und 3. Nacht = gepunktet 93

Abb. 48: Windrose für die 2. Nacht an der AWS 20. Windgeschwindigkeiten über 1 m∙s-1 in

dunkelgrau, Windgeschwindigkeiten unter 1 m∙s-1 in hellgrau 93

Abb. 49: Windrosen für die 3. Nacht an der AWS 20. 22:00 - 23:30 Uhr (links) und 23:30 - 03:00

Uhr (rechts). Alle Windgeschwindigkeiten lagen unter 0,7 m∙s-1 93

Abb. 50: Verlauf der WG (gepunktet) und der TD (durchgezogen) am Standort der AWS 50 in der

1. Nacht (vom 11.06.2012 auf den 12.06.2012) 94

Abb. 51: Verlauf der Globalstrahlung (durchgezogen) und der Windgeschwindigkeit (gepunktet)

n der AWS 50 vom 11.-14. Juni 2012 100

Abb. 52: Verlauf der absoluten Luftfeuchtigkeit an den AWS 20 (durchgezogen) und 40

gepunktet) sowie der Differenz der absoluten Luftfeuchtigkeit (grau) zwischen den Stationen

AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012 100

Abb. 53: Verlauf der Bowen Ratio an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) sowie der

Differenz der Bowen Ratio (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012 101

Abb. 54: Verlauf der Globalstrahlung an den AWS 20 (durchgezogen) und 40 (gepunktet) und der

Differenz der Globalstrahlung (grau) zwischen den Stationen (AWS 40 - 20) vom 12. Juni 2012102


116

Abb. 55: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 20. Der

Zusammenhang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß dieser Linie

angegeben 103

Abb. 56: Darstellung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Bowen Ratio für AWS 40. Der

Zusammenhang wird durch die Trendlinie verdeutlicht und das Bestimmtheitsmaß R² dieser

Linie angegeben 103

5.3 Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Abgrenzung von Wolken- und Regentropfen in einer ruhenden Atmosphäre und Fallge

schwindigkeit (verändert nach LAUER & BENDIX, 2004) 17

Tab. 2: Skalen mit Fixpunkten (verändert nach DEUTSCHER WETTERDIENST 2012) 23

Tab. 3: Vergleich der drei häufig verwendeten Thermometer (verändert nach DEUTSCHER

WETTERDIENST 2012) 25

Tab. 4: Wichtige Messgrößen 39

Tab. 5: Messpunkte und Pflanzengesellschaften 74

Tab. 6: Über den gesamten Messzeitraum gemittelte Werte der absoluten Luftfeuchtigkeit und

der Lufttemperatur 98

Tab. 7: Betrag der Differenz der über den gesamten Messzeitraum gemittelten Werte (absolute

Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur) zwischen den AWS 20 und 40 sowie 20 und 50 98

Tab. 8: Zusammenfassung der standortspezifischen Eigenschaften der AWS 20 und 40 99

5.4 Protokolle

Im Folgenden sind die Protokolle der Plena, der Exkursionswoche (11.06.2012-14.06.2012) sowie

das Messprotokoll vom 13.06.2012 der mit dem Aspirationspsychronometer gemessenen Werte

während der Wanderung im Nationalpark Harz angefügt.

Anhang

117

Protokoll zum Plenum am 10.04.2012 (1000

bis 1300

)

Protokollantin: Britta

Moderation: Marco

TeilnehmerInnen: Meline, Natascha, Cosima, Sebastian, Lukas, Michael, Raoul, Alexandra, Cortina

Tagesordnung:

1. Begrüßung und Verabschiedung der TOPs

2. Hinweise zur Moderation & Protokoll

3. Workload des Projekts – Zeitplan & Bewertung

4. Besprechung ISIS/Web-Geo/Online-Test

5. Exkursion (Exkursionsgruppe & Kassenwart)

6. Verteilung der Aufgaben

7. Fachreferate

8. „Paper Club“

9. Sonstiges

10. Führung durchs Institut

TOP Inhalt Ggf. To Do (was, wer, bis wann)

1 Begrüßung und Verabschiedung der TOPs

Die TeilnehmerInnen stellen sich vor und die Ziele des Projektes werden genannt. Das Verständnis für klimatologische Prozesse und naturwissenschaftliche Arbeitsweisen soll verbessert werden, was in der Praxis zum Beispiel beim Lesen von Fachgutachten dienlich ist. Inhaltlich werden auf der Mikroskala eigene Messungen durchgeführt und durch weitere Daten ergänzt, so dass auch erste Aussagen zur Meso- und Makroskala getroffen werden können. Anschließend werden die TOPs vorgestellt und verabschiedet. Zum Plenum gibt es Folien, die auf ISIS zu finden sind.

2 Hinweise zur Moderation & Protokoll

In den nächsten Plena werden die Rollen der Moderation und des Protokollanten weitergegeben. Zur Moderation und zum Protokoll gibt es Checklisten und Bewertungskriterien auf ISIS, die unbedingt zu beachten sind. Auch zu anderen Themen gibt es solche Listen, die zur Bewertung herangezogen werden. Wenn es Unklarheiten oder Fragen dazu gibt, können sie im Plenum besprochen werden. Die Formatvorlage dieses Protokolls sollte für alle weiteren Protokolle verwendet werden, wenn kein anderer Vorschlag für eine Formatvorlage im Plenum um besprochen wird.

ALLE: Checkliste zu Moderation & Protokoll anschauen

3 Workload des Projekts – Zeitplan & Bewertung

Die 10 LP des Projekts entsprechen 300 Arbeitsstunden im Semester. Verteilt auf die Wochen des Semesters ergibt sich ein Arbeitsaufwand von etwa 12 h, wobei die sich in etwa 3 h Kontaktzeit im Plenum und 9 h selbstständiges Arbeiten aufteilen. Das Plenum findet in der Regel Dienstagvormittag statt. Der gesamte Dienstag sollte aber für Projektarbeit freigehalten werden, da einzelne Plena auch bis nachmittags gehen können. Grundsätzlich besteht Anwesenheitspflicht, es darf maximal zweimal unentschuldigt gefehlt werden.

Die Bewertung der Leistungen im Projekt erfolgt je zur Hälfte aus Projektorganisation (Moderation, Protokoll, Teamwork, Projektbericht) und inhaltlicher Arbeit (Referate, ISIS-Tests, Präsentationen, Ausarbeitungen). Dabei sind die ISIS-Tests, Moderation und Protokoll Einzelleistungen.


118

Das Projekt gliedert sich in zwei Teile: einen Grundlagenteil zur Klimatologie und Geländeklimatologie und einen Vertiefungsteil zur Datenerhebung und Auswertung eigener Messungen. Am Ende werden die Ergebnisse im Projektbericht, in einer Abschlusspräsentation der einzelnen Gruppen und beim Offenen Haus als Präsentation des gesamten Projekts vorgestellt.

4 Besprechung ISIS/Web-Geo/Online-Test

Die Kommunikation im Projekt wird außerhalb des Plenums überwiegend über die ISIS-Plattform stattfinden. Es wird in den nächsten drei Wochen drei Online-Tests geben, die auf WebGeo-Lernmodulen basieren, welche auf ISIS verlinkt sind. Der erste Test endet am 16.04.2012 um 09:00. Der Test kann einmal wiederholt werden und der beste Versuch wird bewertet. Bei inhaltlichen Unklarheiten oder technischen Problemen bitte sofort eine Mail an Marco und Britta schreiben. Im folgenden Plenum werden die Inhalte und Ergebnisse des Tests besprochen.

Auf ISIS Anmelden

WebGeo & Test bis Mo.

5 Exkursion (Exkursionsgruppe & Kassenwart)

Die Exkursion ins Projektgebiet, in der die Messungen vorgenommen werden, findet in der Woche vom 11. Juni voraussichtlich über 4 Tage statt. Für das Programm der Exkursion in der Exkursionswoche gibt es bereits einen Vorschlag von Herrn Diestel, einem ehemaligen Professur der TU Berlin und der uns als Ansprechpartner Vorort begleiten wird. Um weitere Themen der Exkursion zu klären, wie Finanzierung, Anreise und Dokumentation wurde eine Exkursionsgruppe (bestehend aus Lukas und Raoul) und ein Kassenwartin (Alexandra) gewählt. Es wird einstimmig von Plenum beschlossen eine Kaffeekasse für Kaffee, Tee und Kekse einzurichten, in die jede/r 5 € einzahlt.

Exkursionsgruppe: Bus organisieren

Ggf. 5 € mitbringen für Kaffeekasse

6 Verteilung der Aufgaben

Jede/r Teilnehmer übernimmt eine organisatorische Aufgabe, dabei werden folgende Gruppen festgelegt. Die Redaktionsgruppe ist untergliedert in drei Untergruppen. Die Layout-Gruppe (Michael) schlägt ein Layout für den Projektbericht vor und bringt den Projektbericht in die entsprechende Form. Die Lenkungs-/Gliederungsgruppe (Natascha, Meline) erarbeitet eine Gliederung zusammen mit dem Plenum, setzt Abgabetermine und achtet auf deren Einhaltung. Die Gegenlesen/Korrigieren-Gruppe (Cosima, Cortina) korrigiert einzelne Fehler, überprüft, ob die Kriterien nach der Checkliste eingehalten wurden und schickt die Ausarbeitung ggf. wieder an den Verfasser zur erneuten Bearbeitung zurück, wenn mehrere Fehler oder Mängel vorliegen. Die Präsentationsgruppe (Sebastian) kümmert sich um die Organisation der Abschlusspräsentationen (Einladung, Verpflegung, Technik etc.) und um den Vortrag. Beim Plenum abwesende Teilnehmende sollten möglichst zur Präsentations- und Korrekturgruppe dazukommen, was aber im nächsten Plenum nochmal diskutiert werden kann.

7 Fachreferate

Nächste Woche werden Themen für Fachreferate vergeben, die das Ziel haben Grundlagen zum Projektgebiet, zur Geländeklimatologie und zu Messmethoden zu erarbeiten. Außerdem wird anhand der schriftliches Ausarbeitung und des Vortrags das wissenschaftliche Arbeiten erlernt. Dazu gibt es die Möglichkeit ein Feedback von Marco und Britta zu erhalten bis zum Abgabetermin. Vorrangig soll auf Literatur in den Semesterapparaten in der Universitätsbibliothek und in der Institutsbibliothek zurückgegriffen werden.

8 „Paper Club“

Im Semester wird in der Regel alle zwei Wochen ein „Paper Club“ stattfinden. Als „Paper“ wird in der Wissenschaft ein Fachartikel in einem Fachjournal bezeichnet. Die Besonderheit dabei gegenüber anderen Publikationen ist die Qualitätsicherung durch ein Peer Review. In der Regel wird jede Publikation von zwei unabhängigen Fachgutachtern bewertet und nur bei entsprechender Qualität publiziert. Im Projekt

Alle: Paper lesen

Anhang

119

werden 7 Fachartikel gelesen werden zu Themen der Geländeklimatologie, um zum einen Fachwissen zu erlangen und zum anderen einen ersten Zugang zu wissenschaftlicher Literatur zu bekommen. Außerdem sollen aus den in der Exkursion erhobenen Messdaten eigene „Paper“ geschrieben werden. Alle zwei Wochen wird ein Paper von zwei Personen vorgestellt, aber alle TeilnehmerInnen lesen die Paper, um sich aktiv in die Diskussion einzubringen. Das erste Paper wird von Marco nächste Woche vorgestellt und ist auf ISIS zu finden.

9 Sonstiges

Offene Fragen werden diskutiert zum Beispiel wird geklärt, dass der Projektbericht in erster Linie die Fachreferate, die Protokolle der Exkursion und die Artikel zu den Messungen erhalten wird. Zur Veranschaulichung sollen nächste Woche exemplarisch alte Projektberichte mitgebracht werden.

Außerdem werden die TOPs für das nächste Plenum besprochen und festgelegt (siehe unten).

Marco: Projektberichte mitbringen

10 Führung durchs Institut

Bei der Führung durch das Institut für Ökologie wurde die Institutsbibliothek vorgestellt. Sie ist eine Bestandsbibliothek, einige Bücher und Zeitschriften sind auch im Sekretariat nebenan von Frau Stamm zu finden. Es steht hier ein kleiner Semesterapparat zur Verfügung. Die Öffnungszeiten der Bibliothek sind Dienstag 10-15 Uhr und Donnerstag 10-15 Uhr. Außerdem wurde der Computerraum vorgestellt, der ebenfalls genutzt werden kann. Für die Rechner lautet der Benutzername: Studi und das Passwort Oslo. Zum Schluss wurden noch die Büros von Britta und Marco gezeigt, die sich hinter dem Gebäudes AB1 in den Gebäuden AB2 und AB3 befinden.

Nächster Termin: 16.04.2012 10:00 - ca. 12:45 Uhr im Sozialraum (im Keller) TOPs:

1. Verabschiedung der TOPs (5 min)

2. Verabschiedung des Protokolls (10 min)

3. Paper-Club (45 min)

Pause (10 min)

4. Besprechung Online-Tests (30 min)

5. Exkursion (20 min)

6. Ausgabe der Fachreferate (30 min)

7. Sonstiges (15 min)

Moderation: Britta

Protokoll: Raoul

Mitbringen (ggf.): 5 € für Kaffeekasse


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Protokoll zum Plenum am 16.04.2012 (10:00 - 14:15 Uhr)

Protokollant: Raoul

Moderation: Britta

TeilnehmerInnen: Marco, Sebastian, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,

David, Christian, Michael

Tagesordnung:

1. Verabschiedung der TOPs

2. Verabschiedung des Protokolls(Plenum 10.04.2012, Britta)

3. Paper-Club

4. Pause

5. Verteilung der Artikel für den Paper-Club

6. Besprechung des Online-Tests

7. Exkursion

8. Ausgabe der Fachreferate

9. Verteilung der restlichen Aufgaben

10. Sonstiges


1 Verabschiedung der TOPs:

Die Gruppe ist zufrieden und die Tagesordnung wird so übernommen.

2 Verabschiedung des Protokolls vom 10.04.2012:

Das Protokoll von Britta wird diskutiert und für etwas ausführlich, sonst aber sehr gut befunden. Keine weiteren Anmerkungen.

3 Paper-Club:

Marco leitet den Paper-Club in Form eines Kurzvortrags ein. Zunächst werden einige Grundbegriffe zur Makro- und Mikroskala mit Unterstützung der Website: meteoblue.com definiert.

Fazit der Diskussion:

Der wissenschaftliche Artikel enthält nicht belegte Aussagen. Dazu kommt, dass viele dieser Aussagen nicht in Zusammenhang mit den Messergebnissen stehen. Der Artikel ist unter Gesichtspunkten des wissenschaftlichen Arbeitens mangelhaft strukturiert.

Dabei wird festgellt, dass das kritische Lesen eines Artikels nicht negativ, sondern im Gegenteil oft auch einen positiven Effekt erzielt.

Britta stellt als Verbesserungsvorschlag ein Beispiel vor, welches eine virtuelle Projektion darstellt. Mit dieser Projektion lässt sich eine Rastermessung für ein komplettes Gebiet durchführen.

