Angewandte Meteorologie: mikrometeorologische Methoden
Gegenstand des Buchs sind die atmosphärischen Vorgänge im Lebensraum des Menschen. Damit liefert es die Grundlagen insbesondere für die Biometeorologie, Agrarmeteorologie, Hydrometeorologie, Umweltmeteorologie und technische Meteorologie sowie für die Biogeochemie. Der Autor behandelt Theorie, Messt...
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin, Heidelberg
Springer Spektrum
[2016]
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| Edition: | 3. Auflage |
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| Summary: | Gegenstand des Buchs sind die atmosphärischen Vorgänge im Lebensraum des Menschen. Damit liefert es die Grundlagen insbesondere für die Biometeorologie, Agrarmeteorologie, Hydrometeorologie, Umweltmeteorologie und technische Meteorologie sowie für die Biogeochemie. Der Autor behandelt Theorie, Messtechnik, experimentelle Verfahren und Modellierung so, dass die Themen jeweils für sich stehen und die Inhalte einzeln in Lehre, Forschung und Praxis genutzt werden können. Für die Neuauflage wurden das Literaturverzeichnis und einzelne Kapitel erweitert. |
| Physical Description: | XXII, 394 Seiten Illustrationen, Diagramme (schwarz-weiss) 24 cm |
| ISBN: | 9783642255243 |
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Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeine Grundlagen. 1
1.1 Mikrometeorologie. 1
1.2 Atmosphärische Maßstäbe. 6
1.3 Atmosphärische Grenzschicht. 8
1.4 Energiebilanz an der Erdoberfläche. 11
1.4.1 Strahlungsbilanz an der Erdoberfläche. 13
1.4.2 Bodenwärmestrom und Bodenwärmespeicherung. 19
1.4.3 Turbulente Austauschströme. 23
1.5 Wasserbilanzgleichung. 28
Literatur. 29
2 Grundgleichungen der atmosphärischen Turbulenz. 35
2.1 Bewegungsgleichung. 35
2.1.1 Navier-Stokes-Gleichung für mittlere Bewegung. 35
2.1.2 Turbulente Bewegungsgleichung. 36
2.1.3 Schließungsansätze . 42
2.2 Gleichung der turbulenten kinetischen Energie. 47
2.3 Fluss-Gradient-Ähnlichkeit. 49
2.3.1 Profilgleichungen für neutrale Schichtung. 49
2.3.2 Integration der Profilgleichungen - Rauigkeit und
Verschiebungshöhe. 53
2.3.3 Monin-Obukhov’sche Ähnlichkeitstheorie. 57
2.3.4 Bowen-Verhältnis-Ähnlichkeit. 65
2.4 Fluss-Varianz-Ähnlichkeit. . . 66
2.5 Turbulenzspektrum. 68
2.6 Atmosphärische Grenzschicht. 76
2.6.1 Mischungsschichthöhe. 76
2.6.2 Widerstandsgesetz. 78
2.6.3 Integrale Turbulenzcharakteristiken. 79
Literatur. 80
3 Besonderheiten der bodennahen Turbulenz. 87
3.1 Eigenschaften der Unterlage. 87
3.1.1 Rauigkeit - ergänzende Anmerkungen. 88
XI
xü Inhaltsverzeichnis
3.1.2 Verschiebungshöhe - ergänzende Anmerkungen. 91
3.1.3 Profile in Pflanzenbeständen. 93
3.2 Interne Grenzschichten. 96
3.2.1 Definition. 96
3.2.2 Experimentelle Befunde. 100
3.2.3 Thermische interne Grenzschicht. 103
3.2.4 Das „Blending-heighC-Konzept. 105
3.2.5 Praktische Bedeutung interner Grenzschichten. 106
3.3 Hindernisse. 107
3.4 Footprint. 110
