Allgemeine Vorbemerkungen:

Technisch werden Sie die Aufgaben im Programmpaket SAS, Version 8.02,  programmieren. Ihre Ergebnisse stellen Sie in entweder Form von HTML-Dateien oder  als pdf-Dateien dar, die sei aus MS-Word erstellen können. Dazu können Sie einen beliebigen HTML-Editor benutzen. Diese HTML-Dokumente werden im www abgelegt (hier).

Damit dies technisch möglich wird, ist eine besondere Struktur Ihrer Dokumente erforderlich, die Sie bitte selbst anlegen.  Die Namen der Dokumente und der eingebundenen Grafiken müssen folgenden Regeln entsprechen: 

• Ihr HTML-Dokument benennen Sie bitte nach der Übung und Ihrer Gruppe, getrennt von "_"-Zeichen (z.B. ueb1_0102.html für die Gruppe der Teilnehmer 1 und 2). Ihre Teilnehmernummer erfahren Sie hier. Die eingebundenen Grafiken benennen Sie bitte zu Beginn wie das HTML-Dokument folgend von _abb#.gif. Die dritte Abbildung des oben angeführten Beispiels hieße also ueb1_0102_abb3.gif.

• Sollten Sie lieber mit dem pdf-Format arbeiten, benennen Sie die Dokumente entsprechend (ueb1_0102.pdf). Sie können pdf-Dateien mit MS-Word erstellen, wenn Sie einen entsprechenden (Drucker-) Treiber installiert haben (z.B. pdf995).

Um die Grafiken aus SAS in ein HTML-, bzw. MS-Word-fähiges Datenformat zu bringen, gehen Sie bitte wie folgt vor:

/* Umlenken der Grafikausgabe in eine gif Datei vor dem Aufruf von proc gplot*/
goptions device=gif733 gsfmode=REPLACE;
/* Vor jedem Aufruf von proc gplot muss der Ausgabename gesetzt werden:*/
goptions GACCESS='sasgastd>Pfad\dateiname.gif';
/* Die ursprüngliche Ausgabe in den SAS-Grafikkatalog erreichen Sie durch:*/
goptions device=win;

GOPTIONS FTEXT=complex HTEXT=1.2;

Ihre Ausfertigungen sollten immer folgende Punkte enthalten:
1. Aufgabenstellung
2. Methode der Auswertung

die Theorie
der entwickelte SAS-Quellcode

Bitte halten Sie die Ausführungen so knapp wie möglich, indem Sie nur die wirklich zur Beantwortung der Fragestellung nötige Informationen  zusammenstellen. In Ihrem eigenen Interesse achten Sie jedoch bitte selbst auf die Vollständigkeit Ihrer Arbeit, nur so lässt sich das geschriebene auch später noch verstehen. Die Aufgabenstellungen und Lösungen sind die inhaltliche Grundlage für die  Klausur, die den Kurs abschließt.

Übung 1

1. Berechnen Sie die Temperaturabhängigkeit des Dampfdruckes von 10% bis 100% relativer Feuchte in Schritten a 10% und stellen Sie diese grafisch dar. Wie groß ist die relative Änderung des Sättigungsdampfdruckes bei einer Temperaturerhöhung um 10 °C? Benutzen Sie zur Bewältigung der Aufgabe das Skriptum für das Meteorologische Instrumentenpraktikum (hier)
   

Übung 2

1. Vergleich der Witterung des Jahres 1996 mit dem langjährigen Mittel. Fertigen Sie eine Tabelle der Monatsmitteltemperaturen und -niederschlagssummen der DWD-Station Göttingen für das Jahr 1996 und für den letzten 30-Jahreszeitraum an. Sie finden diese Daten in den monatlichen Witterungsberichten des DWD.
2. Untersuchen Sie die Variabilität der Wetterelemente anhand der Wetterdaten von zwei Klimastationen über einer Freifläche und im Buchenwald (vgl. hier).
• Berechnen Sie
• den Luftdruck für die Stationen in Göttingen aus den Druck und Temperaturdaten des Göttinger Waldes. Nutzen Sie zur Berücksichtigung des Höhenunterschiedes bei der Druckangabe das Skript für das meteorologische Instrumentenpraktikum , Versuch 5, Gleichung 5.3,
  
