Theoretische Topoklimatologie
Forschungsbericht 1
Gerhard Enders 1979
92 Seiten, 40 Abbildungen
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung, Ziel und Zweck der Arbeit 9
2. Lage und Beschreibung des Untersuchungsgebietes 10
3. Parametrisierung 12
3.1 Informationsraster 12
3.2 Topographische Faktoren 13
3.2.2 Hangrichtung (Ah) 14
3.2.3 Hangneigung (n) 14
3.3 Oberflächenbedeckung 15
3.4 Kartographische Darstellung 16
3.4.1 Hangneigung 19
3.4.2 Hangrichtung 19
3.4.3 Oberfläche 19
3.4.4 Höhe 19
4. Sonnenstrahlung 22
4.1 extraterrestrisch, ohne Abschattung 22
4.1.1 Berechnungsmethode 23
4.1.2 Verwendete Daten; Ergebnisse 24
4.2 extraterrestrisch, mit Abschattung 24
4.2.1 Strahlungsgeometrie; Horizontprofil und Horizontüberhöhung 26
4.2.2 Beschattungszeitpunkte 28
4.3 in wolkenfreier Atmosphäre 29
4.3.1 Transmissionsfaktor 31
4.3.2 Ausgangsdaten und Regression 31
4.3.3 Anwendung auf Tages_ und Jahresmittel 32
5. Potentielle Besonnungszeiten 35
5.1 Licht und Schatten 35
5.2 Sonnenscheindauer 35
6. Lufttemperatur 37
7. Wind, Durchlüftung 41
7.1 Besonnung und lokale Windsysteme 41
7.2 Potentieller Kalteinfluß 43
7.3 Mittlere Windrichtung 45
8. Niederschlag (P) 47
8.1 Höhenabhängigkeit 48
8.1.1 Ausgangsdaten 48
8.1.2 Höhenfunktion 48
8.2 Isohyeten 51
8.3 Gebietsniederschlag 51
9. Wasserbilanz einzelner Flußgebiete 53
9.1 Hydrogeologische Abgrenzung 53
9.1.1 Südteil des Alpenparks 53
9.1.2 Nordteil des Alpenparks 55
9.2 Bilanzen für Ilsank und Schwöbbrücke 55
9.3 Bilanzen für Stanggaß und Schellenberg 55
10. Verdunstung (E) 58
10.1 Potentielle Evpotranspiration 58
10.2 Einfluß des Reliefs 59
10.3 Einfluß der Vegetation 61
10.3.1 Verdunstung natürlicher Oberflächen (Literaturschicht) 61
10.3.2 Relative Verdunstung 63
10.4 Reale Verdunstung 63
10.4.1 Kritik der Maximalwerte 65
10.4.2 Berechnete Gebietsverdunstung 66
10.4.3 "Projizierte" Verdunstungshöhe 68
11. Abfluß (D) 68
12. Beeinflussung der Wasserbilanz durch Landnutzung 68
13. Potentielle Produktivität 70
13.1 Summen und Flächenmittel 71
13.2 Flächenverteilung 72
14. Überprüfung der theoretischen Topoklimatologie durch künftige Freilandmessung 74
15. Bibliographie 76
16. Verzeichnis häufig verwendeter Symbole 80
Anhang 81
Der Kartenteil ist in Forschungsbericht 4 zu finden
Zusammenfassung
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Die Topoklimatologie beschäftigt sich mit Beziehungen zwischen Topographie und Lokalklima. Dazu erforderliche Freilanduntersuchungen lassen sich nicht immer im nötigen Umfang realisieren. Die theoretische Topoklimatologie, Gegenstand dieser Arbeit, kann den Meßaufwand verringern helfen: Einige wenige Meßdaten liefern funktionelle und statistische Zusammenhänge zwischen topographischen und klimatischen Parametern, die anschließen zur Kartierung des Lokalklimas benutzt werden.
Am Beispiel des "Alpenpark Königssee", der wegen Reliefunterschieden von mehr als 2000 m ausgeprägte topoklimatische Gegensätze aufweist, werden die Möglichkeiten einer theoretischen Standortskartierung studiert. IN einem Raster (200 m x 200 m) werden Höhe, Hangneigung, Hangrichtung und Vegetationsdecke parametrisiert. Astronomische Beziehungen und berechnete Horizontüberhöhung gestatten für beliebige Zeitpunkte oder Perioden die Kartierung der extraterrestrischen Hangbestrahlung, des Wechsels von Besonnung und Schatten sowie der effektiv möglichen Sonnenscheindauer. Meßwertgestützte Regressionen berücksichtigen den Einfluß einer wolkenfreien Atmosphäre. Allein mit der Variation der Seehöhe lassen sich 97 % der beobachteten Unterschiede langjähriger Jahresmittel der Lufttemperatur erklären; der Temperaturgradient beträgt 0.47°C/100 m.
Dagegen ist die Beschreibung des lokalen Windfeldes aus Einzelmessungen nicht herzuleiten. Teilaspekte jedoch wie der nächtliche Kaltluftfluß sind einer Bearbeitung zugänglich: Ein einfaches Modell berechnet Richtung und relative Masse dieses bedeutenden klimatischen Standortfaktors als Funktion des Reliefs. Möglichkeiten einer Verbesserung des Modells werden angesprochen.
Im zweiten Hauptteil der Arbeit werden hydrologische Größen behandelt. Jeder Gitterpunkt erhält über eine Regression zunächst einen Niederschlagswert P als Funktion der Höhe. Für definierte Flußeinzugsgebiete werden die Gebietsmittel P berechnet, die über gemessen Abflüsse D Flächenmittel der Evapotranspiration E liefern. D und E werden sodann wieder auf die Gitterpunkte aufgeteilt:
Die Formel THORNTHWAITE liefert Im Vergleich zu E zunächst zu geringe Verdunstungswerte. Eine wesentliche Verbesserung erzielt man durch Relieffaktoren, die die Größe der tatsächlichen Oberfläche der Einzugsgebiete berücksichtigen. Numerisch werden die Einflüsse unterschiedlicher Vegetationsdecken bestimmt, die einen weiteren Angleich der integrierten punktuellen Verdunstungshöhen an P _ D gestatten. Demnach verdunstet Wald im Alpenpark 1.43 mal mehr als Grünlandflächen. Einzelpunkte erhalten rechnerisch enorme Verdunstungsspitzen von jährlich 850 mm. Ob solche Maxima energetisch möglich sind, wird diskutiert, Fehlerquellen bei der Berechnung der hydrologischen Größen werden angesprochen. Die Differenz der Punktwerte P _ E führt zur Kartierung auch des Abflusses D.
Anhand der unterschiedlichen Verdunstungswerte der einzelnen Vegetationsdecken läßt sich weiter die Beeinflussung der Wasserbilanz durch geänderte Landnutzung studieren.
In einem Beispiel für die Anwendung theoretischer Standortsuntersuchungen wird die pflanzliche Stoffproduktion als Funktion von Klimaparametern berechnet. Für die Waldgebiete der Tallagen erhält man dieselbe Trockensubstanzproduktion, wie sie im Alpenvorland im Ebersberger Forst gemessen wurde.
Zum Schluß werden Vorschläge für Meßstellen und deren Zielsetzung bzw. Gerätebestückung für den Alpenpark vorgelegt.