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paper_nissen_et_al [2015/07/12 19:51] david |
paper_nissen_et_al [2018/02/09 10:28] (aktuell) |
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| This study examines the microclimate of a peatland located in the north-west of Brandenburg in Germany. Precisely defined, the peatland has to be classified as a transition bog which is surrounded by woods that are part of the protected area called Biosphärenreservat Flusslandschaft Elbe. The main goal of the following article is to take a closer look at the temperature profile logged by a measuring station in the middle of the peatland, compared to the profiles logged by the other two stations located on the brinks of it. The data referred to show the temperature measured in the ground-proximate air layer. In order to explain the differences which had been expected to be found in the temperature profiles and which should have been able to shed light on the characteristics of this very special microclimate, especially the two factors air humidity and global irradiance will be taken into consideration. Due to the unfavourable macro weather situation at the time of the measurings though, there could not be proved which reasons in particular cause the specific microclimate of the transition bog. Nevertheless, outcome-based interpretations can be made. | This study examines the microclimate of a peatland located in the north-west of Brandenburg in Germany. Precisely defined, the peatland has to be classified as a transition bog which is surrounded by woods that are part of the protected area called Biosphärenreservat Flusslandschaft Elbe. The main goal of the following article is to take a closer look at the temperature profile logged by a measuring station in the middle of the peatland, compared to the profiles logged by the other two stations located on the brinks of it. The data referred to show the temperature measured in the ground-proximate air layer. In order to explain the differences which had been expected to be found in the temperature profiles and which should have been able to shed light on the characteristics of this very special microclimate, especially the two factors air humidity and global irradiance will be taken into consideration. Due to the unfavourable macro weather situation at the time of the measurings though, there could not be proved which reasons in particular cause the specific microclimate of the transition bog. Nevertheless, outcome-based interpretations can be made. | ||
| ====== Einleitung ====== | ====== Einleitung ====== | ||
| - | Im Zuge der Klimadebatte wird der klimatischen Ausgleichsfunktion des Ökosystems Moor in jüngerer Zeit eine zunehmend große Rolle beigemessen (vgl. z.B. IPCC 2014). Allerdings liegt der Schwerpunkt zahlreicher wissenschaftlicher Publikationen auf deren Bedeutung im globalen Kontext (vgl. GORHAM 1991; CHARMAN 2002). Das Mikroklima dieser speziellen Ökosysteme ist bislang weniger beachtet und untersucht. In diesem Artikel liegt das Hauptaugenmerk auf den kleinskaligen Prozessen, die ausschlaggebend sind für spezifische Temperaturverläufe in Waldmooren. Kleinskalige Prozesse beschreibt hier die Ausprägung der Klimafaktoren in unmittelbarer Moorumgebung. Unter Waldmoore sind nach Meier (WAMOS-Workshop Berlin, 2006) „alle mit dem Wald verbundenen gehölzbestandenen und gehölzfreien Moore“ zu verstehen, wobei es sich bei der hier untersuchten Moorfläche um ein offenes, aber ringsum direkt an den Waldrand angrenzendes Gebiet handelt. Von insgesamt 8% Moorböden aller Bodentypen in Brandenburg zählen jene im Wald zu den bislang intaktesten Moorflächen des Landes (ebd.). Sie machen nach Schätzungen von