Übung 4 Strahlungshaushalt von Wäldern

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1 Übung 4 Strahlungshaushalt von Wäldern vorgelegt von Rainer Hentschel und Paul Schmidt-Walter, November 2006 INHALTSVERZEICHNIS 1. THEORIE STRAHLUNGSGRÖßEN STRAHLUNGSBILANZEN DIE KURZWELLIGE STRAHLUNGSBILANZ DIE LANGWELLIGE STRAHLUNGSBILANZ DIE GESAMTE STRAHLUNGSBILANZ BERECHNUNG DER STRAHLUNGSFLÜSSE STRAHLUNGSBILANZEN ALBEDO AUSWERTUNG DER DATEN GÖTTINGER WALD MIT SAS BERECHNUNG DER GLOBALSTRAHLUNG (G) UND DER REFLEKTIERTEN GLOBALSTRAHLUNG (RG) BERECHNUNG DER ATMOSPHAERISCHE GEGENSTRAHLUNG (A) UND DER TERRESTRISCHE AUSSTRAHLUNG (E) BERECHNUNG DER STRAHLUNGSBILANZEN: KURZWELLIG (QK), LANGWELLIG (QL), GESAMT (Q) BERECHNUNG DER OPTISCHE EIGENSCHAFTEN: ALBEDO (AL), KURZWELLIGER TRANSMISSIONSKOEFFIZIENT (T) TAGESGÄNGE ERSTELLEN BERECHNUNG DER MITTLEREN MONATLICHEN TAGESWERTE ERGEBNISSE STRAHLUNGSFLUSSDICHTEN UND BILANZEN STRAHLUNGSFLUSSDICHTEN DER GLOBALSTRAHLUNG UND REFLEXSTRAHLUNG KURZ- UND LANGWELLIGE STRAHLUNGSBILANZ, GESAMTSTRAHLUNGSBILANZ IN 39M HÖHE KURZ- UND LANGWELLIGE STRAHLUNGSBILANZ, GESAMTSTRAHLUNGSBILANZ IN 2M HÖHE ATMOSPHÄRISCHE GEGENSTRAHLUNG UND TERRESTRISCHE GEGENSTRAHLUNG IN 2M UND 39M HÖHE TAGESGANG DER ALBEDO ÜBER UND UNTER DEM KRONENDACH UND DER KURZWELLIGE TRANSMISSIONSKOEFFIZIENT KORRELATION DER GLOBALSTRAHLUNG UND DER KURZWELLIGEN STRAHLUNGSBILANZ TABELLARISCHE AUFSTELLUNG DER MITTLEREN TAGESWERTE DER STRAHLUNGSGRÖßEN DISKUSSION SCHLUSSFOLGERUNG

2 1. Theorie 1.1. Strahlungsgrößen Die Strahlungsbilanz lässt sich in zwei Teile aufgliedern, in den kurzwelligen und langwelligen Strahlungsbereich. Der kurzwellige Strahlungsbereich umfasst den Bereich von 0,25 bis 3 µm, der langwellige Bereich reicht von 3 bis 100 µm. Abbildung 1: Lang- und kurzwellige Strahlungsflussdichten Strahlungsbilanzen Die kurzwellige Strahlungsbilanz Die kurzwellige Strahlung stammt hauptsächlich von der Sonne, die eine Oberflächentemperatur von ca K hat. An der Grenze der Atmosphäre treffen durchschnittlich 1,37 kw/m² auf, wovon der größere Teil transmittiert, kleinere Teile werden reflektiert und absorbiert. Der transmittierte Teil gelangt entweder nach Streuung als diffuse Himmelsstrahlung (H) oder direkt (S) auf die Erdoberfläche. Die Summe diffuser Himmelsstrahlung und direkter Sonneneinstrahlung ergibt die Globalstrahlung (G): G = H + S (1). 2