3.4.1 Definition. 110
3.4.2 Footprint-Modelle. 111
3.4.3 Anwendung von Footprint-Modellen. . 113
3.5 Hohe Vegetation. 117
3.5.1 Verhalten meteorologischer Größen im Wald. 117
3.5.2 Flüsse gegen den Gradienten - kohärente Strukturen. 119
3.5.3 Raue Unterschicht - Verwirbelungsschicht. 125
3.5.4 Kopplung zwischen Atmosphäre und
Pflanzenbeständen. 128
3.6 Advektion. 130
3.7 Bedingungen bei stabiler Schichtung. 133
3.8 Schließung der Energiebilanz . 135
Literatur. 140
4 Experimentelle Bestimmung des Energie- und
StofTaustausches. 151
4.1 Profilmethode. 151
4.1.1 Profilmethode mit zwei Messhöhen. 152
4.1.2 Profilmessung mit mehreren Messhöhen. 163
4.1.3 Potenzansätze. 165
4.2 Eddy-Kovarianz- Methode. 167
4.2.1 Allgemeine Grundlagen. 167
4.2.2 Messtechnische Grundlagen. 169
4.2.3 Anzuwendende Korrekturverfahren. 172
4.2.4 Nicht oder nur mit Vorsicht anzuwendende
Korrekturverfahren. 182
4.2.5 Qualitätssicherung. 184
4.2.6 Ergänzen von Datenlücken. 187
4.2.7 Gesamteinschätzung. 189
4.3 Fluss-Varianz-Beziehungen. 191
4.4 Akkumulationsverfahren. 192
4.4.1 Eddy-Akkumulations-Methode (EA). 192
4.4.2 Relaxed Eddy-Akkumulations-Methode (REA). . 193
4.4.3 Disjunct Eddy-Kovarianz-Methode (DEC). 198
4.4.4 Boden Renewal-Methode . 198
Inhaltsverzeichnis xiii
4.5 Flüsse chemischer Beimengungen. 200
Literatur. 207
5 Modellierung des Energie- und Stoffaustausches. 217
5.1 Energiebilanzverfahren. 217
5.1.1 Bestimmung der potenziellen Verdunstung. 218
5.1.2 Bestimmung der aktuellen Verdunstung. 222
5.1.3 Bestimmung aus Routine-Wetterbeobachtungen. 227
5.2 Hydrodynamische Mehrschichtenmodelle. 229
5.3 Widerstandsansätze. . 231
5.4 Modellierung für Wasserflächen. 236
5.5 Grenzschichtmodellierung. 237
5.5.1 Prognostische Modelle für die
Mischungsschichthöhe. 237
5.5.2 Parametrisierungen für das Windprofil in der
Grenzschicht. 238
5.6 Modellierung in großmaßstäblichen Modellen . 240
5.7 Large Eddy-Simulation. 243
5.8 Flächenmittelung. 244
5.8.1 Einfache Flächenmittelungsverfahren. . 246
5.8.2 Aufwändige Flächenmittelungsverfahren. 248
5.8.3 Modellkopplung. 249
Literatur. 250
6 Messtechnik. 259
6.1 Datenerfassung . . 259
6.1.1 Prinzip der digitalen Datenerfassung. 260
6.1.2 Signalabtastung. 262
6.1.3 Übertragungsfunktionen. 265
6.1.4 Trägheit eines Messsystems. 266
6.2 Messung meteorologischer Elemente. 269
6.2.1 Strahlungsmessung. 270
6.2.2 Windmessung. 277
6.2.3 Temperatur- und Feuchtemessung. 284
6.2.4 Niederschlagsmessung. 293
6.2.5 Indirekte Messverfahren. 294
6.2.6 Sonstige Messtechniken. 298
6.3 Qualitätsmanagement. 305
6.3.1 Messplanung . 305
6.3.2 Qualitätskontrolle. 307
6.3.3 Messgerätevergleiche. 309
Literatur. 311
7 Mikroklimatologie. . 319
7.1 Klimatologische Maßstäbe. 319
7.2 Herausbildung lokaler Klimate . 320
xîv
Inhaltsverzeichnis
7.2.1 Kleinräumige Veränderlichkeit von
Klimaelementen. 320
7.2.2 Lokale Klimatypen. 321
7.3 Mikroklimatologisch relevante Zirkulationen. 324
7.3.1 Land-Seewind-Zirkulation. 324