LANDGRAF (2005) ca. 38 000 Hektar aus. \\ | + | Im Zuge der Klimadebatte wird der klimatischen Ausgleichsfunktion des Ökosystems Moor in jüngerer Zeit eine zunehmend große Rolle beigemessen (vgl. z.B. IPCC 2014). Allerdings liegt der Schwerpunkt zahlreicher wissenschaftlicher Publikationen auf deren Bedeutung im globalen Kontext (vgl. GORHAM 1991; CHARMAN 2002). Das Mikroklima dieser speziellen Ökosysteme ist bislang weniger beachtet und untersucht. In diesem Artikel liegt das Hauptaugenmerk auf den kleinskaligen Prozessen, die ausschlaggebend sind für spezifische Temperaturverläufe in Waldmooren. Kleinskalige Prozesse beschreibt hier die Ausprägung der Klimafaktoren in unmittelbarer Moorumgebung. Unter Waldmoore sind nach Meier (WAMOS-Workshop Berlin, 2006) „alle mit dem Wald verbundenen gehölzbestandenen und gehölzfreien Moore“ zu verstehen, wobei es sich bei der hier untersuchten Moorfläche um ein offenes, aber ringsum direkt an den Waldrand angrenzendes Gebiet handelt. Von insgesamt 8% Moorböden aller Bodentypen in Brandenburg zählen jene im Wald zu den bislang intaktesten Moorflächen des Landes (ebd.). Sie machen nach Schätzungen von LANDGRAF (2005) ca. 38.000 Hektar aus. \\ |
| Nach § 30 BNatSchG zählen Moore zu den besonders geschützten Biotopen, nach § 18 BbgNatSchAG sind „Maßnahmen, die zu einer Zerstörung oder erheblichen oder nachhaltigen Beeinträchtigung“ ebendieser führen können, unzulässig. Weiterhin wird in zahlreichen Strategien, Programmen, Konzepten, Aktionsplänen u. ä. auf Landes-, wie Bundesebene die Schutzwürdigkeit von Mooren hervorgehoben. Beispiele hierfür sind die Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt (vgl. Kapitel B 1.2.5, BMUB 2007) oder das Waldmoorschutzprogramm Brandenburg des Ministeriums für ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz Brandenburg (MULM 2015). In erster Linie wird der Beitrag der Moore zur Klimaregulation genannt, weshalb es umso wichtiger ist, die ökosysteminternen Prozesse zu untersuchen und zu verstehen. \\ | Nach § 30 BNatSchG zählen Moore zu den besonders geschützten Biotopen, nach § 18 BbgNatSchAG sind „Maßnahmen, die zu einer Zerstörung oder erheblichen oder nachhaltigen Beeinträchtigung“ ebendieser führen können, unzulässig. Weiterhin wird in zahlreichen Strategien, Programmen, Konzepten, Aktionsplänen u. ä. auf Landes-, wie Bundesebene die Schutzwürdigkeit von Mooren hervorgehoben. Beispiele hierfür sind die Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt (vgl. Kapitel B 1.2.5, BMUB 2007) oder das Waldmoorschutzprogramm Brandenburg des Ministeriums für ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz Brandenburg (MULM 2015). In erster Linie wird der Beitrag der Moore zur Klimaregulation genannt, weshalb es umso wichtiger ist, die ökosysteminternen Prozesse zu untersuchen und zu verstehen. \\ | ||
| Für die Interpretation der gemessenen Temperaturverläufe im Moor ist es unerlässlich, die Globalstrahlung, sowie die Verdunstung und Kondensation als zentrale klimatische Prozesse heranzuziehen (vgl. auch Studien von HOJDOVA et al. 2005). \\ | Für die Interpretation der gemessenen Temperaturverläufe im Moor ist es unerlässlich, die Globalstrahlung, sowie die Verdunstung und Kondensation als zentrale klimatische Prozesse heranzuziehen (vgl. auch Studien von HOJDOVA et al. 2005). \\ | ||