3 Trifft die Globalstrahlung auf die Vegetationsoberfläche, so werden Teile der kurzwelligen Strahlung transmittiert (tg), reflektiert (rg) (Albedo) und absorbiert (ag). Die transmittierte Strahlung gelangt durch den Kronenraum zum Erdboden, wo wiederum ein Teil absorbiert und ein Teil reflektiert wird. Über die Anteile geben die Absorptions-, Reflektions- und Transmissionskoeffizienten Auskunft, welche Material- bzw. Oberflächenspezifisch sind. Die vom Erdboden und der Vegetationsoberfläche der Krautschicht reflektierte Strahlung kann im Kronenraum wiederum reflektiert und transmittiert werden. Der transmittierte und durchgelassene Teil verlässt als diffuse kurzwellige Strahlung den Kronenraum und kann zusammen mit der an der Kronenoberfläche reflektierten Strahlung als kurzwellige Reflexstrahlung (R kw ) gemessen werden. Die kurzwellige Reflexstrahlung über dem Kronendach kann als gesamte Albedo verstanden werden, die sich aus der direkt am Kronendach reflektierten und der am Boden reflektierten und im Kronenraum gestreuten Globalstrahlung zusammensetzt. Die kurzwellige Reflexstrahlung (R kw ) lässt sich daher wie folgt berechnen: R kw = (1-ε kw ) (S+H) (2). Dabei ist ε kw der mittlere Absorptionskoeffizient im Bereich des kurzwelligen Spektrums und der Ausdruck (1-ε kw ) kann als r kw (kurzwellige Reflexzahl, Albedo) bezeichnet werden. Die kurzwellige Strahlungsbilanz (Q kw ) der Erdoberfläche kann nun über die kurzwellige Strahlungsmenge, die auf die Erdoberfläche trifft (Globalstrahlung) und die reflektierte Strahlung berechnet werden. Der Anteil der Globalstrahlung, der nicht reflektiert wird, wird von der Erdoberfläche absorbiert trägt so zu einer positiven Strahlungsbilanz bei: Q kw = G Rkw = ε kw (S+H) (3) Die langwellige Strahlungsbilanz Die größte Strahlungsquelle für die langwellige Strahlung ist die Erdoberfläche mit allen auf ihr befindlichen Objekten einschließlich der Atmosphäre. Diese wird nach dem Stefan-Bolzmann-Gesetz von Körpern mit einer Temperatur von ca. 300 K ausgestrahlt. Es kann unterschieden werden zwischen der gesamten von der Erdoberfläche emittierten langwelligen Strahlung E, und der atmosphärischen Gegenstrahlung A, die von Wolken, Wasserdampf, Kohlendioxid und anderen Spurengasen wie Methan und Lachgas emittiert wird und in Richtung Erdoberfläche gestrahlt wird. Die Strahlung eines Körpers hängt nach dem Stefan-Bolzmann-Gesetz von seiner Temperatur ab. Somit kann die terrestrische Austrahlung E wie folgt beschrieben werden: E = ε lw σ T 4 (4). 3

