Die vorliegende Hausarbeit im Bereich „Hydrologische Systemanalyse und Modellierung“
beschäftigt sich mit dem Themenschwerpunkt „Bestimmung der Evapotranspiration:
Charakterisierung von Systemmodellen und ihre Bewertung anhand von vergleichender
Datenauswertung“. In der Landschaftsökologie nimmt der Wasserhaushalt eine zentrale
Stellung ein. Die Quantifizierung der einzelnen Teilkomponenten ist dabei immer noch
schwierig. Ziel dieser Arbeit ist es einen Überblick über die wichtigsten Methoden zur
Erfassung der Evapotranspiration zu geben. Um den Einstieg in die Thematik etwas zu
erleichtern, erfolgt zu Beginn eine Beschreibung der grundlegenden thematischen Begriffe
sowie eine kurze Erläuterung der verschiedenen Anwendungsbereiche hinsichtlich der
Verdunstung. Anschließend werden die einzelnen Bestimmungsverfahren erklärt, bei denen in
Berechnungs- und Messmethoden untergliedert wird. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die
Regionalisierung dar. Diese wird unter Einbezug Geographischer Informationssysteme sowie
der Fernerkundung wiedergegeben. Daran schließt sich eine Beschreibung einiger
Evapotranspirationsmodelle. Den Abschluss bildet ein Zukunftsausblick, der eine mögliche
Entwicklung, hinsichtlich der Erfassung und Modellierung der Evapotranspiration, geben soll. Die Evapotranspiration ist ein physikalischer Vorgang. Das Wasser verändert bei
Temperaturen, die unterhalb des Siedepunktes liegen, den Aggregatzustand. Es geht von
flüssiger oder fester Form in den gasförmigen Zustand über. Die Verdunstung beschreibt
somit die Fähigkeit der Atmosphäre Wasserdampf aufzunehmen (Dyck 1995). Der Vorgang
der Evapotranspiration setzt sich aus den Komponenten der Evaporation sowie der
Transpiration zusammen. Die Evaporation beschreibt die „Verdunstung der unbewachsenen
Erdoberfläche (Bodenverdunstung, Schneeverdunstung, Eisverdunstung), des auf
Pflanzenoberflächen zurückgehaltenen Niederschlags (Interzeptionsverdunstung) und von
freien Wasserflächen (Seeverdunstung)“ (Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und
Kulturbau 1996, S. 1). Sie wird als unproduktive Verdunstung bezeichnet, weil keine aktiven
biotischen Prozesse stattfinden (Baumgartner 1990). Unterschiedliche Einflussgrößen, wie
z.B. die Windgeschwindigkeit, das Sättigungsdefizit der Atmosphäre, die zeitliche Verteilung des Niederschlags oder die verschiedenen Vegetationsparameter wirken sich auf die
Evaporation aus (Dyck 1995). [...]
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Begriffsklärung
3. Anwendungsbereiche der Evapotranspiration
4. Bestimmung der Evapotranspiration
4.1 Direkte Messverfahren
4.1.1 Evaporimeter
4.1.2 Lysimeter
4.1.3 Turbulenz- Korrelations- Methode
4.2 Indirekte Messverfahren
4.2.1 Messung der Energiebilanz
4.2.2 Gradientmessungen in der bodennahen Luftschicht
4.3 Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Evapotranspiration
4.3.1 Potentielle Evapotranspiration
4.3.1.1 Wasseroberfläche
4.3.1.1.1 Verfahren nach Dalton
4.3.1.1.2 Energiebilanzverfahren
4.3.1.1.3 Kombinationsverfahren
4.3.1.2 Landoberflächen
4.3.1.2.1 Haude
4.3.1.2.2 Thornthwaite
4.3.1.2.3 Penman
4.3.1.2.4 Weitere Berechnungsverfahren
4.3.2 Tatsächliche Evapotranspiration
4.3.2.1 Die Bowen- Ratio- Methode
4.3.2.2 Verfahren nach Renger und Wessolek
4.3.2.3 Verfahren nach Penman- Monteith
5. Regionalisierung der Evapotranspiration
5.1 Verwendung von Geographischen Geoinformationssysteme (GIS)
5.2 Einsatz der Fernerkundung zur Bestimmung der Evapotranspiration
6. Systemmodelle
6.1 Das Wasserbilanzmodell AKWA
6.2 Das Evapotranspirationsmodell PROMET
6.3 Das Agrarmeteorologische Modell AMBETI
6.4 Datenvergleich verschiedener Modelle
7. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über die wichtigsten Methoden zur Bestimmung der Evapotranspiration, charakterisiert verschiedene hydrologische Systemmodelle und bewertet diese anhand einer vergleichenden Datenauswertung.
- Grundlegende Definition und Bedeutung der Evapotranspiration im Wasserhaushalt.
- Unterscheidung zwischen direkten und indirekten Messverfahren sowie Berechnungsansätzen.
- Methoden zur Regionalisierung mittels Geoinformationssystemen (GIS) und Fernerkundung.
- Detaillierte Analyse und Vergleich hydrologischer Systemmodelle wie AKWA, PROMET und AMBETI.