7.3.2 Berg-Talwind-Zirkulation. 324
7.4 Lokale Kaltluftabflüsse. 325
7.5 Landnutzungsänderungen und Lokalklima. 329
7.5.1 Änderung der Oberflächenrauigkeit. 329
7.5.2 Änderung der Verdunstung. 331
7.5.3 Änderung der Albedo. 331
7.5.4 Degradation. 332
7.6 Mikroklimatologische Messungen. 332
Literatur. 334
8 Angewandte Meteorologie. 337
8.1 Richtlinien im Bereich der Angewandten Meteorologie . 337
8.2 Beispiele aus dem Bereich der Angewandten Meteorologie . . . 339
8.2.1 Ausbreitung von Luftbeimengungen. 339
8.2.2 Meteorologische Bedingungen der
Windenergienutzung. 342
8.2.3 Schallausbreitung in der Atmosphäre. 344
8.2.4 Human-Biometeorologie. 346
8.3 Perspektiven der Angewandten Meteorologie. 349
Literatur. 350
9 Anhang. 353
9.1 Weiterführende Monografien. 353
9.1.1 Deutschsprachige Meteorologie- und
Klimatologielehrbücher. 353
9.1.2 Weiterführende mikrometeorologische Literatur. 354
9.1.3 Weiterführende messtechnische Literatur. 355
9.2 Gebrauch der SI-Einheiten. 356
9.3 Konstanten und wichtige Parameter. 356
9.4 Ergänzende Gleichungen. 359
9.4.1 Berechnung astronomischer Größen. 359
9.4.2 Universelle Funktionen. 360
9.4.3 Integrale Turbulenzcharakteristiken in der
Bodenschicht. 363
9.5 Übersicht zu Experimenten. 364
9.5.1 Experimente zur Untersuchung der Bodenschicht. . 364
9.5.2 Experimente in heterogenen Landschaften. 365
9.5.3 Experimente in der städtischen Grenzschicht. 366
9.5.4 Sonstige Experimente, auf die Bezug
genommen wird. 367
Inhaltsverzeichnis
vnwv^.#i, WY.
9.6 Meteorologische Messstationen.
9.7 Bearbeitungssoftware für Eddy-Kovarianz-Messungen. 368
9.8 Glossar. ^
9.9 Deutsch-Englisches-Wörterverzeichnis.’ 374
Literatur. -g.
Sachwortverzeichnis
387
Gegenstand des Buches sind die atmosphärischen Vorgänge im unmittelbaren Lebens-
raum des Menschen, also in den unteren 100 -1000 Metern der Atmosphäre und in
Gebieten mit nur einigen Kilometern Ausdehnung. Dieser mikrometeorologische Raum
wird in Büchern der allgemeinen Meteorologie nur wenig berücksichtigt. Damit bietet
das Buch Grundlagen insbesondere für angewandte meteorologische Fachgebiete wie
Biometeorologie, Agrarmeteorologie, Hydrometeorologie, Umweltmeteorologie und
sowie für die Biogeochemie. Ein wichtiger Schw
dabei die Transportprozesse und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre und Erdoberfläche,
wobei bewachsene und heterogene Unterlagen eine besondere Beachtung finden.
Der Autor behandelt die Teilgebiete Theorie, Messtechnik, experimentelle Verfahren
und Modellierung so, dass sie jeweils auch eigenständig für Lehre, Forschung und
Praxis genutzt werden können.
Neuerungen gegenüber der zweiten Auflage sind Aktualisierungen und kleinere Er-
gänzungen in allen Kapiteln sowie inhaltliche Erweiterungen bei hoher Vegetation,
Windenergie, Stadtmeteorologie, Landnutzungsänderungen und Bedeutung der Mi-
krometeorologie bei Fragen des Klimawandels. |
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