4 Dabei ist ε lw der mittlere Emissionskoeffizient der langwelligen Strahlung, σ die Stefan- Bolzmann-Konstante (5, Wm -2 K 4 ) und T die absolute Temperatur in K. Auch im langwelligen Spektrum kann Strahlung reflektiert werden, und zwar umso mehr von einem Körper, je weniger er die Eigenschaften eines schwarzen Körpers aufweist. Ein metallischer Körper hat im Idealfall einen Absorptionskoeffizienten von ε lw =0, also einen Reflektionskoeffizienten von (1-ε lw ). Die langwellige Reflexstrahlung kann daher wie folgt als Anteil der Gegenstrahlung beschrieben werden: R lw = (1-ε lw ) A (5). Die langwellige Strahlungsbilanz kann einfach als die Differenz aus atmosphärischer Gegenstrahlung (A), Emittierter Strahlung (E) und Reflexstrahlung (R) dargestellt werden. Man kann die Erdoberfläche als Schwarzen Körper betrachten, wobei der hierbei auftretende Fehler durch die Vernachlässigung von R kompensiert wird: Q lw = A - E -R lw A - σ T 4 (6) Die gesamte Strahlungsbilanz Als gesamte Strahlungsbilanz wird die nun Summe aus kurzwelliger und langwelliger Strahlung bezeichnet: Q = Q kw + Q lw = ε kw (S+H) + ε lw (A - σ T 4 ) (7). 2. Berechnung der Strahlungsflüsse 2.1. Strahlungsbilanzen In dieser Untersuchung wurden die Messinstrumente Pyranometer und Pyrradiometer verwendet, um die Strahlungsströme und -bilanzen auf der Versuchsfläche Göttinger Wald (GW) zu berechnen. Das Pyranometer misst die kurzwellige Strahlung in einem Halbraum, in dem eine schwarze Fläche unter einer Glashaube durch die einfallende Strahlung erwärmt wird. Die Erwärmung liefert eine zur Intensität proportionale Ausgangsspannung, die sich mithilfe eines Eichfaktors in die Strahlungsflussdichten umrechnen lässt. Je nach Ausrichtung (oberer oder unterer Halbraum) lässt sich die Globalstrahlung oder die kurzwellige Reflexstrahlung erfassen. Mit dem Pyrradiometer, welches einen nach oben und einen nach unten orientierten Sensor in Form von horizontalen Auffangflächen hat, werden die kurz- und langwelligen Strahlungsflussdichten erfasst. Daher kann die Gesamtstrahlungsbilanz Q berechnet werden. 4

5 Q = (G + A) (R kw + E) (8) Betrachtet man die Sensoren des Pyrradiometers getrennt von einander, so ergibt die Ausgangsspannung der oberen Empfängerfläche U o, dem Eichfaktor f o und die Eigenstrahlung des Pyradiometers σt 4, die Global- und atmosphärische Gegenstrahlung. G + A = f o * U o + σt 4 (9) Mit Hilfe der entsprechenden Parameter lässt sich über den unteren Sensor die terrestrische Wärmestrahlung E und die kurzwellige Reflexstrahlung R kw berechnen. E + R kw = f u * U u + σt 4 (10) Ermittelt man mit Hilfe des Pyranometers, welches lediglich die Strahlungsflussdichte im kurzwelligen Bereich misst die Globalstrahlung (G=fg*U), so lässt sich die atmosphärische Gegenstrahlung berechnen. Allerdings muss die Eingangsgröße aus dem Pyranometer mit dem Verhältnis der lang- und kurzwelligen Eichfaktoren (f lw / f kw ) multipliziert werden um mit der Ausgangsspannung des Pyrradiometers rechnen zu können. A = f lwo *U o + σt 4 G*(f lwo / f kwo ) (11) Betrachtet man die untere Hemisphäre mit einem weiteren Pyranometer, wird die kurzwellige Reflexstrahlung R kw bzw. deren Spannung erfasst und ermöglicht so die Berechnung der terrestrischen Wärmestrahlung E. E = f lwu *U u + σt 4 - R kw *(f lwu / f kwu ) (12) Anhand dieser Größen lässt sich nun auch die langwellige Strahlungsbilanz berechnen.: Q lw = A E (13) 2.2. Albedo Als Albedo oder Reflexionsvermögen bezeichnet man den von der Oberfläche reflektierten Anteil der auftreffenden Strahlung, ausgedrückt in Prozent. Helle Oberflächen haben eine hohe, dunkle Oberflächen eine niedrige Albedo. Die Albedo (al) kann als Verhältnis von der reflektierten Globalstrahlung (RG) zur Globalstrahlung (G) ausgedrückt werden (al=rg/g). Die Berechnungen werden nach den Formeln aus Versuch 4 des Meteorologischen Instrumentenpraktikums durchgeführt. 3. Auswertung der Daten Göttinger Wald mit SAS In dieser Übung sollen die Bilanzen der kurz- und langwelligen Strahlung, die Gesamtstrahlungsbilanz und die Albedo über und unter dem Kronendach berechnet 5