| Als Globalstrahlung wird die gesamte auf der Erdoberfläche auftreffende Solarstrahlung verstanden (DWD 2015). Folglich ist sie abhängig von der geografischen Breite des Standorts, dem Relief, der Tages- sowie Jahreszeit. Unterteilt wird die Globalstrahlung in direkte und diffuse Strahlung. Während die direkte Strahlung unmittelbar auf die Erdoberfläche trifft, handelt es sich bei der diffusen Strahlung um von Nebel, Dunst oder Wolken gestreute Sonnenstrahlung (PALZ et al. 1996).\\ | Als Globalstrahlung wird die gesamte auf der Erdoberfläche auftreffende Solarstrahlung verstanden (DWD 2015). Folglich ist sie abhängig von der geografischen Breite des Standorts, dem Relief, der Tages- sowie Jahreszeit. Unterteilt wird die Globalstrahlung in direkte und diffuse Strahlung. Während die direkte Strahlung unmittelbar auf die Erdoberfläche trifft, handelt es sich bei der diffusen Strahlung um von Nebel, Dunst oder Wolken gestreute Sonnenstrahlung (PALZ et al. 1996).\\ | ||
| Um Aussagen über die Luftfeuchtigkeit treffen zu können, müssen Verdunstung und Kondensation betrachtet werden. Als Verdunstung wird der sich unterhalb des Siedepunktes vollziehende Übergang des Wassers vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand bezeichnet. Hierbei wird der Umgebung Wärmeenergie entzogen (Verdunstungskälte) und findet sich im Wasserdampf als latente Wärme wieder. Bei der Kondensation geht Wasserdampf unter Freisetzung von Wärme (Kondensationswärme) wieder zu flüssigem Wasser über. Überschreitet die relative Luftfeuchtigkeit 100%, ist die Luft übersättigt und die überschüssige Feuchtigkeit kann sich als Nebel niederschlagen (KUTTLER 2013). Verdunstung und Kondensation beeinflussen neben dem Wasserhaushalt der Erde auch ihren Wärmehaushalt entscheidend (SCHÖNWIESE 2008).\\ | Um Aussagen über die Luftfeuchtigkeit treffen zu können, müssen Verdunstung und Kondensation betrachtet werden. Als Verdunstung wird der sich unterhalb des Siedepunktes vollziehende Übergang des Wassers vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand bezeichnet. Hierbei wird der Umgebung Wärmeenergie entzogen (Verdunstungskälte) und findet sich im Wasserdampf als latente Wärme wieder. Bei der Kondensation geht Wasserdampf unter Freisetzung von Wärme (Kondensationswärme) wieder zu flüssigem Wasser über. Überschreitet die relative Luftfeuchtigkeit 100%, ist die Luft übersättigt und die überschüssige Feuchtigkeit kann sich als Nebel niederschlagen (KUTTLER 2013). Verdunstung und Kondensation beeinflussen neben dem Wasserhaushalt der Erde auch ihren Wärmehaushalt entscheidend (SCHÖNWIESE 2008).\\ | ||
| - | Prinzipiell müssen auch weitere Einflüsse des Wasserhaushalts, der das Mikroklima vorrangig prägt, mit in Betracht gezogen werden. Ebenso spielt die Vegetation eine Rolle, denn insbesondere Gefäßpflanzen und Kryptogamen kontrollieren die Evapotranspiration (vgl. CHARMAN 2002; LEMLY & COOPER 2011). Die vorgenommenen Messungen umfassen jedoch, mit Ausnahme der Verdunstung, lediglich die oben näher beschriebenen Klimafaktoren und sollen deren Auswirkungen auf das Mikroklima zeigen. Für den Rahmen der Untersuchungen dieser Studie kann zunächst festgehalten werden, dass die häufige Nebelbildung über Mooren aus der generell höheren Luftfeuchtigkeit, die wiederum vom Wasserhaushalt abhängt, resultiert (SŁOWIŃSKA et al. 2010). Die klimatischen Prozesse Verdunstung und Kondensation sind daher zentral und beeinflussen u.a. die Temperatur dahingehend, dass diese im Tagesverlauf eine weite Amplitude aufweist (hier definiert als Maximaltemperatur minus Minimaltemperatur). Daher gilt, dass Moore als natürliche Orte der Entstehung von Kaltluft dienen und eine Ausgleichsfunktion für die Umgebung erfüllen (HEATHWAITE et al. 1993). Dies gilt als vorrangiges Charakteristikum des Mikroklimas, welches sich definitionsgemäß über eine horizontale Ausdehnung von wenigen Millimetern bis einigen hundert Metern der Mikroskala erstreckt und in den bodennahen Luftschichten ausgebildet wird, also stark von der Oberfläche abhängt (DWD 2015). So erwärmt sich beispielsweise ein Moorboden