• den  Dampfdruck und das Wasserdampfdrucksättigungsdefizit aus der relativen Feuchte und der Lufttemperatur (vgl. Anleitung für das meteorologische Instrumentenpraktikum, Versuch 3),
• Tages- und Monatsmittelwerte für die Lufttemperaturen, Feuchtegrößen, Luftdruck, Strahlung und Windgeschwindigkeiten,
• Mittlere monatliche Tagesgänge für diese Größen für einen Monat (z.B. den Ihrer Teilnehmernummer),
• Tages-, Monats- und Jahressummen der Niederschlagsmenge.
• Stellen Sie die mittleren monatlichen Tagesgänge für Ihren Monat wie folgt dar:
• Luft- und Bodentemperaturen von FS und WS
• PAR- Strahlung FS, WS
• Wasserdampfdruckdefizit FS, WS
• Luftdruck
• Windgeschwindigkeit FS, WS
3. Besprechen Sie die Ergebnisse hinsichtlich folgender Fragestellungen
• Welche Besonderheiten charakterisierten die Witterung des Jahres 1996?
• Welche Unterschiede haben Sie zwischen Waldinnen- und Freiflächenklima festgestellt?
• quantifizieren Sie diese anhand von Mittelwerten und Schwankungsbreiten
• Wie lang war die Vegetationsperiode 1996 und wie lange währt sie im Mittel. Zur Charaktersierung der Vegetationsperiode nehmen Sie die Tage, ab denen die mittlere Lufttemperatur dauerhaft über 10 °C lagen. Vergleichen Sie Ihre Abschätzung mit dem Belaubungszeitraum.

Übung 3

1. (Zusatzaufgabe für Interessierte): Wie kommt es zum Spektrum und der Strahlungsflussdichte der extraterrestrischen Globalstrahlung?
• Das extraterrestrische solare Spektrum hat ein Maximum bei l_max von ca. 500 nm. Berechnen Sie die Emissionsflussdichte und das vollständige Spektrum der Sonne zu der entsprechenden Oberflächentemperatur. Von diesem Emissionsspektrum der Sonne und der Flussdichte können Sie Spektrum und Solarkonstante der  extraterrestrischen Globalstrahlung berechnen. Berücksichtigen Sie dabei das Verhältnis der Oberflächen, von denen die Strahlung ausgeht, und die, die Sie erhalten (mittlerer Abstand zwischen Sonne und Erde ca. 150 10⁶ km (vgl. hier), Sonnenradius c.a 700000 km (vgl. hier ). Geben Sie den Wert der Solarkonstanten an und stellen Sie das  Spektrum der extraterrestrischen Globalstrahlung grafisch dar.
• Kennzeichnen Sie den Bereich der photosynthetisch aktiven Strahlung (l=400 -700 nm) und schätzen Sie den Energieanteil dieser Strahlung an der Globalstrahlung.
2. Berechnen Sie die potenzielle Globalstrahlung für die Zeitreihen

a:  vom Surumoni-Projekt, Orinokogebiet Süd-Venezuela (3°10' N; 65°40'W).
b: vom Solling-Projekt (51° 46' N; 9°6' E)
und vergleichen Sie diese untereinander und mit den gemessenen Globalstrahlungsflussdichten, die Sie aus den Dateien g_so.sas7bdat und g_su.sas7bdat des Verzeichnisses \\ufobi6\trans\ppoek\ueb3 entnehmen können.

Übung 4

Ehrhardt, O.(1988): Der Strahlungshaushalt eines Buchenwaldes und dessen Abwandlung während der verschiedenen phänologischen Entwicklungsphasen. Dissertation. Institut für Bioklimatologie, Universität Göttingen.
Ellenberg, H., Mayer, R. und Schauermann, J. (1986): Ökosystemforschung Ergebnisse des Sollingprojekts 1966-1986. Verlag Eugen Ulmer Stuttgart.
 

Wir haben für Sie folgende Datensätze mit Rohdaten von Strahlungsmessungen in verschiedenen Höhen und mit verschiedenen Messgeräten vorbereitet:

\\ufobi6\trans\ppoek\ueb4\radf1.sd2
\\ufobi6\trans\ppoek\ueb4\radgw.sd2
\\ufobi6\trans\ppoek\ueb4\radb1.sd2

Jede Gruppe wählt sich die Daten nur eines der drei Standorte zur Bearbeitung aus.
Berechnen Sie zunächst aus den Spannungen des Strahlungsbilanzgebers (Pyrradiometer, Kennung: UQo_hh, UQu_hh, TQ_hh) und des Globalstrahlungsmessgerätes (Pyranometer, Kennung: UGo_hh und UGu_hh) die kurzwelligen und langwelligen Strahlungsströme aus jeweils beiden Richtungen (von oben Index "o" von unten Index "u") unter und über dem Bestand. Zur Vereinfachung wurden die Daten so umgerechnet, dass Sie nur drei verschiedene Eichfaktoren benötigen.