Hinweis an Alle:

Leitfaden zum Lesen von wissenschaftlichen Artikeln auf ISIS.

4 Pause

Anhang

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5 Verteilung der Artikel für den Paper-Club:

Jeweils 2 Teilnehmer bereiten ein „Paper“ vor, um der Gruppe einen grundsätzlichen Überblick zu liefern.

Das erste Paper ist festgelegt, alle weiteren können auch selbst gewählt werden.

Hilfreiche Websites: AMS Journals

scholar.google.de

Termine: 24. April Meline, Christian

15. Mai Mareike, Alexandra

29. Mai David, Lukas

12. Juni Michael, Raoul

26. Juni Sebastian, Cortina

10. Juli Natascha, Cosima

Alle:

Frei gewählte „Paper“ müssen mindestens 2 Wochen vorher bekannt gegeben werden.

6 Besprechung des Online-Tests:

Der erste Test wurde mit einer guten Bilanz von allen Kursteilnehmern absolviert. Es gab kaum Probleme. Ein paar Beispielfragen aus dem Test werden zum besseren Verständnis besprochen. Die Testlösungen sind auch auf ISIS einsehbar.

7 Exkursion:

Die Exkursionsgruppe gibt einen ersten groben Überblick zu unserer Exkursion vom 11.6. – 14.6. in den Geopark Harz. Die An- und Abfahrt erfolgt mit VW-Bussen. Als Unterkunft wird uns das Haus der helfenden Hände dienen. Bisher anfallende Kosten für die Exkursion liegen bei ca. 100€ p. P.

Der Exkursionsantrag wird bis zum nächsten Plenum ausgefüllt mitgebracht.

Weitere Infos und einen genauen Programmfahrplan wird es ebenfalls am nächsten Dienstag geben.

8 Ausgabe der Fachreferate:

Im ersten Teil des Semesters fallen für alle Kursteilnehmer Fachreferate an.

Für weitere Infos und die Themenverteilung siehe auf ISIS.

9 Verteilung der restlichen Aufgaben:

Kursteilnehmer, die am 10.04.2012 nicht anwesend waren, werden jeweils einer Gruppe, zuständig für organisatorische Aufgaben, zugeteilt:

Präsentation: Mareike

Korrigieren: David

Layout: Michael


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10 Sonstiges:

Es wird ein Glossar für ein besseres Grundverständnis der Klimatologie eingeführt. Dazu sind Begriffe beispielsweise aus dem jeweiligen „Paper“ dort einzutragen.

Es gibt einen zusätzlichen 5. Online-Test zum Thema des wissenschaftlichen Arbeitens(siehe ISIS). Dieser soll im Anschluss an die ersten 3 Tests absolviert werden, um eine Hilfestellung für die Fachreferate, sowie die schriftliche Ausarbeitung zu geben.

Toyota Finance: Bei Fragen/Interesse zu/an diesem Programm bitte an Marco wenden.

Es wird festgelegt, dass die Moderatoren und die Protokollanten zu ihren Terminen auch für Kaffee und Tee zuständig sind. Also bitte jeweils 20min vorher da sein.

Für einige grundlegende Begriffe der Klimatologie wird meteoblue.com in die Tagesordnung übernommen. Bei Interesse kann ein Kursteilnehmer gerne einen kleinen Input bezüglich der auf der Website angezeigten Daten, Begriffe, etc. vorbereiten.

Literaturhinweise:

Aus der Reihe der Studienbücher der Geographie, Autor: Jörg Bendix , Geländeklimatologie, 2004

Christian-Dietrich Schönwiese, Klimatologie, 3. Auflage

Glossar

Einzutragen sind: Isothermie und freie Atmosphäre

An Marco:

Subsidienzinversion + Unterbegriffe.

Kaffeekasse:

Wer noch nicht bezahlt hat, bitte nicht vergessen. Es wäre unfair den Anderen gegenüber!




3. MeteoBlue (10 min)


Pause (10 min)

5. Besprechung Online-Test 2 (30-45 min)


7. Fragen und Probleme bezüglich der Fachreferate (15 min)


Moderation: Raoul

Protokoll: Lukas

Anhang

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Protokollant: Lukas

Moderation: Raoul

TeilnehmerInnen: Britta, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,

David, Christian, Michael, Sebastian, Raoul

Tagesordnung:


2. Verabschiedung des Protokolls vom 17.04.12

3. meteoblue

4. Paper Club

5. Pause

6. Besprechung des 2. Online-Tests

7. Exkursion

8. Probleme / Offene Fragen zu den Fachreferaten

9. Sonstiges


1 Begrüßung und Verabschiedung der TOPs:

Raoul eröffnet das Plenum und begrüßt die Gruppe, anschließend stellt er die TOPs vor, diese werden so übernommen.


Das Protokoll wird soweit als gut befunden, jedoch gibt es noch mehrere kleine Fehler, auf die Britta hinweist. Ergebnisse und Zusammenfassungen sind als ganze Sätze und ausführlich zu schreiben, sodass sie klar nachvollziehbar sind. Weiterhin sind Links auch als solche und mit direkter Internetadresse einzufügen. Falls es Hinweise auf Online - Arbeitsmaterial gibt, sollte auch hier der direkte Zugang mit Link und Adresse geschaffen werden.

In den inhaltlichen Punkten stimmen alle überein und das Protokoll wird verabschiedet.

Raoul: Protokoll überarbeiten

3 meteoblue:

Von den Teilnehmenden hat sich keiner speziell auf eine kleine Vorstellung im Plenum vorbereitet. Einige haben sich ein paar Karten angeschaut und auch für einen persönlichen Wetterüberblick genutzt. http://www.meteoblue.com/ de_DE/wetter/vorhersage/woche/berlin_de_10656 - meteoblue

Britta hat sich die Karte der relativen Topografie für die Vorstellung angeschaut und erklärt der Gruppe die Bedeutungen, sowie mögliche Auswirkungen der aktuellen Luftdruckverhältnisse. Dabei werden offene Fragen über verschiedene Themen wie Hoch- und Tiefdruckgebiete geklärt (Tiefdruckgebiete drehen sich entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, Hochdruckgebiete mit dem Uhrzeigersinn).

Michael: Vorbereitung der meteoblue Vorstellung für 08.05.12


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4 Paper Club

Meline und Christian stellen den Artikel – „Die angewandte Geländeklimatologie – Ein aktuelles Arbeitsgebiet der physischen Geographie“ kurz vor und geben einen Überblick, wie sie sich Diesen erschlossen haben und in welchen Schritten sie die Lesungen mit uns durchführen wollen.

Insgesamt ist der Text für alle gut zu verstehen, jedoch bereiten einige Abschnitte Probleme im Verständnis, da man teilweise Vorwissen benötigt um den Text gut zu verstehen. Folgende Begriffe konnten nicht geklärt werden: „empirisch statisch“ (S.7, 5.2, 2) und „empirisch statistisch“ (S.8 Tab. 4, 4), „genetisches Prinzip der Klimatologie“ (S.4, Z.3)

Der Artikel ist als überblicksartiger, zusammenfassender Artikel zu verstehen und enthält viele nützliche Informationen und grundlegende Definitionen für unsere Arbeit im Projekt. Er enthält zum Beispiel die wichtigen Definitionen der Klimaelemente und Klimafaktoren auf Seite 2. Wichtig ist auch für unsere Arbeit die Einteilung der Skalierung des Klimas nach einem vorhandenen Prinzip und einem dazugehörigen Autor!

Am Ende des Papers werden auf Grund der geringen Beteiligung Probleme der Teilnehmer analysiert, die bei der Bearbeitung aufgetreten sind. Dabei wird vor allem die Textmenge als größte Schwierigkeit geschildert.

Um eine bessere Zusammenarbeit zu ermöglichen muss sich jeder der Teilnehmer vorher intensiv mit dem Paper auseinandersetzen. Eine halbe Stunde reicht nicht aus!

Mareike und Alexandra stellen das nächste Paper - „Zur mikroklimatisch bedingten Fehlervariabilität von Niederschlagsmessungen“ am 08.05.12 vor.

Marco: Bitte um mögliche Begriffserklärungen zum 08.05.12

ALLE: gründliches Lesen der Paper!

5 Pause

6 Besprechung des 2. Online Tests

Der Test ist sehr gut ausgefallen. Es gibt keine weiteren Fragen. Eine Frage die einige Probleme bereitet hat, wird noch einmal erläutert.

Einige hatten technische Probleme, sollte dies wieder vorkommen sofort per Mail bei Britta oder Marco melden.

7 Exkursion

Vor der Exkursion wird es noch einen Probeaufbau der Messstationen geben, um eine reibungslosen Ablauf vor Ort zu gewährleisten.

Lukas und Raoul stellen den groben Exkursionsplan vor, dieser wird von ihnen noch in der nächsten Woche detailliert ausgearbeitet. Der Exkursionsantrag wurde soweit wie möglich von Britta, Alexandra, Raoul und Lukas ausgefüllt. Britta sieht ihn sich noch einmal mit Marco an und er muss spätestens beim nächsten Plenum abgeschickt werden.

Die Busse der TU sind leider ausgebucht, daher muss nach anderen Alternativen gesucht werden. Lukas würde einen PKW stellen, jedoch wird noch ein weiterer PKW benötigt. Gleichzeitig versucht die Exkursionsgruppe über die TU einen günstigen Mietbus zu organisieren. Cortina hat auch noch einen Kontakt zu einem günstigen Mietwagenangebot, auf das wir notfalls zurückgreifen können.

Zur Exkursion sollte jeder der einen Laptop hat diesen auch mitbringen. Wir werden schon während der Exkursion mit der Auswertung der Daten beginnen

Exkursionsgruppe: detaillierter Exkursionsplan, Fahrzeuge org. zur KW 18

ALLE: Laptop und Gesellschaftsspiele für Exkursion

Anhang

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und uns in diesem Zusammenhang mit Excel beschäftigen.

Für das Abendprogramm müssen wir selbst sorgen, dafür kann jeder Spiele etc. mitbringen.

8 Probleme / Offene Fragen zu den Fachreferaten

Inhaltlich gibt es keine Fragen zu den Referaten. Alle müssen beachten, dass zur Vorbereitung der Referate nur noch knapp 3 Wochen zur Verfügung stehen! Bei konkreten Fragen zu den Themen kann auch jeder Zeit eine Mail an Marco oder Britta geschickt werden.

Die Aufteilung der Gruppen für die zwei Termine wird wie folgt vorgenommen:

Gr.1-4 15.05.12 (Gr. 4 muss sich zur Sicherheit für diesen Termin vorbereiten.)

Gr.4-7 22.05.12

Alle Referatsthemen sollten, wenn möglich, einen Bezug zu unseren eigenen Messungen bekommen. Dafür steht auf der Fachgebietsseite http://www.klima.tu-berlin.de/index.php?show=lehre_E-Learning_aws&lan= eine Liste mit den Messgeräten zur Verfügung, die wir vor Ort verwenden werden.

ALLE: Ausarbeitung Fachreferate!

9 Sonstiges

Für die Moderation wird die Teilnehmerliste alphabetisch nach unten abgearbeitet. Wer beim nächsten Plenum Protokollant ist steht immer am Ende des Protokolls.

3. und 4. Online Test

Britta öffnet die nächsten beiden Tests für zwei Wochen. Beide sind also bis spätestens 07.05.12, 9.00 Uhr zu lösen.

ALLE: Online Tests 3 und 4 bis zum 07.05.12 durchführen.




3. meteoblue mit Michael (10 min)


Pause (10 min)

5. Besprechung Online-Test 3 und 4 (40 min)


7. Fragen und Probleme bezüglich der Fachreferate (20 min)


Moderation: Lukas

Protokoll: Christian


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Protokollant: Christian

Moderation: Lukas

TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,

David, Michael, Christian

Tagesordnung:



3. meteoblue mit Michael

4. Besprechung der Online-Tests 3 und 4

5. Pause

6. Exkursion

7. Offene Fragen/Schwierigkeiten bei den Fachreferaten

8. Sonstiges



Lukas eröffnet das Plenum und begrüßt die Anwesenden. Der Tagesordnungspunkt „Paperclub“ löst eine Diskussion aus, da vorab zwei verschiedene Termine bekannt waren. Der Moderator beschließt den Tagesordnungspunkt zu streichen, da nicht alle den Text gelesen haben. Das Paper soll im nächsten Plenum vorgestellt werden.

Mareike und Alexandra: 2.Paper vorstellen, zum 05.06.


Das Protokoll wird als gut befunden. Marco gibt einige kleinere Hinweise. Internetadressen sollten stets vollständig angegeben werden. Anmerkung bezüglich des Glossars: es wurden einige neue Begriffe aufgenommen.

Lukas: Protokoll überarbeiten

3 meteoblue:

Michael hat sich den Begriff UV-Index herausgesucht und stellt diesen vor. Er erklärt, dass es sich um eine Skala handelt, die die Belastung durch schädliche (hautkrebsverursachende) UV-Strahlung angibt. Marco fragt danach, wie es zu der Skaleneinteilung kommt, beziehungsweise wie die Berechnung derselben erfolgt. Diese Frage bleibt offen, Michael erklärt sich bereit eine Antwort zu diesem Sachverhalt zum nächsten Plenum nachzureichen.

Im Anschluss erfolgt noch eine kurze Ansicht verschiedener Karten (aktuelle Wetterlage für Mitteleuropa, Windgeschwindigkeit) bei meteoblue, Marco erklärt die Funktion der Isobaren als ‚Antriebsfedern‘.

Michael: Ergänzung der meteoblue Vorstellung (Berechnung UV-Index) zum 15.05.

Anhang

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4 Besprechung der Online-Tests 3 und 4:

Test ‚Meteorologische Messungen‘

Der dritte Test ist sehr gut ausgefallen, es gibt dementsprechend wenige Fragen. Diese werden kurz geklärt: Es ist nötig ein Thermometer im Schatten aufzustellen, da das Strahlungsschutzgehäuse keinen hundertprozentigen Schutz bietet. Schotter ist deshalb heißer als Asphalt, da die Luft zwischen den Steinen eine stark isolierende Schicht bildet, wodurch die Ableitung der Wärmestrahlung blockiert wird. Windstille am Messstandort ist ein wichtiges Kriterium, da bereits bei leichtem Wind erhebliche Messfehler auftreten können.

Test ‚Wissenschaftliches Arbeiten‘

Es wird zunächst noch einmal gesagt, weshalb dieser Test eingeführt wurde. Er soll das Bewusstsein für genaues Arbeiten mit der Formatvorlage schärfen. Die Formatvorlage gewährleistet, dass Quellen stets problemlos nachvollzogen werden können. Die Ergebnisse des Tests sind gut. Da bei einer Frage zwei Antworten richtig gewertet wurden, ergibt sich für Einige noch eine Verbesserung der ursprünglichen Note. Britta wird die Antworten noch einmal einsehbar machen.