Auszug aus dem Buch
4.1.2 Lysimeter
Ein Lysimeter ist ein Gerät zur Bestimmung des Bodenwasserhaushaltes, bei dem die Komponenten Niederschlag, Versickerung, Speicherung und Verdunstung bestimmt werden. Voraussetzung ist dabei, dass die Bodenart und die Vegetationsverhältnisse bekannt sind. Das Lysimeter ist ein abgegrenztes System bestehend aus wasserundurchlässigen Seiten- und Bodenbegrenzungen sowie einem eingefüllten Bodenkörper im Inneren des Gerätes (Abb. 4). Das Sickerwasser wird am Boden des Behälters abgelassen und gemessen. Bei gleichzeitiger Niederschlagsmessung kann dann eine Wasserbilanz des eingebauten Bodenkörpers ermittelt und somit die Verdunstung seiner Oberfläche bestimmt werden.
Die Lysimeter sind in wägbare und nicht wägbare unterteilbar. Bei wägbaren Lysimetern ist die tatsächliche Verdunstung ETa (in mm) über die folgende Gleichung ermittelbar. ETa = P0 – SW - ∆W / ∆t.
Über einen bestimmten Zeitabschnitt (∆t) wird bei derartigen Geräten der Bodenkörper in regelmäßigen Abständen gewogen und somit die Wasservorratsänderung (∆W) erfasst. Des weiteren wird die Versickerung (SW) aus dem Bodenkörper sowie der Niederschlag gemessen. Dies erfolgt im Bodenniveau, weil Messungen des Niederschlags in 1 m Höhe Werte liefern, die um 10 bis 15 % zu niedrig liegen. Ursache dafür sind der Windeinfluss, die Verdunstung aus der Sammelkanne und die Benetzung der Auffangfläche. Von Nachteil für die Erfassung der Verdunstung ist das Vorhandensein von Schneeniederschlag. Durch Schneeumlagerungen auf den Lysimetergefäßen und Schneetreiben treten Fehler in der Verdunstungsbestimmung auf. Die Lysimeter sind für die Erfassung der tatsächlichen Evapotranspiration am Standort sehr gut geeignet, nicht aber für größere Flächen, da sie landschaftsökologische Aspekte, wie z.B. die Neigung der Bodenoberfläche oder die Morphologie der Umgebung nicht berücksichtigen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Einführung in die Thematik der hydrologischen Systemanalyse und Zielsetzung der Arbeit.
2. Begriffsklärung: Definition der physikalischen Grundlagen und der Komponenten der Evapotranspiration.
3. Anwendungsbereiche der Evapotranspiration: Erläuterung der Bedeutung der Verdunstungsdaten in verschiedenen Fachbereichen wie Wasserwirtschaft und Meteorologie.
4. Bestimmung der Evapotranspiration: Detaillierte Darstellung der direkten und indirekten Messverfahren sowie verschiedener Berechnungsformeln.
5. Regionalisierung der Evapotranspiration: Methoden der Flächenextrapolation mittels GIS und Fernerkundung.
6. Systemmodelle: Beschreibung komplexer Modelle (AKWA, PROMET, AMBETI) zur Simulation des Wasser- und Energiehaushalts.
7. Zusammenfassung und Ausblick: Resümee über die Methodenvielfalt und zukünftige Anforderungen an die Modellierung.
Schlüsselwörter
Evapotranspiration, Wasserhaushalt, Lysimeter, Penman-Monteith, Systemmodellierung, Hydrologie, Geoinformationssysteme, Fernerkundung, PROMET, AMBETI, Energiebilanz, Bodenfeuchte, Wasserwirtschaft, Modellvergleich, Regionalisierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Bestimmung der Evapotranspiration, der Charakterisierung verschiedener Systemmodelle und deren Bewertung durch vergleichende Datenauswertungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Im Fokus stehen Messmethoden, Berechnungsverfahren, Techniken zur Regionalisierung und die Anwendung komplexer Modellsysteme in der hydrologischen Systemanalyse.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, einen Überblick über die wichtigsten Methoden zur Erfassung der Evapotranspiration zu geben und die Eignung verschiedener Modelle für die Wasserhaushaltsbilanzierung zu analysieren.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Autorin kombiniert eine theoretische Aufarbeitung der Mess- und Berechnungsverfahren mit der methodischen Beschreibung komplexer Simulationsmodelle sowie dem Vergleich empirischer Daten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil erstreckt sich von klassischen Messgeräten wie Lysimetern über empirische Formeln zur potentiellen und tatsächlichen Verdunstung bis hin zu modernen computergestützten Modellen und GIS-gestützten Regionalisierungsansätzen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Evapotranspiration, Wasserhaushalt, Systemmodellierung, Penman-Monteith-Gleichung, sowie die spezifischen Modelle AKWA, PROMET und AMBETI.
Wie unterscheiden sich die Modelle PROMET und AMBETI?
PROMET ist ein physikalisch basiertes SVAT-Modell, das auf stündliche Berechnungen ausgelegt ist, während AMBETI ein detailliertes agrarmeteorologisches Modell ist, das die Penman-Monteith-Gleichung doppelt (für Boden und Vegetation) anwendet.
Warum ist die Regionalisierung der Evapotranspiration so problematisch?
Die Regionalisierung ist schwierig, da meteorologische Daten punktuell erhoben werden, der Verdunstungsprozess jedoch nicht linear von Boden- und Vegetationsparametern abhängt und große Gebiete häufig inhomogene Strukturen aufweisen.
- Quote paper
- Susann Kupke (Author), 2002, Bestimmung der Evapotranspiration: Charakterisierung von Systemmodellen und ihre Bewertung anhand von vergleichender Datenauswertung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/18142