6 werden. Ferner soll auch noch der kurzwellige Transmissionskoeffizient berechnet werden. Die berechneten Größen werden als mittlere monatliche Tagesgänge des Monats Juni des Jahres 1991 dargestellt. Die Daten stammen aus dem Göttinger Wald. Im folgenden SAS-Code haben die relevanten Größen folgende Bezeichnungen: die atmosphärische Gegenstrahlung: A_hh die Emission : E_hh die Globalstrahlung : G_hh die reflektierte Globalstrahlung : RG_hh die kurzwellige Strahlungsbilanz : Qk_hh die langwellige Strahlungsbilanz : Ql_hh die Gesamtstrahlungsbilanz : Q_hh, wobei hh für die Höhe steht, in der gemessen wurde Berechnung der Globalstrahlung (G) und der reflektierten Globalstrahlung (RG) data radgw; set ueb4.radgw; flw=23; /* Eichkoeffizient der langwelligen Strahlung (Pyrradiometer)in W/(mV m²)*/ fkw=22; /* Eichkoeffizient der kurzwelligen Strahlung (Pyrradiometer)in W/(mV m²)*/ /*In 39m Hoehe*/ G_39=UGo_39*200; /*Globalstrahlung = Spannung des Pyranomters * Eichkoeffizient in W/(mV m²)*/ RG_39=-UGu_39*200; /*reflektierte Globalstrahlung = Spannung des Pyranometers * Eichkoeffizienten in W/(mV m²)*/ /*da die reflektierte Strahlung das System verlässt, ist der Wert von RG negativ*/ /*In 2m Hoehe*/ G_02=UGo_02*200; RG_02=-UGu_02*200; 3.2. Berechnung der atmosphaerische Gegenstrahlung (A) und der terrestrische Ausstrahlung (E) /*In 39m Hoehe*/ 6

7 A_39=flw*UQo_ E-8*TQ_39**4-G_39*flw/fkw; /* s. Theorie Gl. 11*/ E_39=- (flw*uqu_ e-8*tq_39**4- (-RG_39)*flw/fkw); /*s.theorie Gl.12*/ /*In 2m Hoehe*/ A_02=flw*UQo_ E-8*TQ_02**4-G_02*flw/fkw; /* s. Theorie Gl. 11*/ E_02=- (flw*uqu_ e-8*tq_02**4- (-RG_02)*flw/fkw); /*s.theorie Gl.12*/ 3.3. Berechnung der Strahlungsbilanzen: kurzwellig (Qk), langwellig (Ql), gesamt (Q) Qk_39=G_39+RG_39; Qk_02=G_02+RG_02; Ql_39=A_39+E_39; Ql_02=A_02+E_02; Q_39=Qk_39+Ql_39; Q_02=Qk_02+Ql_02; /* Größen einfach addieren, Vorzeichen wurden schon beachtet*/ 3.4. Berechnung der optische Eigenschaften: Albedo (al), kurzwelliger Transmissionskoeffizient (t) if G_39>10 then al_39= -RG_39/G_39; if G_02>10 then al_02= -RG_02/G_02; if G_39>10 then t= G_02/G_39; /*Albedo wird nur ausgerechnet wenn G>10*/ /*Saszeit*/ h= hour(saszeit)+0.5; run; /*Zeit wird jeweils in der Mitte einer Stunde genommen*/ 3.6. Tagesgänge erstellen Proc sort data=radgw; /*Sortieren der Daten nach der Stunde*/ by h;run; 7

8 3.7. Berechnung der mittleren monatlichen Tageswerte Proc means data=radgw mean noprint; /*Mittelwerte der einzelnen Stunden berechnen*/ by h; output out=tagesgang mean=; run; Proc insight data = tagesgang;/*darstellung*/ line al_39 al_02 t * h; run; 8

