Berechnung der Evapotranspiration im ÖBG (Universität Bayreuth) mit dem SVAT-Modell BEKLIMA

UNIVERSITÄT BAYREUTH Ab . Mik ome eo ologie Be echnung de E apo anspi a ion im ÖBG (Uni e si ä Bay eu h) mi dem SVAT-Modell BEKLIMA Ch is ian Neune A bei se gebnisse N . 16 Bay eu h, Mai 2001 1 Inhal s e zeichnis 1 Das SVAT-Modell BEKLIMA 1 2 E s ellung de Eingabeda eien BEKLIMAs 2 3 Simula ion mi BEKLIMA 4 Li e a u 6 1 Das SVAT-Modell BEKLIMA Das SVAT-Modell (Soil-Vege a ion-A mosphe e-T ans e ) BEKLIMA (Bes andsklima) wu - de on B aden in B aunschweig an de Zen alen Ag a me eo ologischen Fo schungss elle des Deu schen We e diens es 1985 en wickel . Es dien zu Be echnung s ündliche We e de E apo anspi a ion übe B ache sowie übe eine Vielzahl e schiedene Vege a ions- a en. Einen Übe blick bzw. eine Besch eibung des Compu e modells is in BRADEN (1995) und NEUNER (2000) zu inden. Zu Simula ion de E apo anspi a ion im Ökologisch-Bo anischen Ga en (ÖBG) de Uni e si ä Bay eu h wu de die in NEUNER (2000) e wende e Ve sion BEKLIMAs leich abgeände , da bei de We e s a ion ÖGB keine Meßwe e de di usen Himmelss ahlung au gezeichne we den. Alle dings we den diese in BEKLIMA ü die Bes immung de di ek en Sonnens ahlung o ausgese z , weshalb die di use Himmelss ahlung hie aus eine heo e ischen Globals ahlung und de ak uellen Globals ahlung abgeschä z wi d. In dem Un e p og amm HIMSTRA wi d nach eine Me hode nach GÖCKEDE (2000) ü jede S unde ein heo e ische We de Globals ahlung bes imm . De heo e ische We de Globals ahlung RG h wi d mi dem ak uellen (gemessenen) We de Globals ahlung RG e glichen, um einen T ansmissionskoe izien en zu e hal en ( = RG / RG h). De T ansmis- sionskoe izien gib Au schluß übe die Bewölkung bzw. T übung de A mosphä e. Bei keine Bewölkung und kla en Ve häl nissen lieg de T ansmissionskoe izien nahe an 1, bei Bewölkung und üben Ve häl nissen nied ige (< 0.90). Je nach Höhe des T ansmis- sionskoe izien en wi d eine „ heo e ische“, di use Himmelss ahlung RH h be echne 2 (RH h = RG h*C ). De Fak o C nimm ü < 0.87 den We 0.36 (Bewölkung, üb) und ü > 0.87 den We 0.18 (keine Bewölkung, kla ) an. Die We e des Fak o s wu den aus Ve gleichen on be echne en und gemessenen We en de Himmelss ahlung gewonnen. Die Au eilung de gemessenen Globals ahlung in die Kompa imen e di ek e Sonnens ahlung und di use Himmelss ahlung e olg in BEKLIMA anschließend seh ein ach. Is die gemessene Globals ahlung höhe als die heo e ische di use Himmelss ahlung, wi d die Di e enz de beiden G ößen als di ek e Sonnens ahlung angenommen. Is sie nied ige , e olg de gesam e Ene gieein ag in das Sys em als di use Himmelss ahlung. Di ek e Sonnens ahlung is dann nich o handen. Die Ände ungen wu den im Un e p og amm METINPUT.FOR du chge üh . De besch iebenen Vo gehensweise lieg die Annahme zu G unde, daß ein heo e ische Ve lau de maximalen, di usen Himmelss ahlung ü eine gegebene Bewölkung exis ie . Nu wenn die Sonne on Wolken e deck wi d, liegen die We e de di usen