Marco und Britta geben mehrere Hinweise: Mit dem Tool JabRef (http://jabref.sourceforge.net/) ist es möglich, Literatur einfacher zu verwalten. Falls aus zwei Publikationen rezitiert wird, müssen diese mit ‚A‘ und ‚B‘ gekennzeichnet werden. Wörtliche Zitate sollten möglichst selten eingesetzt werden, da diese unreflektiert wirken. Im Anschluss wird im Plenum darüber abgestimmt, ob bei sinngemäßen Zitaten die Seitenzahl angegeben werden sollte. Dies wird mit 8 zu 2 Stimmen bejaht.

Britta: Antworten für Test 4 einsehbar machen.

5 Pause

6 Exkursion:

Lukas verweist darauf, dass die Informationen über die Kosten nun auf ISIS zu finden sind. Für die Verteilung der Lunchpakete soll eine Liste erstellt werden, in welche die Projekteilnehmer eintragen können, ob sie ein Paket möchten oder nicht. Daraufhin werden die Transportmöglichkeiten abgewogen. Aufgrund der schlechten Nahverkehrsanbindungen ist das Zugfahren keine realistische Option. Da noch immer ein Auto für die Privat-PKW-Lösung fehlt, wird sich schließlich für die Mietvariante entschieden. Alexandra wird sich um die erforderliche Kaution kümmern. Zum Zeitplan gibt es einige Anmerkungen. Beim Daten-Handing geht es um selbstständiges Arbeiten, es wird eine Dauer von ca. 2-3 Stunden veranschlagt, im Anschluss soll eine etwa 15-minütige, kurze Vorstellung des Arbeitsstands erfolgen. Die Messungen werden auf einem Trockenrasen-, einem Wald- und einem Moorstandort durchgeführt. Es werden Messwerte zum Klima, zur Luftfeuchte und zur Strahlungsbilanz erhoben. Der Probeaufbau der Messstationen findet am 05.06. statt. Ferner müssen mehrere (mindestens 3) Daten- sowie Aufbau- und Abbauprotokolle vorbereitet werden. Diese werden in den Projektbericht integriert. Britta will diesen zum besseren Verständnis hochladen.

Alexandra: baldmöglichst um Kaution kümmern

Alle:

Am 05.06. unbedingt anwesend sein!

Britta:

Projektbericht aus dem letzten Semester hochladen

7 Offene Fragen/Schwierigkeiten bei den Fachreferaten:

Diesmal werden einige Fragen geklärt und mehrere Hinweise gegeben. Im Hinblick auf den Bezug zum Harz sollte Internetrecherche betrieben werden. In der Universitätsbibliothek ist es möglich, sich im Magazin Diplomarbeiten anzusehen. Weitere hilfreiche Seiten: Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung (http://www.pik-potsdam.de/pik-startseite);GFZ Potsdam(http://www.gfz-potsdam.de/ portal/gfz/home;jsessionid=FF6CC55AC333B8341F976A888FD1B75C).

http://jabref.sourceforge.net/


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Die vorläufigen Gliederungen können jederzeit per E-Mail an Britta oder Marco geschickt werden, ebenso konkrete Fragen zum Thema.

8 Sonstiges:

Am 22.05. besucht uns eine Gastrednerin aus Kanada. Sie wird einen ca. 30-minütigen Vortrag über Mikro/Makroskalen halten und auf weitere geländeklimatologische Fragen (z.B. wozu brauche ich ein Modell?) anhand eines konkreten Beispiels, einem Gletscher im Nordwesten Tibets, eingehen. Der Vortrag wird auf Englisch gehalten, wir können uns im Vorhinein Fragen überlegen. Diese müssen nicht unnötig kompliziert sein, sondern dürfen sich ruhig nach dem derzeitigen Wissensstand richten.

Alle: Vortrag am 22.05. zum Thema Geländeklimatologie

Nächster Termin: 15.05.2012 10:00 - ca. 13:15 Uhr im Seminarraum AB08 TOPs:

1. Begrüßung und Verabschiedung der TOPs (5 min)


3. meteoblue (10 min)

4. Referate 1 und 2 (60 min)

Pause (10 min)


6. Beschließung der TOPs für das nächste Plenum (10 min)


Moderation: Christian

Protokoll: Meline

Anhang

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ProtokollantIn: Meline

Moderation: Christian

TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Natascha, Sebastian, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,

David, Michael, Christian

Tagesordnung:



3. meteoblue mit Michael

4. Referate 1 und 2

5. Pause

6. Referate 3 und 4

7. Sonstiges

8. Beschließung der TOPs für das nächste Plenum



Christian begrüßt uns zum heutigen Plenum. Michael, der zum TOP3 die Berechnung des UV-Index‘ ergänzend zum letzten Plenum vorstellen möchte ist noch nicht anwesend. Christian beschließt das Plenum wie geplant zu beginnen und hält die Option offen, die meteoblue-Vorstellung zu verschieben.

2 Verabschiedung des Protokolls vom 08:05.2012:

Christian entschuldigt sich für das verspätete Protokoll.

Das Protokoll wird für vollständig befunden. Lukas merkt an, dass Christian wie in der Woche zu vor die vollständigen Links nicht in das Protokoll aufgenommen hat. Mareike bemerkt, dass es zur leichteren Zuordnung hilfreich wäre, wenn die Online-Tests mit Titeln benannt wären und nicht mit Ziffern. Britta bemerkt, dass bezüglich der Überarbeitung der Zitiervorlage ein Fehler aufgetreten ist: Die Benennung unterschiedlicher Publikationen eines Autors, welche innerhalb des gleichen Jahres veröffentlich wurden mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet werden. Beispiel: SCHÖNWIESE 2000a

Die Zeiteinheiten im Protokoll sind nicht einheitlich. Zwischen Zahl und Einheit gehört generell ein Leerzeichen.

Des Weiteren kommt unsere Gastrednerin vom 22.05. nicht aus Tibet sondern aus Kanada.

Christian: Protokoll überarbeiten

Meline:

Zitiervorlage verbessern und hochladen

3 meteoblue:

Michael ist (noch) nicht anwesend. Christian beschließt den TOP offen zu lassen und eventuell zu verschieben.


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4 Referat 1 und 2:

Referat 1- Regionalklima Harz (Natascha und Sebastian)

Natascha und Sebastian teilen ihr Handout aus. Das Referat überschreitet die vorgegebene Zeit. Anschließen werden Fragen geklärt und Anmerkungen gemacht, dabei ergibt sich, dass bei Grafiken zum Datenvergleich auf einheitliche Skalen geachtet werden sollte. Außerdem sollten wir vorsichtiger bei der Interpretation von Daten vorgehen und eine Aussage über Ursache-Wirkung vermeiden. Marco ergänzt, dass die Fruchtbarkeit der Magdeburger Börden nicht einzig auf das Klima sondern vor Allem auf die Speicherfähigkeit des Lößbodens zurückzuführen ist.

Natascha und Sebastian sollen bei ihrer Ausarbeitung der Schwerpunkt Auf das Klima legen. Geographisch sollten sie verstärkt auf das nördliche Gebiet des Harz‘ eingehen.

Referat 2 – Gelände und Niederschlag (Mareike)

Mareike hält ihr Referat allein und hält sich an die Zeitvorgabe der 20min.

Aus der anschließenden Besprechung geht hervor, dass nicht darauf eingegangen wurde welche Messgeräte wir auf der Exkursion verwenden werden. Marco erklärt, dass der Niederschlagsmesser nach Hellmann ebenfalls ein Totalisator ist. Auf der Exkursion werden wir einen Totalisator mit Waage verwenden, wir brauchen also keine Niederschlagsmengen ablesen. Es wird ergänzt, dass es sich bei dem „Signal“, dass für den Niederschlagsradar ausschlaggebend ist um ein Echo handelt. An dieser Stelle verweist Marco auf die Differenzierung zwischen aktiven und passiven Messprinzipien. Dies sollte in der Ausarbeitung erwähnt werden. Außerdem sollte verstärkt auf andere Formen der horizontalen Niederschlagsentstehung eingegangen werden. Ggf. könnte an der Entstehung der verschiedenen Niederschlagsformen auch gekürzt werden.

Bei den Ausarbeitungen dürfen wir gerne auch auf im Projekt behandelte Paper verweisen.

5 Es wird vorgeschlagen vor der Pause den TOP 3 nachzuholen, da Michael mittlerweile anwesend ist.

Der UV-Index kann nicht gemessen werden. Lediglich die Energie der UV-Strahlen wird gemessen. Daraus kann dann Der UV-Index berechnet werden. Marco zeigt uns diese im Internet (www.uv-index.ch/de/uvindex/berechnung_s.html)und erklärt, dass diese auf empirischer Grundlage erstellt wurde, weshalb die Globalisierung dieses Index‘ eine Gefahr bedeuten kann. Er ergänzt, dass es bei der Messung der UV-Strahlen wichtig ist ein Messgerät zu nutzen, welches nur die Strahlung des Wellenlängenbereiches 250-400nm registriert. Auf die Frage von Michael hin, ob wir auf der Exkursion den UV-Index berechnen könnten wird geklärt, dass wir lediglich die Globalstrahlung messen, welche einen wesentlich größeren Bereich an Strahlung misst. Wir werden den UV-Index also nicht berechnen können.

Pause

Nach der Pause zeigt und Marco noch einmal mit Hilfe einer Grafik an der Tafel wie man sich die die integrale Messung von Strahlung in einem gewissen Wellenlängenbereich vorzustellen hat.

Anhang

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6 Referat 3 und 4

Referat 3: Gelände und Lufttemperatur (Cortina und Cosima)

Auch Cortina und Cosima halten sich an die Zeitvorgabe und sind nach etwa 20 min mit ihrem Referat fertig. In der anschließenden Fragerunde dreht es sich vor allem um das vorgestellte Wetterphänomen der Bodeninversion. Cosima erklärt auf Nachfrage von Marco erneut, wie man sich das „Anheben“ der Inversionsschicht durch vom Berg kommende Kaltluftströme vorzustellen hat. Bodeninversionen können sowohl durch mechanische als auch durch thermische Turbulenzen aufgelöst werden. Marco betont dass es sich bei der Lufttemperatur um die Bewegungsenergie der Luft handelt. Formal wird bemerkt, dass Abbildungen die Präsentation gestützt hätten (gilt auch für Mareike). Bei Datenvergleichen sind Tabellen und/oder Diagramme einprägsamer als eine Auflistung der Daten.

Referat 4: Michael hat sein Referat nicht zu heute vorbereitet. Aus den Vorherigen Protokollen geht hervor, dass das Referat hätte gehalten werden sollen. Es wird auf kommendes Plenum verschoben.

Wir legen fest, dass die Präsentationen im pdf-Format auf die ISIS geladen werden sollen (https://www.isis.tu-berlin.de/mod/data/view.php?id=237390)

ALLE:

Für das kommende Plenum mehr Zeit einplanen. (Ca. bis 14 h)

Präsentationen auf ISIS hochladen

7 Sonstiges:

Exkursion

Lukas hat doch noch einen Bus von der TU organisiert bekommen, dadurch werden die Exkursionskosten für alle sinken. Die Fahrtkosten werden jetzt p.P. max. 17€ betragen. Lukas wird den Bus fahren und bereits am Freitag vor der Exkursion abholen. Er wird sich außerdem um das Übergabeprotokoll kümmern. Alle Projektteilnehmer über ISIS angegeben, ob sie ein Lunchpaket mitgebucht haben wollen. Die Termine für die Harzwanderung und die vegetationsfachliche Führung stehen fest: Am Dienstag wird zweiteres ganztägig stattfinden. Am Abend bleibt die Möglichkeit den Paperclub zu veranstalten. Am Mittwoch findet dann die Harz Exkursion statt.

Brittas Exkursionsfinanzierung ist unklar, da wir offiziell nur eine Betreuungsperson bräuchten.

Mareike merkt an, dass es sinnvoll wäre für jeden Bus einen ErsatzfahrerIn für einen Krankheitsfall festzulegen und sich um die jeweiligen Fahrerlaubnisse zu kümmern. Sebastian und Cortina erklären sich hierfür bereit. Lukas kümmert sich um die Anträge.

Probeaufbau/- abbau (05. und 07.06.12)

Lukas:

Übergabeprotokoll f. d. Bus,

Fahrerlaubnisformular für Sebastian und Cortina

Mareike:

Organisation und Verteilung der Protokollführung

ALLE:

Uhrzeit für

Abbau über-

legen.

8 Feedback für die Referate

Die Integration von Bildern und Grafiken und das Verwenden von weniger Schrift sind hilfreich um mehr Aufmerksamkeit vom Publikum zu bekommen. Auch das Verwenden eines Laserpointers oder Zeigestocks kann helfen.

Genrell ist es höflicher im Stehen zu Referieren.

Das Zeitmanagement soll besser funktionieren und durch die Moderation koordiniert werden.

TOPs für das nächste Plenum

ALLE:

Fragen an Emily vorbereiten


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Wir hören nächste Woche die restlichen 4 Referate und den Vortrag von Emily.

Anmerkung Meline:

Bei der Besprechung der TOPs für das nächste Plenum wurde nicht die Vorstellung des Rieseberger Moors angesprochen. Dieser Tagesordnungspunkt war aber vor 2 Wochen etwa für den 22. angepeilt. Wollten das Britta oder Marco machen? Außerdem hatte ich mir notiert, dass wir die Finanzen für die Exkursion klären wollten und ggf. bereits das Geld einsammeln. Ich würde diese Punkte jetzt bei Sonstiges einordnen und ansprechen.

Nächster Termin: 22.05.2012 10:00 - ca. 14 Uhr im Seminarraum AB08 TOPs:



3. Vortrag Emily und anschließende Diskussion (60 min)


Pause (15 min)


6. Sonstiges, Exkursion (10 min)


Moderation: Meline

Protokoll: Cosima

Anhang

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Protokollant: Cosima

Moderation: Meline

TeilnehmerInnen: Marco, Sebastian, Natascha, Alexandra, Britta, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,

David, Christian

Tagesordnung:

1. Verabschiedung der TOPs

2. Verabschiedung des Protokolls

3. Vortrag Emily Collier (Pause)

4. Referate 4 und 5

5. Referat 6 und 7

6. Sonstiges

7. Beschließung der TOPs für das nächste Plenum am 29.05.


1 Verabschiedung der TOPs:

Meline begrüßt das Plenum und stellt die TOPs vor.


Das Protokoll wird besprochen und es werden Verbesserungen zur Beschreibung des Totalisators und der Definition von Luft angemerkt. Die Änderungen werden von Meline übernommen.

Natascha wird sich beim DWD über Karten erkunden. Natascha und Marco werden sich noch darüber austauschen, welche Daten/Karten wichtig sind.

Natascha: DWD-Karten

3 Vortrag Emily:

Marco stellt unsere Gastrednerin Emily Collier vor. Emily kommt von der Universität von Alberta und referiert über das numerische Klimamodell.

Die meisten Klimamodelle basieren auf physikalischen Prinzipien. Es werden physikalische Prozesse eines Gebiets studiert. Diese Annahmen werden mit dem Klimamodell angeglichen. Es wird die Physik also von der Makroskala auf die Mikroskala runter gezogen („downscaling“).