9 4. Ergebnisse Im Folgenden werden die Ergebnisse des SAS-Prozesses in Grafiken und Tabellen dargestellt, um die unterschiedlichen Strahlungsflüsse und die Albedowerte über und unter dem Kronendach zu veranschaulichen. Ausserdem werden die Beziehungen einzelner Komponenten dargestellt. 4.1.Strahlungsflussdichten und Bilanzen Strahlungsflussdichten der Globalstrahlung und Reflexstrahlung Abbildung 2: Mittlerer monatlicher Tagesgang der Reflexstrahlung (RG) und der Globalstrahlung (G) in 2 m und 39m Höhe. Die Strahlungsflussdichten der Globalstrahlung und der Reflexstrahlung erreichen zwischen 11 und 13 Uhr ihr Maximum. Die Globalstrahlung über dem Kronendach (G_39) zeigt mittags ein Maximum und übertrifft den Wert in 2 m Höhe um ca. 430 W/m². Die reflektierte Globalstrahlung 9

10 erreicht auch zur Mittagsstunde ihre höchsten Werte und ist hier negativ dargestellt, da sie das System verlässt. Auch werden über den Kronen höhere Werte gemessen Kurz- und langwellige Strahlungsbilanz, Gesamtstrahlungsbilanz in 39m Höhe Abbildung 3: Mittlerer monatlicher Tagesgang der kurz- (Qk) und langwelligen (Ql) Strahlungsbilanz in 39m Höhe und insgesamt. Die kurzwellige Strahlungsbilanz (Qk_39) erreicht analog zur Globalstrahlung (s.o.) mittags ihr Maximum. Die langwellige Strahlungsbilanz (Ql_39) ist ebenfalls gegen Mittag am höchsten, weshalb die Strahlungsbilanz insgesamt (Q_39) tagsüber parallel aber unterhalb der kurzwelligen Bilanz verläuft. Zwischen ca. 20 Uhr und 6 Uhr verläuft sie im negativen Bereich. 10

11 Kurz- und langwellige Strahlungsbilanz, Gesamtstrahlungsbilanz in 2m Höhe Abbildung 4: Mittlerer monatlicher Tagesgang der kurz- (Qk) und langwelligen (Ql) Strahlungsbilanz in 2m Höhe und insgesamt. In 2 m Höhe zeigt sich ein wenig anderes Bild, obgleich die Strahlungsbilanzen gegen Mittag ihre höchste Intensität erlangen, geschieht dies auf einem deutlich niedrigeren Niveau. Auffallend ist die langwellige Strahlungsbilanz (Ql_02), die nur zwischen ca. 4 Uhr und 16 Uhr negative Werte erlang. Besonders in den frühen Abendstunden zeigen sich positive Werte dieser Bilanz. Daher verschiebt sich auch die Strahlungsbilanz insgesamt (Q_02) nach oben bzw. in den Einstrahlungsbereich und ähnelt sehr der kurzwelligen Strahlungsbilanz (Qk_02). 11

12 Atmosphärische Gegenstrahlung und terrestrische Gegenstrahlung in 2m und 39m Höhe Abbildung 5: Mittlerer monatlicher Tagesgang der atmosphärischen Gegenstrahlung (A) und der terrestrischen Wärmestrahlung (E) in 2m und 39m Höhe. Die atmosphärischen Gegenstrahlung (A) liegt in 2m Höhe leicht höher als in 39m Höhe. Während die Strahlung A in 39m tagsüber leicht abnimmt, steigt selbige in 2m Höhe leicht. Die terrestrische Wärmestrahlung (E) ist in den verschiedenen Messhöhen fast gleich. 12

13 Tagesgang der Albedo über und unter dem Kronendach und der kurzwellige Transmissionskoeffizient Abbildung 6: Mittlerer monatlicher Tagesgang der Albedo in 2 m (al_02) und 39 m (al_39) Höhe und des kurzwelligen Transmissionskoeffizienten (t). Die Albedowerte sind in zwei Metern Höhe fast doppelt so hoch wie in 39 Metern Höhe. Bei dem letzten Wert der Reihe zeigt sich ein sprunghafter Anstieg der Reflexzahl in 2m Höhe. Der kurzwellige Transmissionskoeffizient, d.h. der Anteil der Globalstrahlung, der in zwei Metern Höhe noch registriert wird beträgt zwischen 5% und 10%. 13