Himmelss ahlung un e den maximalen. De Ve gleich de au diese Weise be echne en We e de di usen Himmelss ahlung mi gemessenen We en lie e un e Ums änden Fehle bis zu 50 %. Bei de Simula ion de E apo anspi a ion mi BEKLIMA soll e dies alle dings wenige eine Rolle spielen, da de gesam e Ene gieinpu (Globals ahlung) ko ek eingegeben wi d. 2 E s ellung de Eingabeda eien BEKLIMAs Um die An e igung de Eingabeda eien BEKLIMAs so ein ach wie möglich zu machen, s eh das FORTRAN-P og amm UMDOE zu Ve ügung. Wie dabei im einzelnen o zugehen is , wi d im olgenden besch ieben. 1. Die me eo ologischen Da en de We e s a ion ÖBG müssen aus de Da enbank am BITÖK ausgelesen we den. Die e o de lichen G ößen sind: Lu empe a u , Niede schlag, el. Lu euch e, langwellige Gegens ahlung, Globals ahlung und Windgeschwindigkei . Zum Zei punk , an dem diese A bei e aß wu de, muß e dies ü jede einzelne me eo ologische G öße ü einen bes imm en Zei aum geschehen. Bei F agen zum Auslesen de Da en s ehen Jö g Ge chau ode Thomas W zesinsky am BITÖK zu Ve ügung. Zusä zlich können We e de Boden empe a u in 5, 10, 20, 50 und 100 cm Tie e und de Boden euch e ausgelesen we den. Diese sind ü den Modelllau mi BEKLIMA alle dings nich unbeding no wendig. 2. Die ausgelesenen 10-Minu en-Mi elwe e we den in die schon o be ei e e Excel-Da ei „Da enÖBG2001.xls“ übe üh . Die Da ei be inde sich au dem Rechne im Raum 034 in dem O dne E: Ambe i Da en_Oebg . Fü das Jah 2002 und olgende müssen dann 3 en sp echend neue Da eien e s ell we den. Bei de Übe üh ung de Da en in das Excel- Bla is Vo sich gebo en, da e einzel Meßwe e ehlen bzw. ehle ha e Meßwe e o liegen. Fehle ha e bzw. ehlende We e sind wie in Bla „INFO“ besch ieben a big zu ma kie en. Sind die Da enlücken nich allzu g oß (wenige S unden), können sie du ch In e pola ion e se z we den. Ansons en sind die Felde mi dem We „-999.0“ au zu üllen. Am Ende des Au üll o gangs soll e das Da um des le z en Ein ags in de Excel-Tabelle mi dem Da um des le z en ausgelesenen We s aus de Da enbank übe eins immen. Is das nich de Fall, muß nach de Da enlücke gesuch we den. Die Bodenpa ame e sind in dem Bla „Boden“ einzu agen. Fehlende bzw. ehle ha e We e sind hie auch zu kennzeichnen, lee e Felde müssen alle dings nich au ge üll we den. In dem Bla „Me eo ologische Da en“ au keinen Fall die Spal enb ei e e ände n! Bei Nich beach ung kann dies dazu üh en, daß das P og amm „UMDOE.FOR“ nich meh ehle ei unk ionie . 3. Sind alle Da en übe üh und die Da en bzw. die Da ei „Da enÖBG2001.xls“ abgespeiche , kann de nächs e Sch i beginnen. Bei ak i em Tabellen-Bla „Me eo ologische Da en“ is dieses als .p n-Da ei (Fo ma ie e Tex (Lee zeichen ge enn )) abzuspeiche n. Die Da ei e häl den Namen „oebg2001.p n“ und wi d in dem O dne E: ambe i umwandlung übe sch ieben. Fü das Jah 2002 und olgende is die Bezeichnung de Da ei en sp echend umzuände n. 4. Als nächs es ö ne man Digi alTM Visual FORTRAN und den A bei sbe eich „UMDOE.DSW“ im O dne E: ambe i umwandlung . Das P og amm kann nun ausge üh we den. Die Rechenzei nimm wenige Sekunden in Ansp uch. UMDOE (Umwandlung de me eo ologischen Da en des ÖBG in die Eingabeda eien des SVAT-Modells BEKLIMA) lies die 10-Minu en-Mi elwe e de Excel-Tabelle ein und bilde S undenmi elwe e. Gleichzei ig we den die We e übe p ü . Liegen unsinnige We e o , b ich das P og amm ab und weis den Benu ze da au hin, in welche Zeile de Excel-Tabelle de unsinnige We zu inden is . Fehlende We e (-999.0) we den du ch We e des Vo ages e se z . In de Da ei „TAGEFEHL.ERR“ wi d ausgegeben, ü welche Tage dies de Fall wa . An solchen Tagen is die Be echnung de E apo anspi a ion au g und de e se z en We e seh ungenau. UMDOE e s ell die ü BEKLIMA no wendigen Eingabeda eien „lgx_01.111“, „ g_01.111“, „ _01.111“, „ l_01.111“, „ _01.111“ und „ _01.111“. „01“ s eh ü das Jah 2001, „111“ ü die Numme de S a ion ÖBG. Demnach is die Kennzahl ü das Jah 01 in 02 (Zeile 253 – 258, UMDOE.FOR) zu e ände n, wenn das Jah 2002 simulie we den soll (Bsp.: „ _02.111). Auße diese Ve ände ung im Quellcode sind ü die Jah e 2002 und olgende noch zwei wei e e o zunehmen. Handel es sich um ein Schal jah , is in Zeile 15 de en sp echende We ü n zu se zen. Die Excel-p n-Da ei is in Zeile 40 mi Namen zu 4 benennen. Hie is also auch die ich ige Bezeichnung einzuse zen. Wu den Ve ände ungen im Quellcode o genommen, muß UMDOE neu kompilie we den. 5. Die e s ell en Eingabeda eien ü BEKLIMA („lgx_01.111“, „ g_01.111“, „ _01.111“, „ l_01.111“, „ _01.111“ und „ _01.111“) we den in den O dne E: ambe i OeBG_Eingabe kopie . Somi s ehen die me eo ologischen Da en ü die E apo anspi a ionsbe echnung mi BEKLIMA zu Ve ügung. 3 Simula ion mi BEKLIMA Zu Simula ion de E apo anspi a ion mi BEKLIMA sind de Ein achhei halbe schon alle no wendigen Da eien o handen und müssen zum Teil nu noch umbenann we den. Die olgende Besch eibung bezieh sich au eine Be echnung de Ve duns ung übe Wiese. Die Vo gehensweise bei de Simula ion übe B ache bzw. Somme ge s e wi d danach ku z geschilde . Es sei auch an diese S elle wiede au BRADEN (1995) und NEUNER (2000) e wiesen, um einen besse en Übe blick übe BEKLIMA und seine S eue da eien zu e hal en. 1. Man ö ne Digi alTM Visual FORTRAN und den A bei sbe eich „BEKLIMA.DSW“ im O dne E: ambe i quellcode . Fü die Simula ion übe Wiese kann das P og amm so o ausge üh we den. Die Simula ion daue e wa eine Minu e, de Rechen o sch i wi d au dem Moni o ausgegeben. Das P og amm b ich au oma isch ab, wenn keine e nün igen Da en meh zu Ve ügung s ehen. Man muß die S eue da ei „BEKLIMA.STA“ also nich edi ie en! Die Da ei „111_01.BOD“ mi den Bodenpa ame e n am Jah es ag 1 en häl die Boden empe a u en in den e schiedenen Tie en und die Boden euch e. Die Da ei kann mi Hil e de Meßwe e und de Tabelle „Da enÖBG2001.xls“ e s ell we den. Fü das Jah 2001 is das nich meh nö ig. 2. Die Ausgabeda eien we den im O dne E: ambe i oebg_ausgabe gespeiche , wobei die Da ei „BEKLI_01.111“ die wich igs e Da ei da