Turbulenter Austausch von Kohlendioxid in der urbanen Grenzschicht über einer Parkfläche:
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Hohenwarsleben
Westarp Wissenschaften
2009
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Titel: Turbulenter Austausch von Kohlendioxid in der urbanen Grenzschicht über einer Parkfläche
Autor: Kordowski, Klaus
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XVI
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis XVIII
Zusammenfassung 1
1 Einleitung und Zielsetzung 3
2 Theoretischer Hintergrund 5
2.1 Kohlendioxid als Teil des Kohlenstoffkreislaufes . 5
2.1.1 Der Kohlenstoffkreislauf. 5
2.1.2 Der anthropogene Eingriff in den Kohlenstoffkreislauf. 8
2.1.3 Die Rolle urbaner Räume im Kohlenstoffkreislauf . 11
2.2 Die atmosphärische Grenzschicht: Charakteristika und Austauschprozesse . 15
2.2.1 Turbulenter Transport in der ABL. 16
2.2.2 Die Eddy-Kovarianz-Methode zur Bestimmung turbulenter Flüsse . 18
2.2.3 Die städtische Grenzschicht und die urbane Anwendung der Eddy-Kova-
rianz-Methode . 22
2.3 Transportprozesse und raum-zeitliche Dynamik von Kohlendioxid in der atmo-
sphärischen Grenzschicht . 25
2.3.1 Die rurale Situation. 25
2.3.2 Die urbane Situation. 29
2.4 Ergänzung von Lücken in Flussdatensätzen (Gap-Filling). 39
3 Charakterisierung des Untersuchungsgebietes 43
3.1 Auswahl des Untersuchungsgebietes. 43
3.2 Naturräumliche und klimatische Einordnung. 43
3.3 Essen - Stadtstruktur und Flächennutzung. 46
3.4 Meso-und mikroskalige Charakteristika des Untersuchungsgebietes. 49
3.4.1 Flächennutzung und Bebauung. 49
3.4.2 Topographie . 52
3.4.3 Kfz-Verkehr. 52
3.4.4 Kohlendioxidemissionsmuster im Untersuchungsgebiet. 54
3.5 Weitere Mess- und Vergleichsstandorte. 55
VII
Inhaltsverzeichnis
4 Material und Methodik 57
4.1 Messaufbau und Instrumentierung. 57
4.1.1 Eddy-Kovarianz-Messaufbau am Grugaturm . 57
4.1.2 Instrumentierung der weiteren Stationen. 60
4.2 Datenverarbeitung und Qualitätssicherung. 60
4.2.1 Auswahl des LI-7500 Datensignals . 61
4.2.2 Software . 61
4.2.3 Prüfung der Rohdaten auf Plausibiltät. 62
4.2.4 Datenverarbeitung und -korrekturen. 62
4.2.5 Qualitätsprüfung der berechneten Flüsse. 67
4.3 Ergänzung von Datenlücken. 71
4.4 Bestimmung der Standortcharakteristika. 72
4.4.1 Aerodynamische Oberflächeneigenschaften. 72
4.4.2 Flächennutzungserfassung und -klassifizierung. 73
5 Ergebnisse 75
5.1 Meteorologische Charakterisierung und Repräsentativität des Messzeitraums . . 75
5.1.1 Synoptische Strömungssituation. 75
5.1.2 Meteorologische Charakterisierung des Messzeitraums. 76
5.2 Datenverfügbarkeit. 81
5.3 Betrachtung des QueUbereiches (Footprint). 84
5.3.1 Atmosphärische Stabilität. 85
5.3.2 Modellierung der Quellgewichtsfunktion . 86
5.4 Variabilität des Kohlendioxidaustausches im Tages-und Jahresgang. 91
5.4.1 Überblick. 91
5.4.2 Diurnale und anuelle Variabilität. 93
5.5 Einfluss der Flächennutzung im Quellbereich. 99
5.5.1 Anströmungsabhängigkeit des Kohlendioxidaustausches. 100
5.5.2 Biogene Einflüsse im Bereich der Parkfläche. 106
5.5.3 Einfluss urbaner Vegetation und anthropogener Emissionen im Stadt-Sektorl 12
5.6 Turbulenzcharakteristika und Spektralanalyse. 118
5.7 Ergänzung von Datenlücken. 122
5.7.1 Auswahl der Eingangsgrößen und Netztypisierung. 124
5.7.2 Sensitivitätsanalyse. 127
5.7.3 Überprüfung der Leistungsfähigkeit. 128
5.7.4 Alternative Ergänzung kurzer Datenlücken durch lineare Interpolation . . 136
5.8 Zusammenfassende Darstellung der Transportsummen. 137
VIII
Inhaltsverzeichnis
6 Diskussion 141
6.1 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse . 141
6.1.1 Variabilität des Kohlendioxidaustausches. 141
6.1.2 Ergänzung von Datenlücken durch den Einsatz künstlicher neuronaler Netze 149
6.1.3 Gesamttransport von Kohlendioxid . 150
6.2 Repräsentativität der Untersuchung. 151
6.2.1 Messstandort und Messaufbau. 151
6.2.2 Untersuchungszeitraum. 153
6.2.3 Fehlerquellen. 154
7 Schlußfolgerung und Ausblick 157
Literaturverzeichnis 159
À Anhang 170
A.l Ergänzende Abbildungen und Tabellen. 170
A.2 Formeln und Erläuterungen. 176
A.2.1 Monin-Obukhov-Ahnlichkeitstheorie. 176
A.2.2 Koordinatenrotation . 176
A.2.3 weitere Formeln . 177
A.3 Gerätespezifikationen. 178
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