aufgrund seiner thermischen Eigenschaften langsamer im Jahresverlauf als ein mineralischer Boden (MARKERT 2012). Ebenso weisen Moorböden aufgrund des Wassergehaltes eine signifikant höhere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit auf (GÖTTLICH 1990). Bezüglich der untersuchten Messwerte wird aufgrund der von Verdunstung und Kondensation bestimmten mikroskaligen Temperaturverhältnisse, sowie Bodeneigenschaften, speziell die bodennahe Temperatur herangezogen. Diese sollte aufgrund der höheren Verdunstung und der damit verbundenen stärkeren Verdunstungskälte über dem Torfkörper niedriger sein, als über einem Mineralboden. Nach GÖTTLICH (1990) erstreckt sich dieser Einflussbereich von der Bodenoberfläche bis in ca. 2 Meter Höhe, was demnach als bodennaher Wirkraum definiert wird. Bezüglich der Fragestellung sollte sich die Verdunstungskälte auch in den Werten der in der Moormitte gemessenen Temperatur wiederspiegeln, die so niedriger als an den Randstandorten ausfallen müssten. Um den zweiten, hier untersuchten Klimafaktor mit einzubeziehen, muss außerdem angenommen werden, dass die Globalstrahlung eine höhere mittlere Temperatur des südexponierten Standortes bedingt, vergleicht man den Temperaturverlauf der zwei Randstandorte. Es werden nun, unter besonderer Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit, die Messungen in diesem Waldmoor analysiert, welche bezüglich folgender Frage Aufschluss über das spezielle Mikroklima Moor geben sollen: \\ | + | Prinzipiell müssen auch weitere Einflüsse des Wasserhaushalts, der das Mikroklima vorrangig prägt, mit in Betracht gezogen werden. Ebenso spielt die Vegetation eine Rolle, denn insbesondere Gefäßpflanzen und Kryptogamen kontrollieren die Evapotranspiration (vgl. CHARMAN 2002; LEMLY & COOPER 2011). Die vorgenommenen Messungen umfassen jedoch, mit Ausnahme der Verdunstung, lediglich die oben näher beschriebenen Klimafaktoren und sollen deren Auswirkungen auf das Mikroklima zeigen. Für den Rahmen der Untersuchungen dieser Studie kann zunächst festgehalten werden, dass die häufige Nebelbildung über Mooren aus der generell höheren Luftfeuchtigkeit, die wiederum vom Wasserhaushalt abhängt, resultiert (SŁOWIŃSKA et al. 2010). Die klimatischen Prozesse Verdunstung und Kondensation sind daher zentral und beeinflussen u.a. die Temperatur dahingehend, dass diese im Tagesverlauf eine weite Amplitude aufweist (hier definiert als Maximaltemperatur minus Minimaltemperatur). Daher gilt, dass Moore als natürliche Orte der Entstehung von Kaltluft dienen und eine Ausgleichsfunktion für die Umgebung erfüllen (HEATHWAITE et al. 1993). Dies gilt als vorrangiges Charakteristikum des Mikroklimas, welches sich definitionsgemäß über eine horizontale Ausdehnung von wenigen Millimetern bis einigen hundert Metern der Mikroskala erstreckt und in den bodennahen Luftschichten ausgebildet wird, also stark von der Oberfläche abhängt (DWD 2015). So erwärmt sich beispielsweise ein Moorboden aufgrund seiner thermischen Eigenschaften langsamer im Jahresverlauf als ein mineralischer Boden (MARKERT 2012). Ebenso weisen Moorböden aufgrund des Wassergehaltes eine signifikant höhere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit auf (GÖTTLICH 1990). Bezüglich der untersuchten Messwerte wird aufgrund der von Verdunstung und Kondensation bestimmten mikroskaligen Temperaturverhältnisse, sowie Bodeneigenschaften, speziell die bodennahe Temperatur herangezogen. Diese sollte aufgrund der höheren Verdunstung und der damit verbundenen stärkeren Verdunstungskälte über dem Torfkörper niedriger sein als über einem Mineralboden. Nach GÖTTLICH (1990) erstreckt sich dieser Einflussbereich von der Bodenoberfläche bis in ca. 2 Meter