14 Korrelation der Globalstrahlung und der kurzwelligen Strahlungsbilanz Qk_39 = G_39 Response Di st ri but i on: Normal Li nk Funct i on: I dent i t y Qk_02 = G_02 Response Di st ri but i on: Normal Li nk Funct i on: I dent i t y Model Equat i on Qk_39 = G_39 Model Equat i on Qk_02 = G_02 80 Q k _ Q k _ G_ G_02 Abbildung 7: Beziehung der Globalstrahlung und der kurzwelligen Strahlungsbilanz in 39m bzw. 2m Höhe. In beiden Abbildungen zeigt sich eine durchweg enge lineare Korrelation zwischen kurzwelliger Strahlungsbilanz und Globalstrahlung. G_02 = G_39 Response Di st ri but i on: Normal Li nk Funct i on: I dent i t y Model Equat i on G_02 = G_ G _ G_39 Abbildung 8: Zusammenhang zwischen der Globalstrahlung in 39 und 2 Metern Höhe. Die Achsen geben die nach unten gerichtete Strahlenflussdichte in 2m bzw. 39m Höhe an. Hier zeigt sich, dass bei geringerer Intensität eine höhere Korrelation besteht und mit steigender Globalstrahlung in 39m Höhe es zu einer erhöhten Streuung der Werte kommt, was auf die im Tagesverlauf unterschiedlichen Sonnenwinkeln zurückzuführen sein könnte. 14

15 4.2.Tabellarische Aufstellung der mittleren Tageswerte der Strahlungsgrößen 2006 The SAS System 1 14:18 Thursday, November 16, The MEANS Procedure Variable Minimum Mean Maximum ƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒ G_ RG_ Qk_ A_ E_ Ql_ G_ RG_ Qk_ A_ E_ Ql_ ƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒ Tabelle 1: Durchschnittliche Werte für die einzelnen Strahlungflussdichten und Bilanzen in 39 bzw. 2 Metern Höhe. The SAS System :18 Thursday, November 16, The MEANS Procedure Variable Minimum Mean Maximum ƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒ al_ al_ t ƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒ Tabelle 2: Reflexzahlen und Transmissionskoeffizient. 5. Diskussion Über dem Kronendach sind die Strahlungsintensität der Globalstrahlung und die anderen Flussdichten weit höher als unter dem Kronendach (Abb.2). Auch sind sie deutlicheren tageszeitlichen Schwankungen unterlegen. Die Globalstrahlung ist unter dem Kronendach sehr viel geringer, da auf dem Weg durch das Geäst und Blattwerk ein großer Teil absorbiert und reflektiert wird und so ein deutlich geringerer Teil zum Boden transmittiert und durchgelassen wird. Daher ist auch die reflektierte Globalstrahlung unter dem Kronendach weitaus geringer. Der kurzwellige Transmissionskoeffizient 15