s ell . In ih s ehen die äglichen Ve duns ungs a en (5.Spal e) in [mm/d]. Nega i e We e s ehen ü Tau all. Neben diese Da ei we den zusä zlich Da eien mi S undenwe en on E apo anspi a ion [mm/h], Bodenwä mes om, la en e und ühlba e Wä me luß [W/m²], Schubspannungsgeschwin- digkei [m/s], S ahlungsbilanz [W/m²],... e s ell . Die gewonnen E gebnisse we den in den O dne E: ambe i 2001 Wiese e schoben, wo sie dann bea bei e we den können. Denn, bei jedem P og ammlau we den die Ausgabeda eien in dem O dne E: ambe i oebg_ausgabe übe sch ieben. Die Da eien „WURZ_07.111“ und „WURZ_14.111“ müssen in dem O dne E: ambe i oebg_ausgabe e bleiben! 5 Sollen on Wiese e schiedene Vege a ionsa en simulie we den, müssen einige Da eien umbenann we den. Es is o gesehen, die Ve duns ung auße ü Wiese auch ü B ache und Somme ge s e zu be echnen. Als e s es muß die Da ei „BEKLIMA.STA“ in E: ambe i quellcode in „BEKLIMA14.STA“ umbenann we den. Wi d dies nich gemach , kann es un e ums änden o kommen, daß diese übe sch ieben wi d und neu he zus ellen is . Soll B ache simulie we den, muß die Da ei „BEKLIMA01.STA“ in „BEKLIMA.STA“ umbenann we den. Das P og amm kann nun ausge üh we den. Die E gebnisse we den wiede im O dne e: ambe i oebg_ausgabe gespeiche und sind in den O dne e: ambe i 2001 b ache zu e schieben. Soll Somme ge s e simulie we den, wi d de Modelllau in d ei einzelne Modellläu e einge eil . Von Tag 1 bis Tag 140 is B ache zu simulie en. Dazu wi d die Da ei „BEKLIMA01a.STA“ in „BEKLIMA.STA“ umbenann und das P og amm ausge üh . Anschließend muß die Da ei mi den Zwischene gebnissen „111_01.ZWI“ im O dne E: ambe i quellcode in „111_07.ZWI“ umbenann we den. „BEKLIMA.STA“ e häl seinen u sp ünglichen Namen „BEKLIMA01a.STA“ zu ück und aus „BEKLIMA07.STA“ wi d „BEKLIMA.STA“. Das P og amm wi d ausge üh . Danach wi d „BEKLIMA.STA“ wiede in „BEKLIMA07.STA“ umbenann , aus „111_07.ZWI“ wi d „111_01.ZWI“ und aus „BEKLIMA01b.STA“ wi d „BEKLIMA.STA“. Das P og amm wi d ausge üh und anschließend „BEKLIMA.STA“ in „BEKLIMA01b.STA“ umbenann . Die E gebnisse we den wiede im O dne e: ambe i oebg_ausgabe gespeiche und sind in den O dne e: ambe i 2001 Somme ge s e zu e schieben. Die Umände ung de Da eien is nu ü Da ensä ze e o de lich die übe den Jah es ag 140 hinausgehen. Die Kennzahl „14“ s eh also ü die Simula ion übe Wiese, „07“ ü die Simula ion on Somme ge s e und „01“ ü B ache. Als Boden im ÖBG wi d ein mi el sandige Ton angenommen. 6 Li e a u B aden, H., 1995: The model AMBETI – A de ailed desc ip ion o a Soil-Plan -A mosphe e model. Be ich e des DWD, N . 195, 117 S. Göckede, M., 2000: Das Windp o il in den un e s en 100 m de A mosphä e un e besonde e Be ücksich igung de S abili ä de Schich ung. Diploma bei , Uni e si ä Bay eu h, Ab eilung Mik ome eo ologie, 144 S. Neune , C., 2000: Anwendung des E apo anspi a ionsmodells AMBETI au die Ve duns ungsbe echnung im Raum Weißens ad (Fich elgebi ge). Diploma bei , Uni e si ä Bay eu h, Ab eilung Mik ome eo ologie, 133 S.