Emily erforscht regionale Klimamodelle zur Massenbilanz von Oberflächen bei Gletschern. Ihr Forschungsgebiet ist die Karakoram Region im Nordwesten des Himalayas. Sie arbeitet mit zwei Klimamodellen, dem GCM (global circulation model) und ihrem Massenbilanzmodell, welches sie vom WRF (weather research and forecasting model) antreiben lässt. Ihre Aufgabe besteht darin die Wechselwirkung zwischen den beiden Modellen zu analysieren.

Das WRF ist ein Community-Projekt (open source model). Je mehr es auf der Welt


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angewendet wird, desto mehr erhöht sich die Übertragbarkeit. Regionale Modelle sind spezifisch und müssen häufiger validiert werden um genaue Aussagen zu treffen

Pause

4 Referat 4 und 5:

Referat 4 entfällt, da Michael nicht anwesend ist.

Meline und Alex halten ihr Referat über Globalstrahlung und Gelände.Die Zeit wurde diesmal bei allen Vorträgen eingehalten.

Bei der anschließenden Fragerunde wird noch mal auf die blaue Farbe des Himmels eingegangen. Die Streuung und Reflexion (an Luftteilchen) sind die Ursache, damit wir überhaupt Farben sehen. Reflexion ist abhängig von Größe des Reflexionskörpers und der Wellenlänge. Luftmoleküle sind klein genug um Blau zu streuen. Bei Wolken sind die Wassertropfen sehr groß, dadurch wird das ganze Spektrum gestreut.

5 Referat 6 und 7:

Christian und David tragen ihr Referat über Luftfeuchtigkeit und Gelände vor.

Im Anschluss wird u.a. der Unterschied zwischen Evaporation und Transpiration erläutert. Evaporation ist der passive Teil bei der Umwandlung vom Aggregatzustand flüssig bis gasförmig (z.B. Auflösung der Wasserstoffbrückenbindungen). Transpiration ist der aktive Vorgang durch lebende Wesen (z.B. Pflanzen können Spaltöffnungen schließen).Lukas referiert über Wärmebilanz und Gelände.

Lukas stellt u.a. Formeln zur Berechnung von latenter Wärme, fühlbarer Wärme etc. vor. Marco fragt die Runde wie im Allgemeinen unsere Messstation aufgebaut sein müsste.

Es gibt 2 verschiedene Formen der Wärmeübertragung: turbulente (durch Wind) und molekulare Wärmeübertragung (Zusammenschluss von Teilchen).

6 Sonstiges:

Nächstes Plenum stellen alle ein paar Hypothesen zur Ausarbeitung bezüglich des Exkursionsgebietes vor (Wenn-Dann-Formulierungen)

Exkursion:

Lukas erweitert für das nächste Plenum den Exkursionsplan.Es wird noch auf die Empfangsbestätigung des Antrags für die Ersatzfahrer (Cortina und Basti) gewartet.Alex bezahlt mit dem Geld aus der Kaffeekasse zwei Rollerball Pens aus dem TU-Shop.

Die Kosten für die Exkursion werden nächstes Plenum vorgestellt. Im Laufe der Woche wird wahrscheinlich die Zuschussbestätigung eintreffen. Nächstes Plenum stellen Alex und Lukas die Kosten für die Exkursion vor (Raoul muss raus gerechnet werden).Der Aufbau der Messgeräte erfolgt am 5.6.

Es wird festgelegt, dass beim Abbau am 7.6. ab 13 Uhr alle anwesend sein sollen.

Meline lädt noch die geänderte Zitiervorlage, sowie die Formatvorlage bei ISIS hoch.

An ALLE:

Hypothesen aufstellen bis 29.05.

ALLE: Aufbau 5.6

Abbau 7.6. 13 Uhr

ALLE:

Über Rieseberger Moor selbst schon mal informieren

Anhang

135

Nächster Termin: 29.05.2012 10:00 - ca. 13:40 Uhr im Seminarraum AB08 TOPs:



3. Referat 4 (30 min)


Pause (10 min)

5. Brittas Input über Rieseberger Moor (15 min)

6. Messkonzept und Hypothesen (60 min)


Moderation: Cosima

Protokoll: Sebastian


136


ProtokollantIn: Sebastian

Moderation: Cosima


Michael, Christian

Tagesordnung:



3. Referat „Wind und Gelände“ von Michael

4. Paper-Club – Lukas/David

Pause

5. Vorstellung des 3D Ultraschallanemometers und des Exkursionsgebietes

6. Fragenkatalog

7. Sonstiges



Cosima begrüßt uns zum heutigen Plenum. Michael und David sind noch nicht anwesend. Cosima beschließt das Plenum wie geplant zu beginnen.


Das Protokoll wird für vollständig befunden. Anmerkungen sind im Vorhinein schon von Britta geäußert worden.

Cosima: Protokoll überarbeiten

3 Referat „Wind und Gelände“ von Michael

Da Michael jetzt im Anschluss sein Referat halten sollte, er aber nicht anwesend ist, beschließt Cosima den Paper-Club vorzuziehen und den Top ´Referat´ offen zu lassen und vorerst zu verschieben.

Paper-Club – Lukas/David

David ist nicht anwesend, sodass Lukas das Paper „Abbau nächtlicher Bodeninvasion durch konvektive Prozesse.“ (Klöppel, 1980) allein vorstellt.

Nachdem Lukas den Inhalt zusammenfasst, fällt es im schwer eine klare Struktur in seine Vorstellung zu bringen. Marco springt ein und verdeutlicht, dass zu Beginn einer Papervorstellung der Untersuchungsgegenstand klar definiert werden muss. Dies soll mit den grundlegenden Fragen: was, wo, wie, wann, warum erreicht werden. Des Weiteren soll bei Unverständnis einzelner Begriffe nachgelesen und bei Zusammenhängen die Primärquelle einbezogen werden.

In der Gruppe wird versucht, dass Paper weiter zu analysieren. Zum einen ist die Erkenntnis, dass wenn Formeln aus Primärquellen in ein Paper eingebracht werden, diese als richtig angesehen werden können. Somit soll verhindert werden, dass eine Aufschlüsslung der Formeln das Interesse auf den „wichtigen“ Teil des Papers

alle:

Paper von Miegel (1995) sorgfältig nach Anleitung lesen zum 05.06.2012

Anhang

137

mindert. Zum anderen macht uns die Analyse der Abbildungen klar, dass auch negative Aussagen in einem Paper getroffen werden können.

Außerdem sollte dem Lesen eines Papers mehr Zeit gewidmet werden.

3 Referat „Wind und Gelände“ von Michael

Michael ist mit Verspätung eingetroffen und hält seinen Vortrag. Anschließend werden viele Fragen gestellt. Details aus dem Vortag werden durch Michael nur teilweise geklärt. Marco weist darauf hin, dass auch bei einfachen Abbildungen auf den Maßstab geachtet werden muss, um die Richtigkeit der Aussage durch die Abbildung gewährleisten zu können.

Präsentation auf Isis hochladen

Pause

5 Vorstellung des 3D Ultraschallanemometers und des Exkursionsgebietes

Britta stellt das 3D Ultraschallanemometer vor, welches wir zur Messung des Windes während der Exkursion nutzen.

Zum nachlesen auf der Internetseite des Fachgebietes:

http://www.klima.tu-berlin.de/index.php?show=lehre_E-Learning_aws-wind&lan=de

Danach gibt uns Britta durch Fotos Einblicke in unser Exkursionsgebiet.

Alle:

Für die Exkursions-woche ist festes Schuhwerk notwenig

6

Fragenkatalog

Durch eine Gruppendiskussion in Verbindung mit einer Übersicht unseres Exkursionsgebietes sind Schwerpunkte gefunden worden, die die Standorte der Messstationen bestimmen sollen. Die Schwerpunkte sind in folgende Fragen gebettet:

1 – Findet ein Einflusses des Harzes auf das Mikroklima des Rieseberger Moor statt?

2 – Ist die Tagesamplitude standortabhängig (Wald–Lichtung–offenes Feld)?

3 – Wie groß ist der Einfluss des Himmelsichtfaktors auf die Temperatur?

4 – Beeinflusst die Vegetation die Niederschlagsmessung (Taubildung–Luftfeuchtigkeit)?

5 – Wie ausgeprägt ist die Energiebilanz nach Standorten?

6 – Wie weit beeinflusst das Moor die Luftfeuchtigkeit nach außen hin? Kann ein Übergangsgebiet festgestellt werden?

7 – Gibt es zwischen Moor und dem Wald große Unterscheide? Ist eine Kartierung für die Klimatologie anwendbar?

8 – Gibt es für typische Standorte veröffentlichte Werte, die im Exkursionsgebiet verglichen werden können?

Aufgabe an alle:

Jeder soll sich zum nächsten Plenum Gedanken machen, mit welcher Frage er sich während der Exkursionswoche beschäftigen möchte. Es sollen Informationen gesammelt werden, Methoden angesprochen werden, die in der Gruppe öffentlich diskutiert werden können. Dadurch erreichen wir, dass im Voraus geklärt ist, wo wir was messen. Außerdem stellt diese Vorarbeit auch ein Teil der Papers dar, der im

Alle:

sich mit einer Frage zum nächsten Plenum beschäftigen

Lukas: Kostenplan


138

Anschluss der Exkursionswoche erstellt werden soll.

Bezüglich der Beantwortung der Fragen kann sich in Gruppen (1-3 P.) zusammengefunden werden.

Die Möglichkeit, sich mit einer anderen nicht aufgeschriebenen Frage zu beschäftigen, ist eingeräumt.

Sonstiges:

Lukas stellt den Kostenplan für die Exkursionswoche vor und es wird abgestimmt, dass das Geld innerhalb der nächsten Wochen auf das Konto von Alexandra überwiesen werden soll. Genaue Deadline wird beim nächsten Plenum angesagt.

auf ISIS hochladen

Nächster Termin: 05.06.2012 10:00 - ca. 14 Uhr im Sozialraum TOPs:



3. Paper-Club Mareike/Alexandra (80 min)

Pause (15 min)

4. Fragenkatalog (60 min)

5. Sonstiges, Exkursion (15 min)


Moderation: Sebastian

Protokoll: Mareike

Anhang

139


ProtokollantIn: Mareike

Moderation: Sebastian


David, Michael, Christian, Alexandra

Tagesordnung:



3. Paper-Club Mareike/Alexandra

Pause

4. Fragenkatalog

5. Exkursionsbericht

6. Sonstiges, Exkursion

7. Aufbau der Messstationen



Sebastian begrüßt uns zum heutigen Plenum und stellt die TOPs vor.

2 Verabschiedung des Protokolls vom 29:05.2012:

Ein To Do wurde nicht im Protokoll aufgenommen. Es sollte bis zum 03.06.12 Fragestellungen und Hypothesen bezgl. unserer Messungen im Hartz auf Isis hochgeladen werden. Diese Abgabe wurde verschoben auf den 08.06.12. Desweiteren wurden kleinere Rechtschreibfehler angesprochen.

Sebastian: Protokoll überarbeiten

Alle: bis zum 08.06.12 Hypothesen online stellen

3 Paper-Club Mareike/Alexandra:

Alexandra und Mareike stellen das Paper „Zur mikroklimatisch bedingten Fehlervariabilität von Niederschlagsmessungen“ vor.

Mareike fasst den ersten Teil des Artikels kurz zusammen. Bevor Alexandra den zweiten Teil vorstellt, werden die Abbildungen genauer betrachtet. Hier stellt sich heraus, dass die Abbildungen teilweise fehlerhaft beschriftet wurden und somit die Qualität des Artikels sinkt. Marco weißt darauf hin, dass Abbildungen ein wichtiges, unterstützendes Mittel sind. Die im Artikel vorgestellte Doppelanalyse und die zur Darstellung von Niederschlag verwendeten Säulendiagramme eignen sich auch gut für die Auswertung unserer Messwerte während der Exkursion.

4 Fragekatalog:

Lukas: In welchem Verhältnis stehen der latente und der sensible Wärmestrom auf einem bodentrockenen und bodenfeuchten Standort? Hypothese: Auf dem trockenen Standort wird sich der sensible Wärmestrom im


140

Verhältnis zum latenten Wärmestrom besser entwickeln als auf dem feuchten Standort, da wird es genau umgekehrt sein. In welcher Größenordnung steht dazu der Bodenwärmestrom? Können wir diesen vielleicht einschätzen? Hypothese: Auf dem feuchten Standort wird der Bodenwärmestrom eine höhere Dämpfungstiefe haben, jedoch wird er auf Grund der Verdunstungskälte schneller wieder abfallen. Haben Moorflächen auf der Makroebene eine Bedeutung? Können diese die Wärmeentwicklung auf der Erde beeinflussen?

Zur Überprüfung der Hypothese fehlen während der Exkursion allerdings die richtigen Messgeräte

Michael/Sebastian: Wind trägt zur Temperaturdurchmischung bei. Hypothese: Je stärker der Wind ist, desto stärker kommt es zur Temperaturdurchmischung.

Messung der Temperatur bei Wind und Windstille. Wie kann die Differenz am besten Graphisch dargestellt werden

Cosima/Cortina: Bzgl. der Temperaturamplitude wird die Hypothese aufgestellt, dass die Temperatur auf offener Fläche höher ist als im Wald.

Was genau soll gemessen werden? Ist z.B. auch die Bodenbedeckung zu berücksichtigen?

Mareike/Natascha: Hypothese: In windgeschützter Umgebung wird mehr Niederschlag gemessen als auf einem freien Feld.

Da nicht mit Sicherheit gesagt werden kann, ob es regnet, soll sich genauer mit dem Thema Tau befasst werden. Wann tritt Tau ein? Welche messergebnisse werden erwartet? Etc.

David/Christian: Wie viel Wasser entsteht durch Verdunstung? Gibt es eine höhere Verdunstung bei Vegetation?

Zusammenarbeit mit Lukas wird vorgeschlagen, da beide Themen miteinander verknüpft sind. Marco schlägt vor Messgeräte für die Bodentemperatur zu kaufen und wird sich nach einem Bodenfeuchtemessgerät erkundigen

Meline/Alexandra:

Es gab Schwierigkeiten zum Thema Globalstrahlung Hypothesen aufzustellen.

Vegetation und Strahlungswerte. Weisen verschiedene Pflanzengruppen unterschiedliche Strahlungswerte auf?

Jeder soll sich bis zum 08.06.12 weitere Fragen und Hypothesen überlegen und auch Literatur zur Vorbereitung nutzen. Bei Fragen kann jederzeit eine Email an Marco und Britta gesendet werden.

Es steht noch die Frage offen, in welchem Umfang der Artikel geschrieben und bis wann dieser abgegeben werden soll.