Höhe, was demnach als bodennaher Wirkraum definiert wird. Bezüglich der Fragestellung sollte sich die Verdunstungskälte auch in den Werten der in der Moormitte gemessenen Temperatur wiederspiegeln, die so niedriger als an den Randstandorten ausfallen müssten. Um den zweiten hier untersuchten Klimafaktor mit einzubeziehen, muss außerdem angenommen werden, dass die Globalstrahlung eine höhere mittlere Temperatur des südexponierten Standortes bedingt, vergleicht man den Temperaturverlauf der zwei Randstandorte. Es werden nun, unter besonderer Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit, die Messungen in diesem Waldmoor analysiert, welche bezüglich folgender Frage Aufschluss über das spezielle Mikroklima Moor geben sollen: \\ |
| Unterscheiden sich die bodennahen Tagestemperaturverläufe an drei verschiedenen Standorten innerhalb eines Waldmoores?\\ | Unterscheiden sich die bodennahen Tagestemperaturverläufe an drei verschiedenen Standorten innerhalb eines Waldmoores?\\ | ||
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| - | Für die Messung werden drei Messstationen benutzt.Um einen möglichst unterschiedlichen Einfluss der Temperatur beeinflussenden Faktoren Globalstrahlung und Verdunstung zu erhalten, wird eine Station mittig im Moor (53,026961 N 11,867345 E) platziert, die beiden anderen an Nord- (53,163500 N 11,520500 E) und Südrand (53,013540 N 11,520221 E) nahe des Waldrandes (vgl. Abb. 2). [{{::artikel_n_-_abbildung_stationsorte.png?500 | Abbildung 2 Schematische Darstellung der Lage der drei Messstationen innerhalb des Moores. (eigene Darstellung)}}] Die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit wird in einem Meter Höhe mithilfe des digitalen Feuchte- und Temperatursensors SHT75 der Firma Sensirion (SENSIRION AG 2015) gemessen. Die einfallende Globalstrahlung wird mit dem Pyranometer CS300 von Apogee Instruments Inc. aufgezeichnet (TU BERLIN 2015b\\ | + | Für die Messung werden drei Messstationen benutzt. Um einen möglichst unterschiedlichen Einfluss der Temperatur beeinflussenden Faktoren Globalstrahlung und Verdunstung zu erhalten, wird eine Station mittig im Moor (53,026961 N 11,867345 E) platziert, die beiden anderen an Nord- (53,163500 N 11,520500 E) und Südrand (53,013540 N 11,520221 E) nahe des Waldrandes (vgl. Abb. 2). [{{::artikel_n_-_abbildung_stationsorte.png?500 | Abbildung 2 Schematische Darstellung der Lage der drei Messstationen innerhalb des Moores. (eigene Darstellung)}}] Die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit wird in einem Meter Höhe mithilfe des digitalen Feuchte- und Temperatursensors SHT75 der Firma Sensirion (SENSIRION AG 2015) gemessen. Die einfallende Globalstrahlung wird mit dem Pyranometer CS300 von Apogee Instruments Inc. aufgezeichnet (TU BERLIN 2015b\\ |
| Zur Visualisierung und Auswertung der Daten wird das Statistik Programm Rstudio in der Version 0.98.1103 (RSTUDIO 2015) benutzt. Das kommentierte Skript und die Messdaten sind unter https://owncloud.tu-berlin.de/public.php?service=files&t=ff4276915eac40e071459d48287adff8 öffentlich abrufbar. | Zur Visualisierung und Auswertung der Daten wird das Statistik Programm Rstudio in der Version 0.98.1103 (RSTUDIO 2015) benutzt. Das kommentierte Skript und die Messdaten sind unter https://owncloud.tu-berlin.de/public.php?service=files&t=ff4276915eac40e071459d48287adff8 öffentlich abrufbar. | ||
| Es werden die Messwerte für einen 24-stündigen Messzeitraum vom 12.11.2014 07:00 Uhr, eine halbe Stunde vor Sonnenaufgang, bis zum 13.11.2014 07:00 Uhr betrachtet. | Es werden die Messwerte für einen 24-stündigen Messzeitraum vom 12.11.2014 07:00 Uhr, eine halbe Stunde vor Sonnenaufgang, bis zum 13.11.2014 07:00 Uhr betrachtet. | ||