16 (Abb.6) belegt diese Beobachtung, nur 5% bis 10% der Globalstrahlung durchdringen das Kronendach. Analog dazu ergibt sich eine weitaus höhere maximale kurzwellige Strahlungsbilanz in 39m Höhe (Abb.3/4). Auch die langwellige Strahlungsbilanz erreicht deutlich höhere Werte über dem Bestand, da die Bäume entsprechend ihrer Eigentemperatur langwellige Strahlung in Richtung Waldboden aussenden, die sich zur atmosphärischen Gegenstrahlung addiert und so die langwellige Strahlungsbilanz unter dem Kronendach verringert. Über dem Kronendach besteht ein permanenter Fluss aus dem System hinaus, also in den Himmel, der gegen Mittag sein Maximum erreicht. In 2m Höhe wird nur zwischen ca. 4 Uhr und 16 Uhr eine langwellige Ausstrahlung verzeichnet, während in den frühen Abendstunden sogar langwellige Strahlung eingetragen wird. Dies ist auf die Baumkronen zurückzuführen, da diese langwellige Strahlung abgeben und die langwellige Strahlungsbilanz so umkehren (Abb.4). Insgesamt zeigt sich so eine durchweg positive Strahlungsbilanz unter dem Kronendach und eine zur Nacht hin negativ werdende Bilanz über dem Kronendach (Abb. 3 u. 4). Die atmosphärische Gegenstrahlung liegt in 2m Höhe leicht höher als in 39m Höhe, da von den Baumkronen Wärmestrahlung in alle Richtungen ausgeht und sich so unter dem Kronendach zur atmosphärischen Gegenstrahlung in zwei Metern Höhe addiert. Das kann ein Grund sein für die Beobachtung, dass die Strahlung in 39m tagsüber leicht abnimmt, wohingegen selbige in 2m Höhe leicht ansteigt. Die terrestrische Wärmestrahlung unterscheidet sich nicht erkenntlich in den Höhen (Abb.5). Die Globalstrahlung ist stark vom jeweiligen Wetter abhängig, daher ist auch die kurzwellige Strahlungsbilanz sehr stark vom Wetter abhängig. Die langwellige Strahlungsbilanz unterliegt weniger großen tageszeitlichen Schwankungen, daher scheint diese eine vom Wetter relativ unabhängige Größe zu sein. Da die Reflexzahl nur den Anteil reflektierter Strahlung von der Globalstrahlung angibt und nicht die absoluten Beträge, ist diese eine vom Wetter relativ unabhängige Größe. Sie liegt unter dem Kronendach bei 0,3, über dem Kronendach bei ca. 0,2 (s.abb. 6). Die Oberflächentemperatur der Bäume kann man mithilfe des Stefan-Bolzmann- Gesetzes errechnen. Hierzu kann die Differenz zwischen Atmosphärischer Gegenstrahlung über und unter dem Kronendach benutzt werden. Über dem Kronendach ist die Atmosphärische Gegenstrahlung geringer als unter dem Kronendach, da die Baumkronen durch Ihre Strahlung die zum Boden gerichtete Strahlung erhöhen. Der Unterschied ist umso höher, je mehr die Bäume abgeben. Über die Differenz lässt sich nun die Temperatur errechnen. Analog hierzu kann die Temperatur des Bodens gemessen werden, indem die Emittierte Strahlung über und unter dem Kronendach gemessen wird. Die Differenz dieser Größen zeigt den Emissionsbeitrag der Bäume an. Dieser Beitrag nach oben ist genauso groß wie der Beitrag nach unten, also zur Atmosphärischen Gegenstrahlung. Zieht man diesen dann von der Emission über dem Kronendach ab, erhält man die Ausstrahlung des Bodens. Diese kann dann in die durchschnittliche Temperatur zurückgerechnet werden. 16

17 6. Schlussfolgerung Es hat sich gezeigt, dass sich mit Hilfe beider verwendeter Messinstrumente sämtliche hier beschriebene Strahlungsgrößen relativ leicht berechnen lassen. Sei es schriftlich oder mit Hilfe von SAS. Sind die, durch die Strahlungsstromdichten hervorgerufenen, Spannungen erst einmal dokumentiert, lassen sich alle weiteren Größen ableiten. Es wurde deutlich, dass die Vegetation einen erheblichen Einfluss auf die Strahlungsintensität nimmt, indem sie zum einen die kurzwellige Strahlung durch Reflektion und Absorbtion um ca. 90% bis 95% reduziert und zum anderen die langwellige Strahlungsbilanz durch die Eigenstrahlung mindert oder zum Teil sogar umkehren kann. Die Strahlungsbilanzen kurz- und langwelliger Strahlung zeigen unter und über dem Kronendach unterschiedliche Beeinflussungen der Vegetation, sowohl in Intensität als auch in Art und Weise des Einflusses. 17