Marco: Messgerät für Bodenfeuchte

08.06.12

Fragen und Hypothesen auf Isis stellen

Britta und Marco:

Bitte Info an uns

5 Exkursionsbericht

Meline und Natascha stellen die erste Gliederung für den Projektbericht vor. Marco bittet darum, die Gliederung noch einmal zu überarbeiten und weniger zu untergliedern. Es soll außerdem zwischen Vorwort und Einleitung unterschieden werden. Das Vorwort soll sich damit befassen, was im Projekt behandelt wird und die Einleitung soll kurz Vorstellen was im Folgenden Exkursionsbericht vorgestellt wird.

Nach einer Diskussion darüber wie der Bericht gegliedert und in welcher Reihenfolge

Meline u Natascha:

Gliederung überarbeiten

Anhang

141

dieser geschrieben werden soll ,wird sich auf folgende Reihenfolge geeinigt:

Vorwort – Einleitung – Projektgebiet – Klimaelemente – Material und Methoden – Ergebnisse – Fazit

Das Fazit soll aus einer gemeinesamen Diskussionsrunde am 03.07.12 entstehen. Hier wird das Projekt Revue passiert und ausgewertet.

Da die Layout Gruppe viel zu tun hat, schließt sich David der Gruppe an.

Folgende Punkte sollen von jedem bis zur nächsten Woche überprüft werden:

- Es sollen maximal 3 Unterüberschirften vorhanden sein. Je weniger desto besser

- Alle die ein Kapitel zur Exkursion haben, diesen bitte wie folgt ändern: Ausblick auf due geländeklimatologische Feldmessung

- Alle Abbildungen überprüfen ob sie korrekt sind und in s/w gedruckt werden können

- Alle Abbildungen aus dem Text entfernen und in einen extra Ordner packen und beschriften

- Überprüfen ob die Formatvorlage korrekt übernommen wurde

Alle: Referat auf Richtigkeit überprüfen wie links aufgeführt

6 Sonstiges, Exkursion

Lukas verteilt den Zeitplan und die Kostenkalkulation an alle. Er klärt noch einmal, ob Handtücher und Bettwäsche mitgebracht werden muss.

Das Geld bis Ende der Woche an Alexandra überweisen und weitere 5 € einplanen, die Alexandra für den Einkauf der Speisen und Getränke für unsere Abschlussbesprechung benötigt.

Wer einen Rothmaler oder andere Vegetationsbücher besitzt kann diese gerne mitbringen.

Die Ergebnisprotokolle werden für Mo und Di von Alexandra und Lukas geführt und am Mi und Do von David und Sebastian

Mareike passt die Messprotokolle an und bringt diese zur Exkursion ausgedruckt mit.

Lukas: Info an alle bzgl. Bettwäsche via Isis

ALLE:

Geld bis zum 10.06.12 an Alexandra überweisen

7 Probeaufbau:

Die drei Messstationen wurden im Garten aufgebaut und ließen sich ohne Probleme anschalten. Der Aufbau dauerte ca. 2 ½ Std.

Abbau: 07.06.12

Nächster Termin: 18.06.2012 10:00 - ? Uhr im Seminarraum AB08 TOPs:



3. Sonstiges(10 min)


Moderation: Mareike

Protokoll: Natascha


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Protokoll zum ersten Exkursionstag, Montag 11.06.2012

Protokollant: Lukas


David, Christian, Michael, Sebastian

Tagesordnung:

1. 8.30 Uhr Abfahrt in Berlin

2. ca. 11.00 Uhr Ankunft in Beienrode

3. 13.00 Uhr Erkundung des Geländes vor Ort und Aufbau der Stationen

4. 18.30 Uhr Abendbrot

TOP Inhalt Ggf. To Do

1 8.30 Uhr (geplante) Abfahrt in Berlin:

Alle Teilnehmer waren zur vereinbarten Zeit an den vereinbarten Orten. Leider wurde der gebuchte Bus vom Grundbauinstitut nicht wie vereinbart um 7.30 Uhr zur Verfügung stellt, sondern konnte erst 10.00 Uhr abgeholt werden. Dadurch ergab sich dann eine Verzögerung von 4,5 Stunden. Daher verzögern sich ab hier die anderen geplanten Zeitpunkte entsprechend.

2 14.15 Uhr Ankunft in Beienrode (38154 Königslutter am Elm):

Auf Grund der Verzögerung bei der Abfahrt kommt die Gruppe erst 14.15 Uhr in Beienrode im „Haus der helfenden Hände“ an. Die Unterkunft wird kurz vorgestellt und die Schlüssel übergeben. Alle sind über das große Platzangebot erfreut und freuen sich über die gute Unterkunft. Auch ein größerer Raum für Gruppenarbeit steht zur Verfügung.

3 14.30 Uhr Aufbau:

Herr Diestel holt die Gruppe in Beienrode ab und zeigt auf dem Weg zum Messgebiet in Lauigen die „Linde zu Lauingen“, welche vor der Kirche steht. Informationen zur Geschichte der Linde kann man im Internet unter folgender Adresse nachlesen: http://www.elmsagen.de/Index.asp?Text=S16T16.XML&Titel=Die Linde zu Lauingen

Danach stellt er uns die möglichen Standorte für unsere Messungen vor. Bevor mit dem Aufbau der einzelnen Stationen begonnen wird, besichtigt die Gruppe alle möglichen Standorte und entscheidet sich danach für drei Standorte. Die Gruppe entschließt sich die Stationen auf einem exponierten Trockenrasenstandort (AWS 50), auf einer Feuchtwiese an einem nördlichen Waldrand (AWS 20) und einem südlichen trockenen Standort (AWS 40) aufzubauen.

Danach folgt der Aufbau der Messstationen. Auf Grund der längeren Anfahrtswege für Station 40 und 20 und den weichen Bodenverhältnissen bei AWS 40 kommt es hier zu Verzögerungen beim Aufbau.

Die AWS 50 kann als erste in Betrieb genommen werden und startet mit der Messung um 17.00 Uhr. AWS 20 startet um 17.44 Uhr und AWS 40 um 18.05Uhr.

4 18.30 Uhr Abendbrot

Die Gruppe von Station 50 fährt um 18.45 Uhr nach Beienrode zurück um Abendbrot zu essen. Um 19.30 Uhr treffen die restlichen Teilnehmer in der Unterkunft ein und essen Abendbrot.

Anhang

143

Protokoll zum zweiten Exkursionstag, Dienstag 12.06.2012

Protokollant: Lukas



Tagesordnung:

1. 10.00 Uhr Vegetationskundliche Führung durch das Rieseberger Moor mit Frau Wöbbeking und

Herrn Diestel

2. 13.00 Uhr Wasserburg, Königslutter

3. 14:50 Uhr Führung durch das Infozentrum des FEMO

4. 17.30 Uhr Paper-Club

5. 20.00 Uhr Einführung in die Datenauswertung mit Excel


1 10.00 Uhr Vegetationskundliche Führung durch das Rieseberger Moor mit Frau Wöbbeking und Herrn Diestel

Der Bedeckungsgrad zum Ankunftszeitpunkt um kurz nach 10 Uhr beträgt circa 100%, die gefühlte Temperatur liegt bei circa 18 °C. Während der vergangenen Nacht gab es immer wieder Regenschauer.

Herr Diestel begrüßt die Gruppe und stellt Frau Wöbbeking, welche uns mit ihrem vegetationskundlichen Wissen zur Seite stehen wird, vor. Außerdem anwesend sind zwei weitere Gäste: Herr und Frau Knust, die einige Ländereien in der Gegend um Lauingen gehören und die sie bewirtschaften. Herr Knust, Frau Wöbbeking und Herr Diestel informieren die anderen Anwesenden über den ersten Standort, AWS 50: Die Wiese, ein Trockenrasenstandort, auf der sich die Wetterstation befindet, wird von der Stadt Königslutter als Ausgleichsfläche verwaltet. Einmal jährlich findet eine Mahd statt. Im Anschluss an diese kurze Information, erklärt Michael den Gästen, was ein Aspirationspsychrometer ist. Danach werden die mobilen Messgeräte, ein Aspirationspsychrometer, ein KT19, ein Temperaturfühler zum Messen der Bodentemperatur, ein Pyranometer sowie ein Schalenkreuzanemomenter, an die Studierenden verteilt.

Nach der Ankunft an Station 1, erklären Sebastian, Marco und Alexandra, wie die Automatische Wetterstation aufgebaut ist und wie sie funktioniert. Anschließend erfolgt die Bestimmung der am Standort vorhandenen Pflanzen mit Frau Wöbbeking. Erkannt wurden: Hieracicum pilosella – kleines Habichtskraut, eine Art Festuca – Schaf-Schwingel, Calamagrostis epigeos – Reitgras, Hypericum perforatum – Johanniskraut, Hypochaeris radicata – Ferkelkraut, Tanacetum vulgare - Rainfarn, Rumex acetosella – Kleiner Sauerampfer, Luzula campestris – Hainsimse, Holcus lanatus – Wolliges Honiggras, Gallium harzynicum – Harzer Labkraut, Vica facelia – Haar-Wicke.

Gegen 11.15 erreicht die Gruppe den zweiten Standort, AWS 20. Die Luftfeuchte auf 1 m Höhe beträgt circa 84 %, in 3 m Höhe circa 80 %. Unter den Baumarten am Standort befinden sich verschiedene Salix – Arten, Populus tremula und Betula pendula. Der Boden ist anmoorig, sodass dort die Pflanzengesellschaft der Großseggen wachsen kann. Außerdem finden sich dort: Carex visitaria – Blasen-Segge, Juncus ephusus – Flatter-Binse, Cirsicum palustre – Sumpf-Kratzdistel, Glyceria fluitans – Manna-Schwaden, Sumpf-Labkraut, Gemeines Rispengras sowie Wolliges Honiggras.

Messstation 3, AWS 40, wird um circa 11.51 Uhr erreicht. Die Vegetation am Standort entspricht in etwa einer Heide-Vegetation. Am Standort kommen vor: Calluna vulgaris – Heidekraut, Rentierflechte sowie Amelanchier lamarckii –


144

Kupfer-Felsenbirne. Nach der Besichtigung des letzten Standorts geht die Gruppe zurück zum anfänglichen Treffpunkt, in der Nähe von AWS 50. Dort findet eine Mittagspause statt, während der es zu Nieseln beginnt. Nach circa einer halben Stunde erfolgt der Aufbruch nach Königslutter.

2 13:00 Wasserburg, Königslutter :

Auf Grund der Mittagspause, wird die Wasserburg um circa 13.30 Uhr erreicht. Herr Diestel und seine zwei Kollegen vom FEMO (Freilicht- und ErlebnisMuseum Ostfalen) begrüßen die Gruppe. Während einer kleine Führung über das Burggelände, erfahren die Anwesenden, dass die Burg in früheren Zeiten als Amtsgericht diente und danach viele Jahre bis 2011 als Jugendhaftanstalt. Heute ist das Burggebäude Sitz der Institution FEMO und des Geopark Harz.Braunschweiger Land.Ostfalen. Nach der Führung zeigt Herr Diestel den Studierenden und ihren Begleitern sein neues Projekt: eine mobile Wetterstation, verteilt auf zwei Wetterhütten, die sich an einem einfach auf- und abzubauenden Gerüst befinden. Die Station soll für Lehrzwecke eingesetzt werden und ausleihbar sein, allerdings müssen derzeit noch die Sensoren der Messgeräte eingerichtet und synchronisiert werden.

3 14.50 Uhr Führung durch das Infozentrum des FEMO:

Herr Hochsprung führt die Gruppe durch das Infozentrum und weist darauf hin, dass der Geopark Harz.Braunschweiger Land.Ostfalen. der größte Geopark der Welt ist. Fast alle geologischen Zeitalter liegen hier aufgeschlossen vor. Somit sind 290 Mio Jahre der Erdgeschichte erlebbar. Eine Besonderheit des Geoparks ist, dass es auf dem heutigen Gebiet einst ein Meer gab: das Zechsteinmeer. Im Laufe der Jahrmillionen wurden durch geologische Vorgänge, die Gesteinsmassen, die sich über der Schicht des Zechsteins befinden, aufgefaltet. Ortsspezifische Gesteinsarten sind daher unter anderem: Stromatolith, ein Kalkstein, der in hoch salinen Gewässern, in denen algenartige Bakterien, die im Nachhinein versteinerten, leben, entsteht. Des weiteren gibt es Vorkommen von Muschelkalk und Posidonienschiefer, welcher im Jura entstand. In der obersten Etage des Infozentrums kann die Entwicklung von Landpflanzen rückverfolgt werden. Es befinden sich dort viele verschiedene Pflanzen(-teile), die auf verschiedene Art und Weise die Zeit überdauert haben.

4 17:30 Paper Club:

Michael stellt der Gruppe das Paper „Valley Winds and Slope Winds – Observations and Elementary Thoughts“ von Vergeiner und Dreiseitl vor. Hierbei hilft Marco und erklärt allen nochmal verständlich, das Berg-Tal-Windsystem und das Hang-Windsystem.

5 20.00 Uhr Einführung in die Datenauswertung mit Excel:

Britta und Marco geben den Studierenden eine Einführung in die Datenauswertung mit Excel. Dies gestaltet sich aufgrund verschiedener Betriebssysteme und Office-Versionen als teilweise schwierig. Dennoch kann ein Großteil der Studierenden mit der Datenauswertung beginnen. Britta hatte bereits Informationen und Hinweise zur Berechnung verschiedener Formeln in einer Exceltabelle zusammengefasst und aus ISIS bereitgestellt. Ein wichtiger, wenngleich banaler, aber dennoch essentieller Hinweis zum Umgang mit Daten: Immer die Rohdaten speichern! - und für Diagramme gilt: Immer die Achsen beschriften.

Anhang

145

Protokoll zum dritten Exkursionstag, Mittwoch 13.06.2012

Protokollant: David



Tagesordnung:

1. 08.00 Uhr Abfahrt in Beienrode

2. 09.20 Uhr Ankunft in Ilsenburg

3. 09:40 Uhr Exkursion durch den Nationalpark

4. 13:00 Trennung der Gruppen

5. 17:00 Ankunft der Gruppe 1 in Beienrode + Bearbeitung Probemessdaten

6. 18:30 Ankunft der Gruppe 2 in Beienrode

TOP Inhalt Ggf. To Do

1 08.00 Uhr Abfahrt in Beienrode

Das Frühstück an diesem Tag war von 07:00-07:30 Uhr. Dannach haben sich die Teilnehmer für den Tagesausflug vorbereitet und um 08:00 fuhr die Gruppe plangemäss mit zwei Bussen Richtung Ilsenburg zum Nationalpark Harz.

2 09.20 Uhr Ankunft in Ilsenburg

Nach der Ankunft lief die Gruppe erst zum Treffpunkt mit Herr Carste, von wo aus die Exkursion startete. Um 09:30 wurde der Treffpunkt erreicht und die Messgeräte für die Messungen während der Exkursion wurden verteilt. Herr Carste wurde begrüsst.

3 09:40 Uhr Exkursion durch den Nationalpark

Zu Beginn stellte sich Herr Carste uns vor. Er ist promovierter Biologe und wissenschaftlicher Mitarbeiter des Nationalparkes Harz.

Bevor die Wanderung losging, hat er uns einen kurzen Überblick verschafft und uns die Tagesroute vorgestellt. Um ca. 09:50 lief die Gruppe unter seiner Führung los.

Zu Beginn verlief die Wanderung entlang der Ilse, einem kleinen Gewässerlauf, der in einem schmalen Tal floss. Das Mikroklima ist sehr feucht durch die Ilse und durch die Tallage, die zu einer Ansammlung von Niederschlagswasser am Talgrund führt. Die Tallage und die üppige Vegetation mit vielen Gehölzen führen auch dazu, dass das Mikroklima schattig und kühl ist. Ausserdem sind die Verhältnisse sauer, da die Ilse ihr Wasser vorwiegend aus Mooren des Harzes bezieht, durch die Fichten, deren Nadelstreu bei der Zersetzung viele saure Stoffe abgeben und durch den sauren Granit, aus welchem die Erhebung Harz besteht. Die Vegetation ist aus diesen Gründen gekennzeichnet von Feuchte-, Säure- und Schattenzeigern. Dazu gehören beispielsweise Eschen, Buchen, verschiedene Seggen und Hainsimsen, Farne oder Beerenstauden.

Während der Wanderung führte uns Herr Carte in die Geschichte des Gebietes in welchem sich heute der Nationalpark erstreckt ein. Im Mittelalter war die Vegetation im Gebiet des heutigen Nationalparkes von Buchen geprägt, durch ihren dichten Wuchs eine sehr energiereiche Pflanze. Diese Buchen wurden im 17. und 18. Jahrhundert zur Herstellung von Holzkohle abgeholzt, sodass das Gebiet bald weitestgehend entwaldet war. Im 18. Jahrhundert nahm sich der gräfliche Oberforstmeister Hans Dietrich von Zanthier dem Problem an. Er liess das Gebiet durch schnellwüchsige gemeine Fichten aufforsten und prägte das Prinzip der Nachhaltigkeit. Das heisst, er achtete als Forstmeister darauf, dass nur soviel abgeholz und verbraucht wurde, wie auch nachwachsen konnte. Noch heute besteht der Nationalpark zu rund 80% aus Fichtenbeständen.


146

Die Fichte ist ein Gehölz der subalpinen und alpinen Höhenlagen. Sie hat sich mit ihren immergrünen Nadeln auf hohe, kalte Lagen mit kurzen Vegetationsperioden spezialisiert und kommt vor 650 MüM nicht natürlich vor. Im Gebiet des Nationalparks Harz ist die Fichte folglich nicht heimisch und hat mit den Bedingungen und konkurrierender Vegetation zu kämpfen. Dies und die monokulturelle Pflanzung, also grossflächige Bestände in nur einer Altersgruppe, macht die Fichtenbestände sehr anfällig, beispielsweise gegen Windschlag oder parasitären Befall.

Nachdem wir das Ilsetal hinter uns liessen kamen wir in eine offenere, trockenere Umgebung, in der man die Probleme mit den Fichtenbeständen deutlich erkennen konnte. Wir traffen Fichtenhänge an, die komplett von Borkenkäfern befallen waren und kahle Flächen, wo grosse Fichtenbestände durch Wind geschlagen wurden. Die Prävention solcher Vorfälle und das Management geschädigter Flächen gehört heute zu den Hauptaufgaben der Betreuer des Nationalparks.

Generell bemüht man sich die Fichtenbestände mit Buchen aufzuforsten, die sehr gut auch im Schatten spriessen und sich entwickeln können. Nur im Kerngebiet ab ca. 700 MüM werden die Fichten belassen, da sie sich hier in ihrem natürlichen Ausbreitungsgebiet befinden. Unterhalb dieser Grenze werden die Fichten teilweise bewusst der ‚Abweidung’ durch den Borkenkäfer überlassen. Diese Flächen sowie andere Kahlschläge werden wieder mit Laubbäumen wie Esche, Zitterpappel oder Bergahorn bepflanzt. Wichtig ist hierbei der Schutz vor Rotwild, dass junge Gehölztriebe gerne abweidet. Dieser Schutz wird vorwiegend durch das umzäunen der neu bepflanzen Flächen gewährleistet. Bei Buchen ist es nicht zwingend notwendig, da das Rotwild Buchentriebe nicht mag.

Auf dem letzten Teil der Wanderung war die Vegetation durch das offenere Gelände von Trockenzeigern wie der Drahtschmiele oder dem Labkraut bestimmt. Ausserdem traffen wir einen ehemaligen Malerplatz an. Also eine Stelle an der früher Holzkohle produziert wurde. Noch heute findet man viele kleine Kohlestücke am Boden, die dazumals als Abfall entstanden.

Während der gesamten Wanderung wurden regelmässig Zwischenstops gemacht. Oft geschah dies an charakteristischen Orten, an denen Herr Carste bestimmte Inhalte zum Nationalpark ausführte. Die Gruppe hat sich in diesen Pausen verpflegt und Messungen durchgeführt. Es wurden die Windgeschwindigkeit sowie die Lufttemperatur und die Feuchtetemperatur zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit festgehalten. Das Gerät zur Messung der Globalstrahlung funktionierte nicht. Leider wurde es versäumt, Umstände die die Globalstrahlung beeinflussen, wie Bedekungsgrad oder Horizontüberhöhung, festzuhalten.

4 13:00 Uhr Trennung der Gruppen

Nach einem längeren Zwischenstop trennte sich die Projektgruppen in zwei Teilgruppen auf. Der Grossteil der Gruppe trat zusammen mit Herrn Carste den Rückweg an, auf dem selben Weg auf dem wir gekommen waren.

Eine kleinere Gruppe beschloss die Wanderung bis auf die Spitze des Brocken weiterzuführen. Namentlich waren dies Christian, Cortina, David, Lukas, Marco und Mareike. Um 14:15 erreichte die Gruppe den Gipfel des Brocken und machte sich um etwa 15:00 auf den Rückweg.

5 17:00 Ankunft der Gruppe 1 in Beienrode + Bearbeitung Probemessdaten

Nach einer gemütlichen Wanderung mit Zwischenstops zurück zu den Bussen, fuhr die Gruppe um 15:45 los Richtung Beienrode und kam um 17:00 beim Haus der helfenden Hände an. Anschließend teilten sich die Teilnehmer in Zweiergruppen nach Messgerät ein und begonnen die Messdaten für die Zeit der Probemessung zum mitteln und in Referenz zu dem Standartmessgerät zu stellen (Excel).

6 18:30 Ankunft der Gruppe 2 in Beienrode

Die Gruppe 2 kam kurz nach 17:00 in Ilsenburg an und traf, etwas verspätet zum Abendbrot, gegen halb 7 in Beienrode ein.

Anhang

147

Protokoll zum vierten Exkursionstag, Donnerstag 14.06.2012

Protokollant: Sebastian



Tagesordnung:

1. ca. 09.30 Uhr Abfahrt in Beienrode

2. ca. 10.00 Uhr Abbau AWS

3. ca. 12.00 Uhr Datenbearbeitung mit Excel + Mittagsbuffet

4. ca. 13:30 Uhr Ordnung schaffen

5. ca. 15.00 Uhr Abreise


1 9.30 Uhr Abfahrt in Beienrode

Nachdem alle Teilnehmer gefrühstückt hatten, wurde beschlossen, dass Lukas, Alexandra und David in Königslutter das Mittagsbuffet einkaufen werden, während die anderen Teilnehmer für den Abbau der AWS verantwortlich sind. Alle Teilnehmer fuhren vorerst aber zusammen in das Untersuchungsgebiet.

2 10.00 Uhr Abbau AWS

Die für den Abbau eingeteilten Teilnehmer bauten die AWS ab, die sie am Montag zuvor aufgebaut hatten. Währenddessen waren Lukas, Alexandra und David mit einem Auto einkaufen. Zeitgleich Marco laß alle Daten aus dem Datenlogger aus und speicherte sie auf dem Laptop. Als beide Autos wieder im Untersuchungsgebiet zur Verfügung standen und alle Bauteile der AWS in den Autos untergebracht wurden, führen alle Teilnehmer wieder nach Beienrode.

3 12.00 Uhr Datenbearbeitung mit Excel + Mittagsbuffet

Das Mittagsbuffet wurde angerichtet, an dem sich neben der Bearbeitung der Messdaten bedient werden konnte. Zu der Bearbeitung der Messdaten zählte der Austausch der kompletten Messdaten aller AWS an alle Teilnehmer, die weitere Mittelwertbildung und Messdatenauswertung der Probemesstage (siehe Vortag), die Aufteilung der Zuständigkeiten für die Mittelwertbildung aller Messdaten von den Exkursionstage an die Teilnehmer, die sich nicht mit den Probemessdaten auseinander setzten.

4 13.30 Ordnung schaffen

Die Teilnehmer begannen nach und nach ihre Koffer zu packen, die Zimmer in einen ordnungsgemäßen Zustand zu bringen und das Wohnhaus für die Abgabe zu säubern.

5 09.30 Abreise

Alle Teilnehmer teilten sich auf die Autos. Nachdem zwei Gruppenfotos geschossen wurden, wurde sich verabschiedet und Lukas fuhr zum Zoologsichen Garten (Berlin) und Marco fuhr in die Rothenburgstraße (Berlin)


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Messprotokoll – Aspirationspsychrometer

Protokollanten: Meline Saworski, Alexandra Zettl, Christian Rüll Datum: 13. Juni 2012

CET Standpunkt Ttrocken

[°C]

Tfeucht [°C] Vegetation, Bemerkung Hangexpo-

sition

Himmel-

sichtfak-

tor in %

09:58 Ausgangspunkt

Talsohle

10.0 10.0 aufwachsender Buchenwald N 0

10:10 Weggabelung,

große Buche

10.1 9.9 Winkelsegge, Buche N/W 20

10:33 Wegrand Ilse 10.2 9.8 Fichtenforst, Buche S/O 5

11:02 ca. 350m 10.6 10.2 Fichten, Buchen, Holunder,

Himbeere, Brombeere

S 20

11:31 Heine-Denkmal 10.4 9.6 Hainsimse, Fichten, Buchen o.A. 10

11:41 Lichtung "Koala" 10.2 9.2 Trockenwiese, Schwarzerlen kein Hang 50

12:21 Jungfichten 11.5 10.8 Fichte, Himbeere, Gräser,

Moose

O² 35

12:59 Trennung 10.2 9.8 Fichte, Sorbus, Blaubeere kein Hang 60

13:44 Plattenweg¹ 9.4 8.8 auflichtender Wald, vermehrt

Gräser, steinige Strukturen¹

o.A. o.A.

13:56 ca. 1000m² 9 8.4 vereinzelt Fichten, zunehmender

Nebel¹

o.A. o.A.

14:10 Brocken-Gipfel 7.6 7.0 vermehrt Totholz, kaum Bäume¹ o.A. o.A.

¹ durch Abgleich mit Fotos ergänzt

² durch GPS-Daten ergänzt

o.A. - ohne Angabe

Anhang

149


ProtokollantIn: Natascha

Moderation: Mareike

TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Sebastian, Cosima, Cortina, Meline, Lukas,


Tagesordnung:



3. Auswertung Daten, Vorstellung Ergebnisse

Pause

4. Makroklima Harz 11.-14.6.12

5. Feedback Ausarbeitung Fachreferate

6. Feedback Exkursion

7. Getränkeliste Exkursion

8. Projektbericht und Zeitplan



Mareike begrüßt alle zum heutigen Plenum und stellt die TOPs vor.


Insgesamt sollte das Protokoll ein Ergebnisprotokoll, nicht ein Verlaufsprotokoll sein. Kleinere Rechtschreibefehler sind bereits korrigiert.

3 Auswertung Daten, Vorstellung Ergebnisse

Referenzwerte (Probemessungen Berlin 5.-7.6.2012)

Wind (Micha, Natascha): Bei der Untersuchung der Rohdaten (Minutenwerte) zeigt sich eine hohe Abweichung zwischen den Stationen, bei der stündlichen Mittelung gleichen sich die kurzfristigen Schwankungen aus. Die Stationen messen einheitlich.

Temperatur (Sebastian): Sensoren für Lufttemperatur und Relative Feuchte der Station 50 (Base, 1m Höhe) werden als Referenz ermittelt (kleinste Abweichung zur gleichzeitigen Messung mit dem Aspirationspsychrometer). Unterschiedlich stark ausgeprägte Abweichungen der Messungen zu Sensoren anderer Stationen ergeben sich. Siehe ISIS unter Methoden und Messdaten, Sensoren für Lufttemperatur und Relative Feuchte. Diese Messefehler sind in der Interpretation der Daten zu berücksichtigen; entweder durch Erläuterung oder mithilfe vorheriger Korrektur der Daten vor der Analyse. So müssen z.B. bei Betrachtung der Top Temperatur von Station 40 (T40) 0,6779 K/°C subtrahiert werden.

Messungen Rieseberger Moor/ Harz (11. – 14.6.2012)

TeilnehmerInnen stellen den Stand ihrer Datenanalysen vor.

- Sebastian und Michael, Thema: Wie beeinflusst der Wind die Temperatur-

Fehlendes Stationsprotokoll ein-scannen und auf ISIS laden.

ALLE Abgabe Artikel am 3. Juli


150

entwicklung? - Cortina und Cosima, Thema: Vergleich Temperaturentwicklung der Stationen untereinander - David, Lukas, Christian, Thema: Entwicklung latenten zu sensiblen Wärmestrom. (Bowenratio) - Mareike und Natascha, Thema: Niederschlag und Tauentwicklung. - Meline und Alexandra, Thema: Vegetation und Mikroklima (Höhengradient).

Hinweis allgemein zu Diagrammen und Daten:

Temperaturmessung von Station 50 (T base) ist die Referenzstation, Abweichungen zu anderen Stationen sind zu berücksichtigen.

Korrekte Datenbeschriftung bei Diagrammen beachten.

Es werden nur die Daten von 11.6., 19:00 Uhr bis 14.6., 8:00 Uhr betrachtet.

Geeignete Zeitfenster auswählen.

Geeignete Diagrammart auswählen.

4 Makroklima Harz 11.-14. 6. 2012

Marco stellt anhand von DWD Wetterkarten die Wettersituation am 12. und 13. Juni 2012 im Harz dar. Die in der Datenauswertung auffälligen Temperaturanstiege am 12.6. (ca. 22 Uhr) und 13.6. (ca. 2 Uhr) weisen auf eine Warmfront hin. Das Thema wird im Projektbericht aufgenommen. (Lukas: Analyse Wetterkarten, Michael: Dynamischen Temperaturprozesse allgemein)

5 Feedback Ausarbeitung Fachreferate

Britta stellt einige der häufig auftretenden Fehler bei der Ausarbeitung der Fachreferate vor. Sie lädt diese Fehlerliste auf ISIS hoch.

Es wird festgelegt, dass die Kennzeichnung der Abbildungen mit der Abkürzung „Abb. Zahl“ beschrieben wird. Leerstelle hinter dem Punkt beachten.

ALLE:

Überarbeitung der Referate bis 20.6. abends

Britta: Hochladen Feedback auf ISIS

6 Feedback Exkursion

Alle geben Feedback zur Exkursion. Insgesamt wird die Exkursion als gelungen, arbeitsreich, interessant und harmonisch beschrieben.

7 Getränkeliste Exkursion

Sebastian und Lukas sammeln Geld für Getränke ein. Die Kaffeekasse ist leer. Alle müssen noch einmal 2 Euro einzahlen.

8 Projektbericht und Zeitplan

Referate sollen unter Berücksichtigung der Anmerkungen beim Feedback (siehe TOP 5) bis Mittwoch Abend überarbeitet an Meline gesandt werden. Meline gibt dann alles an die Redaktionsgruppe weiter.

Diese nimmt entweder Korrekturen selber vor oder leitet die Beiträge zur Korrektur an andere TeilnehmerInnen weiter.

Ist die Fehlerdichte zu hoch wird der Beitrag wieder an den Autor zurückgegeben. Die Gliederung wird angepasst (siehe TOP 4).

Jede Arbeitsgruppe stellt beim nächsten Plenum ein Grobkonzept ihrer Artikel vor. Bis zum 3. Juli sind Artikel fertig zu stellen. Die Aufgabenstellung zur Ausarbeitung

Anhang

151

der wissenschaftlichen Artikel befindet sich auf ISIS.

Die Layout Gruppe (Micha und David) stellen beim nächsten Plenum das Layoutkonzept des Projektberichts vor.

Nächster Termin: 26.06.2012 10:00 – 13:40 Uhr im Sozialraum (im Keller) TOPs:



3. Vorstellung der Artikel (120 min)

Pause (10 min)

4. Paper Club (Cortina und Sebastian) (60 min)

5. Vorstellung Layoutkonzept (10 min)

6. Stand Projektbericht


Moderation: Natascha

Protokoll: Alexandra


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ProtokollantIn: Alexandra

Moderation: Natascha

TeilnehmerInnen: Britta, Marco, Sebastian, Cosima, Cortina, Meline, Lukas,


Tagesordnung:



3. Vorstellung der Artikel (120 min)

Pause (10 min)

4. Paper Club (Cortina und Sebastian) (60 min)

5. Vorstellung Layoutkonzept (10 min)

6. Stand Projektbericht

7. Sonstiges




Die Tagesordnung wird, wie vorgeschlagen, übernommen.


Es gibt keine Anmerkungen zum letzten Protokoll.

3 Vorstellung der Artikel:

Christian, David und Lukas präsentieren den Zwischenstand ihres Artikels zu Bowen-Ratio, Temperatur und Luftfeuchte. Hierbei stellt sich heraus, dass noch einige Fragen zum inhaltlichen Aufbau eines Papers bestehen, so unter anderem zum Begriff der Schlüsselwörter, zur Einleitung sowie zum Diskussionsteil. Diese Fragen sind für alle Gruppenmitglieder von Interesse.

Schlüsselwörter sind Keywords und unter die Zusammenfassung (Abstract) hintereinanderweg aufzulisten. Sie sollen es ermöglichen den Fachtext inhaltlich knapp zu erschließen. Das bedeuted, dass es vor allem wichtig ist das Thema zu benennen sowie die Methode und im Falle unserer Artikel auch den Ort. Die Anzahl der Keywords sollte circa fünf betragen.

In der Einleitung sollten so viele sinngemäße Zitate, wie angebracht, enthalten sein, um argumentativ von der Motivation zur Fragestellung hinzuleiten.

Der Diskussionsteil dient vor allem der Darstellung dessen, was andere Wissenschaftler_Innen zum jeweiligen Thema herausgefunden haben. Um Vergleiche zu ziehen, ist hierbei das Konsultieren und Zitieren von Fachliteratur angebracht.

Fragen bestehen auch bei der Beschreibung der verwendeten Messinstrumente. Die Anwesend einigen sich darauf, dass im Methodenteil nur die für die Untersuchung

Anhang

153

relevanten Geräte genannt werden und auf den Aufbau sowie die Umgebungsbe-dingungen der Automatischen Wetterstationen

In der Schlussfolgerung soll beim Leser das Interesse für eine tiefergreifende Auseinandersetzung mit den Details der Arbeit geweckt werden.

Im Anschluss folgt die Zwischenpräsentation über den Einfluss bodennaher Winde auf die Lufttemperatur von Sebastian und Michael.

Während der Vorstellung des Textes von Sebastian und Michael, weißt Marco darauf hin, dass Abkürzungen vor ihrer Verwendung eingeleitet werden müssen. Die kann zum Beispiel in Klammern hinter dem ausgeschriebenen Ursprungswort geschehen.

Die Gruppe einigt sich außerdem darauf, dass die Bezeichnung für die Automatischen Wetterstationen immer AWS 20, AWS 40 und AWS 50 lauten. Ein näheres Eingehen auf die Standortcharakteristika der einzelnen Stationen ist im Artikel nicht notwendig. Es soll daher auf das Kapitel Messaufbau (Sebastian) im Projektbericht verwiesen werden.

Abkürzungen für die Messinstrumente sind über die Fachgebietsseite im Internet zu finden und sollen verwendet werden. Dabei muss die Internetseite auf jeden Fall als Referenz erscheinen.

Als nächste Gruppe stellen Meline und Alexandra ihre Ausarbeitungen zum Thema Klimaelement Temperatur und Vegetationsstufen im Harz vor, anschließend folgen Mareike und Natascha mit ihrer Zwischenpräsentation zu Luftfeuchte und Wind. Es wird von Marco angemerkt, dass die Rohdaten vor der Korrektur durch den Korrekturfaktor gemittelt werden müssen.

Im Folgenden stellen Cosima und Cortina den Zwischenstand zu ihrem Artikel vor. Sie wollen die Amplitude der Lufttemperatur eines Nord- und Süd-exponierten Standortes im Harzer Vorland miteinander vergleichen. Marco bemerkt, dass es sinnvoll sein kann bei gemittelten Daten die Abweichung als Fehlerbalken im Diagramm mit darzustellen. Auf die Frage nach dem Inhalt eines Abstracts, antwortet Marco damit, dass mit einem Abstract quasi die Motivation sowie Erwartungen und Ergebnisse zusammengefasst werden. Hypothesen, kommen in die Einleitung und sollten aus der Literatur herleitbar sein. Was die Schlussfolgerungen betrifft, so kann nur geschlussfolgert werden, was aus den dargestellten Diagrammen hervorgeht, im Methodenteil beschieben und im Diskussionsteil diskutiert wurde. Auch Bezüge zum Studiengang und seinen Inhalten, können in der Schlussfolgerung aufgegriffen werden.

Zuletzt erwähnt Marco noch einen wichtigen formalen Punkt: Wenn es Darstellungen mit, z.B. 4 Diagrammen gibgt, so sind die einzelnen Diagramme mit a, b, c, d oder mit oben links, unten links, oben rechts sowie unten rechts als Bildunterschrift zu bezeichnen.

4 Paper Club (Cortina und Sebastian):

Cortina und Sebastian stellen das von ihnen bearbeitete Paper von Freytag: Häufigkeit niedertroposphärischer Windmaxima, vor. Im Paper ist die Rede von verschiedenen Druckniveaus und absoluter Höhe. Marco erklärt hierzu, dass in der Meteorologie Höhenangaben auf zwei verschiedene Weisen erfolgen können. Entweder in Form von Druckniveaus, wie 700 mb oder 850 mb, oder aber in Form der absoluten Höhe von 3000 Metern über NN. Nachdem die verschiedenen Darstellungsformen und der Inhalt des Papers besprochen wurden, zieht die Gruppe ein Fazit: Wenn Darstellungen von der gängigen Art und Weise abweichen, so muss aus dem Text hervorgehen, weshalb die spezifische Darstellungsweise verwendet wurde. Im Falle des Papers, erscheint einen die Kartenausschnitte, die eine Polprojektion zur Veranschaulichung nutzen, sinnvoll, weil sowohl Europa als auch Nordamerika auf kleinem Raum darstellbar sind. Aufpassen, sollte man auch bei der Erstellung und Verwendung komplexer Tabellen. Diese sind teilweise nur mühsam für den Leser erschließbar.


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Bei der Auswertung von Daten, gilt es zu beachten, unter welcher Definition die Daten analysiert werden. Manchmal kann außerdem auch eine Homogenisierung der Daten sinnvoll sein. So beispielsweise bei der Modellierung von Windströmen.

5 Vorstellung Layoutkonzepts:

Die Vorstellung des Layoutkonzepts durch David und Michael entfällt, da sie kein Konzept vorbereitet haben.

David und Michael:

Erstellung und Hochladen (ISIS) einer vorläufigen Formatvorlage für das Layout bis Freitag; außerdem Vorstellung des endgültigen Layoutkonzepts am Dienstag, den 03.06.2012

6 Stand Projektbericht:

Die Redaktionsgruppe hat die Korrekturen verteilt.

Da die Layoutgruppe kein Layoutkonzept vorstellen konnte, sollen die unformatierten Texte auf ISIS hochgeladen werden. Sobald es ein Layoutkonzept gibt, kümmert sich die Layoutgruppe um die Formatierung der Texte.

Redaktionsgruppe: Liste mit Angaben dazu, wer welchen Text lesen soll, hochladen.

Alle: Unformatierte Texte (Artikel) auf ISIS hochladen

7 Sonstiges:

Da David das Kapitel Fazit im Projektbericht formuliert, sollte er sich überlegen, nach welchem Thema das Fazit ausgerichtet sein kann.

Marco:Karten zur großräumigen Wetterlage auf ISIS laden

Alex:Exkursionszuschuss für Britta und Marco mitbringen


1. Begrüßung sowie Verabschiedung der TOPs (10 min)


3. Präsentation der Artikel ( 160 min)

inclusive einer Pause mit Buffet (20 min)

4. Fazit-Diskussion (45 min)

5. Besprechung - Offenes Haus (30 min)

6. Vorstellung des Layoutkonzepts (15 min)


Moderation: Alexandra

Protokoll: Michael

Anhang

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Protokoll zum Plenum am 03.07.2012 (10:00 – 17:15 Uhr)

Protokoll: Michael

Moderation: Alexandra

TeilnehmerInnen: Marco, Britta, Sebastian, Cosima, Meline, Mareike, Lukas,

David, Christian, Michael, Hr. Distel

Tagesordnung:



3. Präsentation der Artikel ( 160 min)

inclusive einer Pause mit Buffet (20 min)

4. Fazit-Diskussion (45 min)

5. Besprechung - Offenes Haus (30 min)

6. Vorstellung des Layoutkonzepts (15 min)



Die Tagesordnung wird, wie vorgeschlagen, übernommen.


Es gibt keine Anmerkungen zum letzten Protokoll.

3 Präsentation der Artikel:

Mareike präsentiert den Artikel Gelände und Niederschlag alleine, da Natascha nicht anwesend ist. Dabei geht sie explizit auf den wissenschaftlichen Artikel ein, hält die Präsentation jedoch nicht mit Powerpointfolien, was Marco im nachhinein auch kritisiert.

Nachdem Mareike ihre Parts vorgetragen hat und einige Abbildungen erklärt hat, wird die Diskusion von der Moderation eingeleitet. Marco gibt unzählige Hinweise, was man hätte alles besser machen können und wie man das Thema klarer gliedern könnte:

-Argumentationsketten schaffen!

-Tabellen und Abbildungen nur verwenden, wenn sie „wirklich“ aussagekräftig sind!

Nach Mareikes Präsentation folgt die von Sebastian und Michael über den Einfluss bodennaher Winde auf die Temperatur.

Michael leitet ein und erklärt den Versuchsaufbau und die Messung. Die Auswerungen wurden in Tablellen und Abbildungen zusammengestellt, der Aufbau wird von Michael erläutert.

Sebastian erzählt zum Prozess der Versuchs und Schlussfolgert anschließend in seinen Tabellen, dass die gemessenen Winde eine zu geringe Windgeschwindigkeit hatten um messbar die Temperatur zu verändern.

Nach der Präsentation wird die Diskussion eingeleitet und die Kursteilnehmer sind sich einig, dass die Präsentation gelungen ist und eine frühzeitige Themenfindeung sich positiv auf den Arbeitsverlauf auswirken kann. Hr. Distel nennt ein paar diskussionsanregende Punkte. David trifft ein.

Nachdem Meline und Alex auch ihre Versuchsreihe: Klimafaktor Temperatur präsentiert haben folgt wieder die Diskusion und Hr. Distel gibt einen interessanten Denkanstoß mit der Frage, ob sich das Lokalklima ändert, wenn der Borkenkäfer die

An Alle:

Bis zum 5.7 (24Uhr) sollen die Übergangstexte fertig und auf Isis hochgeladen sein. Am 6.7 (24 Uhr) müssen die Endgültigen Artikel auf Isis stehen

Abkürzungen sollten bei allen Arbeiten vereinheitlich werden!


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Kiefern frisst?! Darüber wird heiß diskutiert aber eine eindeutiges Fazit kann nicht geschlossen werden.

Die Moderation leitet die Buffet-Pause ein. Man bedient sich am Obstteller oder belegt sich ein Brötchen…

Nach der Pause folgt das Präsentationsthema Lufttemperatur von Cosima und Cortina. Cortina ist nicht anwesend, also muss Cosima alleine präsentieren. Die Messmethodk und der Versuchsaufbau wird beschrieben. Wie bei den vorherigen Präsentationen, wird auch hier eine Diskussion im Anschluss eröffnet und Marco gibt Verbesserungsvorschläge bzw. Tipps preis: Streudiagramme erscheinen gerade bei diesem Thema als sehr sinnvoll, außerdem ist der Einfluss der Lufttemperatur lokale auf übergeordnete Weterlagen sehr Themenrelevant!

4 Fazit-Diskussion

Die Fragen, die in der Fazitdiskussion den Leitfaden bilden sind: Was konnte ermittelt werden? Was konnte die Projektgruppe positiv ermitteln? Über die Antwort dieser Fragen ist sich die Gruppe schnell einig: Es geht grundlegend um die Witterungsbeobachtung auf der Exkursion. Durch das erlernte Fachwissen konnte man mit den Datenmessungen Witterungsprozesse besser verstehen und deuten. Fazit ist: Beobachtet wurde die Komplexität der Naturräumlichen Klimaeinflüsse. Mikro vs. Makro lautet der Projektkursname und jeder in der Gruppe weiß letztendlich worum es geht. Kleinräumiges Klima beeinflusst die übergeordnete Wetterlage.

5 Besprechung - Offenes Haus

Das Offene-Haus ist wie ein Tag-der-offenen-Tür in der Technischen Universität Berlin. Unter anderem bietet es die Möglichkeit für Außenstehende, die sich für das Projekt und die gesammelten Ergebnisse interessieren, eine ausführliche Information über die Messmethoden, dem Aufbau und der Projektgliederung zu bekommen. Im Plenum werden Gedanken und Anregungen für die bevorstehende Veranstaltung gesammelt und einzeln diskutiert. Neben dem Inhaltlichen spielen Bilder für die geplante Powerpoint präsentation eine wichtige Rolle. Sie sollten vor allem eine veranschaulichende und exemplarische Funktion haben. Alex schreibt die Gliederung auf das Clipchart: Eine zwei-minütige Einleitung, drei Minuten zur Nennung des Materials und der Messmethodik, die Ausgewählten Messergebnisse sollen in acht Minuten besprochen werden, ein entsprechendes Fazit zum Abschluss sollte nicht mehr als zwei Minuten dauern.

6 Vorstellung des Layoutkonzepts

Michael muss das Plenum leider aufgrund eines wichtigen Termins verlassen. Dabei spricht er sich mit David ab, wie er das Titelblatt konzipiert und kreiert hat.

David stellt es in der Runde vor und erhält kontruktive Kritik zum Layout des Titelblattes. Die Seitenränder können noch mehr platz für die Bilder schaffen und der Titelsatz könnte auf einem transparenten Bild besser zur Geltung kommen.

Layout:

Michael soll bis zum nächsten Plenum neue Entwürfe kreiren.

Nächster Termin: 10.07.2012 10:00 - ca. 14:35 Uhr im Sozialraum (im Keller)

TOPs:

1. Begrüßung sowie Verabschiedung der TOPs (10 min)

2. Tag des offenen Hauses (90 min)

3. Wiederhohlung der Paper-Referate (50 min)


5. Layout (10 min)

6. Evaluation (45 min)

Moderation: Michael

Protokoll: David

Anhang

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Protokollant: David

Moderation: Cortina

TeilnehmerInnen: Britta, Natascha, Alexandra, Cosima, Cortina, Meline, Mareike, Lukas,


Tagesordnung:


10. Tag des offenen Hauses (90 min)

11. Wiederhohlung der Paper-Referate (50 min)


13. Layout (10 min)

14. Evaluation (45 min)


1 Begrüßung und Verabschiedung der TOPs und des Protokolls vom 03.06.2012:

Zum Beginn des Plenums fehlt sowohl der Protokollant, als auch der Moderator mit dem Protokoll des letzten Plenum. Aus diesem Grund stellen die Anwesenden die TOPs zusammen. Etwas verspätet trifft der Protokollant ein. Cortina übernimmt die Moderation und das Plenum kann starten. Das Protokoll des 03.06.2012 ist zur Verabschiedung nicht vorhanden.

2 Tag des offenen Hauses:

Mareike und Basti die am Tag des offenen Hauses, am Freitag dem 13.06.2012, unser Projekt vorstellen werden, halten den vorbereiteten Vortrag als Probe vor dem Plenum. Im Anschluss wird der Vortrag gemeinsam diskutiert und es werden Verbesserungsvorschläge angebracht.

Titelblatt: Auf dieser Folie sollen Bilder und Logos die mit unserem Projekt direkt nichts zu tun haben entfernt werden. Dazu gehören beispielsweise ein verwendetes Foto und das Logo des Geoparkes. Ausserdem fehlt der Projekttitel. Der Titel „offenes Haus“ kann dafür weggelassen werden. Ausserdem sollen die Teilnehmer vor den Betreuern genannt werden und deren Titel nicht angegeben werden.

Gliederung: Eine Gliederung fehlt bisher und sollte eingefügt werden. Ausserdem sollte die Präsentation eine Angabe der Folienzahl haben. Diese soll dem Zuhörer einen Überblick des Umfangs ermöglichen und das Beziehen späterer Rückfragen auf einzelne Folien ermöglichen.

Abbildungen: Abbildungen müssen alle beschriftet werden, sowohl Diagramme, als auch Fotos und andere Darstellungen. Diagramme müssen zudem für Laien verständlich erklärt werden. Die Achsenbeschriftungen sollen erläutert und die Graphen mit Verweisen auf den Verlauf oder bestimmte Auffälligkeiten beschrieben werden. Auch Fachbegriffe sollen jeweils für jedermann verständlich eingeführt werden.

WEBGEO: Das WEBGEO muss, wenn es namentlich und mit Bild erwähnt wird, genauer beschrieben werden. Der Vorschlag von Marco ist jedoch, nur zu erwähnen, dass wir uns per eLearning Grundlagen angeeignet haben, ohne weiter darauf einzugehen.

Exkursionsgebiet: Die Einführung ins Exkursionsgebiet sollte mit einer Karte beginnen. Auf dieser Karte kann unser Aufenthaltsort, der Standort der AWS sowie die Exkursion in den Harz gezeigt werden. Die wichtigen Orte können zudem durch Fotos veranschaulicht werden. An dieser Stelle sollte auch darauf eingegangen


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werden, dass sowohl automatische Messung mit den AWS über den ganzen Exkursionszeitraum als auch manuelle Messungen während den Tagesausflügen durchgeführt wurden. Aus diesem Grund sollte sowohl ein Foto einer AWS, als auch ein Foto auf dem man sieht wie manuelle Messungen durchgeführt werden eingefügt werden.

Ausführung Vegetationsstufen: Auf dem Diagramm sollte die Angabe über den abgezogenen Temperaturgradient entfernt werden. Dafür können auch hier das Verständnis fördernde, typische Fotos der unterschiedlichen Höhenstufen eingefügt werden.

Ausführung Bowen-Ratio: Als Einstieg fehlt eine Fragestellung. Diese soll beinhalten, dass Unterschiede zwischen einem ‚trockenen’ und einem ‚feuchten’ Standort anhand der Bowen-Ratio untersucht werden. Die Bowen-Ratio und die beiden Wärmeströme aus denen die Bowen-Ratio berechnet wird sollen knapp und verständlich erklärt werden. Aus dem Diagramm soll der Verlauf der Differenz entfernt werden. Zudem kann auch hier der ‚trockene’ und der ‚feuchte’ Standort für die Zuschauer durch Fotos verbildlicht werden.

Fazit: Im Fazit dürfen keine neuen Begriffe eingeführt werden. Es soll sich nur auf die präsentierten Inhalte beziehen. Die Gruppe hat im Anschluss an das Plenum nochmal geholfen, dass Fazit kurz und knapp auf den Punkt zu bringen. Die geplanten Fotos die bei der Probe im Hintergrund liefen während dem Fazit sollen erst während der anschliessenden Diskussion eingeblendet werden.

3 Wiederhohlung der Paper-Referate:

Zwei Gruppen halten den Vortrag zu ihrem Paper nochmal, da in der Woche zuvor nicht alle Gruppenmitglieder anwesend waren. Dies waren zum einen Mareike und Natascha mit ihrem Paper über geländespezifische Auswirkungen auf den Niederschlag und zum anderen Cortina und Cosima mit dem Vergleich der Lufttemperatur eines Nord- und eines Südexponierten Standorts im Harzer Vorland.

Zum ersten Referat wurden folgende Ankmerkungen gemacht: Zur Erklärung des verzögerten Startes des Niederschlagsereignisses an den beiden Standorten wäre es interessant, die Windrichtungen zu dieser Zeit zu betrachten. Die Berechnung des entstanden Taus in ml sowie der Einfluss des Regens auf die Taubildung wären ebenfalls weiterzuführende Ansätze. Allgemein sollte mit nicht belegbaren Aussagen speziell bei den Ergebnissen vorsichtig umgegangen werden.

Nach dem zweiten Referat wurden ebenfalls einige Anmerkungen gemacht. Zur Darstellung von zeitlich kurzen Phänomenen sollte nur das Zeitfenser in dem das Phänomen stattfand betrachtet werden. Beim Arbeiten mit den Daten der Globalstrahlung, sollte die Nacht weggelassen werden. Beispielsweise um eine Korrelation zwischen der Globalstrahlung und der Lufttemperatur zu untersuchen. Um die Schwankungen der Temperaturen zwischen den beiden Standorten zu verdeutlichen, müsste man sich auf die Temperaturen ab etwa 14°C konzentrieren. Unter 14°C sind die Unterschiede zwischen den Standorten sehr gering.

Allgemein wurde nochmal darauf hingewiesen, dass auf Füllwörter verzichtet werden soll und dass die Diagramme einheitlich beschriftet werden sollen.

Anhang

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4 Paper Club:

Der Artikel „Zukunftsperspektive der Umweltmeteorologie“ wird unter der Leitung von Cosima und Natascha diskutiert.

Es handelt sich um einen Überblicksartikel, der zum einen aufzeigt, welche Fachbereiche für die Umweltmeteorologie eine Rolle spielen und zum anderen, welche offenen Fragen und ungelösten Probleme noch bestehen.

In den ersten 3 Kapiteln wird der aktuelle Forschungsstand beschrieben und der Zuständigkeitsbereich der Umweltmeteorologie abgesteckt. Dabei entsteht die Diskussion, ob letzterer etwas großzügig angesetz ist und ob die genannten Gebiete sich nicht oft beispielsweise auch mit den Kompetenzen der Landschaftsplanung überschneiden. Die Gruppe diskutiert daraufhin, wie wichtig es ist, sein Sachgebiet zu definieren und Handlungsbedarf aufzuzeigen, gerade auch um finanzielle Mittel zu erhalten. Wir betrachten gerade diesen Punkt als eine der Hauptmotivationen der Autoren, diesen Artikel zu verfassen. Ausserdem wird besprochen, wo sich die Zuständigkeiten der Landschaftsplanung und der Umweltmeteorologie unterscheiden. Das Fazit ist, dass zum einen die Umweltmeteorologie immer den Menschen im Fokus hat und dem Naturschutz nicht verpflichtet ist. Zudem ist der Ansatz rein naturwissenschaftlich und theoretisch. Die Landschaftsplanung hingegen betrachtet auch Einwirkungen, Ursachen und Folgen für Flora und Fauna und wenn es um den Mensch geht, kommt auch ein sozialwissenschaftlicher Aspekt hinzu. Die meisten Projektteilnehmer sehen die beiden Fachbereiche weniger als Konkurrenten, denn als Partner mit einem hohen Potential zur Zusammenarbeit.

Im letzten Kapiel geht es um die Zukunftsperspektiven der Umweltmeteorologie. Es wird kritisiert, dass diese nur aufgezählt und nicht diskutiert werden. Die Intention der Autoren ist, aufzuzeigen, dass noch Handlungsbedarf besteht. Herausgestellt wird zum einen die Handhabung von Problemen auf globalem Maßstab (z.B. Klimawandel) und zum anderen das gerade in Schwellen- und Entwicklungsländern die Umweltmeteorologie noch keine wichtige Rolle spielt und Handlungsbedarf besteht. Allgemein bezeichnet die Projektgruppe die Auseinandersetzung mit Fragestellungen der Umweltmeteorologie oder der Landschaftsplanung als Wohlstandserscheinung.

Als Fazit ist sich das Projekt einig, dass der Artikel einen passenden Schluss unserer Paper-Club-Reihe bildet. Er hilft dabei den studierten Fachbereich in der naturwissenschaftlichen Welt einzuordnen und gibt interessante Denkanstösse für die Zukunft.

5 Layout

Das Layout wird kurz angesprochen, da die Varianten des Titelblattes, die auf heute erstellt werden sollten, fehlen.

David gibt kurz ein paar Anmerkungen zum Stand der Dinge des Projektberichtes. Es werden kleine Änderungen im Text angesprochen und entschlossen, dass die Gruppe diese beim gegenlesen überprüft. Ausserdem wird die Gruppe gebeten, die excel-Diagramme als *.xls-Datein zu schicken, um Anpassungen bezügich Einheitlichkeit zu ermöglichen.

Cortina, die keine Möglichkeit hatte ein Protokoll zu verfassen, wird David als Unterstützung beim layouten des Projektberichtes zugeteilt. Da die Weiterarbeit Michas als ungewiss betrachtet wird.

6 Evaluation

Als letzter Punkt führt die Projektgruppe unter der Moderation von David die Evaluation durch. Da der Raum abgegeben werden muss, geschieht dies im Garten und Marco und Britta verlassen uns vorzeitig.

Jeder Projektteilnehmer schreibt für sich jeweils zwei Punkte auf die ihm gefallen bzw. missfallen haben. Dannach trägt die Gruppe alle Punkte zusammen und diskutiert diese. Aus dem Pool an Anmerkungen, Loben und Kritiken werden zwei positive und zwei negative Aspekte ausgewählt.

negativ

- Viele Projektteilnehmer empfanden die Plena oft etwas unstrukturiert und langat mig. Bei Diskussionen wurde sich nicht gemeldet, bei Entscheidungen wurde oft keine Abstimmung durchgeführt und Referenten wurden regelmässig unterbrochen.


160

Die Gruppe führt dies auf eine schwache Moderatoren-Rolle, die oftmals von Projektleiter Marco übernommen wurde, zurück. Aus diesem Grund ist sich die Gruppe einig, dass die Rolle des Moderators klar definiert werden und gewichtiger ausfallen, sowie, dass Marco sich in seiner Rolle als Leiter manchmal etwas zurückhalten sollte.

- Ein weiterer Punkt war, dass Erwartungen bei Aufgabenstellungen oft nicht klar kommuniziert wurden. So wurden den Teilnehmern oft große Freiheiten eingeräumt, im Anschluss jedoch verkündet, dass konkrete Vorstellungen, wie das Resultat ausschauen soll, vorhanden sind. Als Beispiel ist die Organisation der Exkursion zu nennen. Die Organisationsgruppe hatte sich bereits um eine Unterkunft bemüht, als klar wurde dass schon eine Unterkunft geplant war.

positiv

+ Gelobt wurde, dass sich beide Betreuer viel Zeit für das Projekt und die einzelnen Teilnehmer genommen haben. Bei den zu bearbeitenden Aufgaben wurden anstehende Fragen stets beantwortet und viel Input gegeben. Dadurch sind sich die Teilnehmer einig, dass anschauliche Resultate erziehlt wurden, obwohl der Sachbereich und die anzuwendenden Methoden für die meisten Neuland war. Um der Problematik mit den oft sehr lange dauernden Plena entgegenzuwirken, wurde der Vorschlag geäussert, diese Betreuung in Einzelbesprechungen zu machen, während der Rest der Teilnehmer beispielsweise an ihren eigenen Ausarbeitungen feilen kann.

+ Sehr gelungen empfanden die Teilnehmer desweiteren den Aufbau des gesamten Projektes, sowohl inhaltlich, als auch zeitlich. Man wurde Schritt für Schritt an das Endresultat herangeführt und hatte für die jeweiligen Aufgaben angemessene Zeit zur Verfügung. Das Projekt wurde generell als sehr interessant und lehrreich bewertet.

Nächster Termin: Tag des offenen Hauses 13.07.2012 10:00 - 10:00-12:00 / 15:00-17:00 EB 202

Der Termin des offenen Hauses ist für die Projektteilnehmer Pflicht.

Das Projekt wird in der 1. Session zwischen 10:40 und 11:00 vorgestellt. Den Vortrag halten Basti und Mareike.

Jaenicke

Hervorheben

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Impressum - klima.tu-berlin.de · Der Projektbericht soll eine Synthese aus den Fragestellungen und den erzielten Erkenntnissen des Orientierungsprojekts liefern. Seine Strukturierung