• Pyrradiometer (Gesamtstrahlungsbilanzmesser):
• f_kw = 22 W/(mV m²)
• f_lw  = 23 W/(mV m²)
• Pyranometer(Globalstrahlungsmessgerät): f_G = 200 W/(mV m²)

Bitte beachten Sie die Vorzeichenregelung genau, damit Sie die Bilanzen später richtig ausrechenen können. Die Messgrößen sind in den Dateien so angegeben, wie sie von den Messfühlern ausgegeben wurden.

Benennen Sie die Strahlungsströme wie folgt:
      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

hh bezeichnet die Messhöhe mit zwei Ziffern.

Berechnen Sie anschließend pro Gruppe mit den Daten je eines Standortes

1. die Bilanz der kurz- und langwelligen Strahlung über und unter dem Kronendach
2. die Gesamtstrahlungsbilanz über und unter dem Kronendach
3. die Albedo der Kronenschicht und des Bodens
4. den kurzwelligen Transmissionskoeffizienten

• Wie unterscheiden sich die Strahlungsflussdichten und Ihre Bilanzen über und unter dem Kronendach?
• Worin liegen die Ursachen für die Abwandlung des Strahlungsklimas?
• Welche grundsätzlichen Unterschiede bestehen im Haushalt der verschiedenen spektralen Strahlungsbereiche (langwellig, kurzwellig)?
• Welche Größen sind relativ vom Wetter unabhängige Bestandesgrößen?
• Wie lautet der Ansatz, um aus einigen der gemessenen Größen die Oberflächentemperaturen der Krone und des Bodens zu berechnen?

Übung 5

Übung 6

Berechnen Sie für einen Monat die Transportwiderstände r_a und r_b (H₂0) für den Fichtenbestand F1 im Solling.
Dazu steht Ihnen der Datensatz  \\ufobi6\trans\ppoek\ueb6\f1wid.sd2 zur Verfügung.
Die aerodynamischen Parameter des Bestandes sind z₀ = 2,6 m und d = 22m.
Zeichnen Sie ein Diagramm mit den beiden mittleren monatlichen Tagesgängen der Widerstände.

Übung 7

Bestimmen Sie das Bowensverhältnis (H/λE) und die verdunstete Wassermenge für beide Fälle und stellen Sie diese  als mittlere monatliche Tagesgänge dar.
Dazu steht Ihnen der Datensatz  \\ufobi6\trans\ppoek\ueb7\f1evap.sd2 zur Verfügung. Er enthält die Variablen:
G, Bodenbestandswärmestrom, RN, Netto-Strahlung, G_so, Globalstrahlung  (W/m²)
SHF_tc und LHF_tc  mit der Eddy-Korrelationsmethode bestimmte turbulente Enegieströme (SHF_tc= H, LHF_tc = λE) in W/m².
P_02:          Luftdruck (hPa)
VPD:          Wassersättigungsdefizit in 39 m Höhe (Pa)
WG_39:     Windgeschwindigkeit in 39 m Höhe (m/s)
 

Übung 8

Hinweis:
Beschränken Sie sich zunächst einmal auf direkte Strahlung, ("schwarze" Blätter, Lambert-Beersches Gesetz).
Die Photosynthese beschreiben Sie mit der Lichtantwortfunktion nach Thornley 1976.
Unterteilen Sie den Kronenraum in Schichten a 0.1 m² Blattfläche pro m² Grundfläche der Blattflächenindex sei 4 m²/m².

Diesen Ansatz finden Sie in
\\ufobi6\trans\ppoek\ueb8\beer_photosynthese.sas
als SAS-Programm umgesetzt, das Ihnen im Kurs erklärt wurde.

• Welche Auswirkungen hat die Schichtdicke auf die Ergebnisse der Simulation?
• Wie groß ist die relative PAR-Absortption in Abhängigkeit von LAI und Sonnenwinkel für diffuse und für direkte Strahlung?
• Welche Beziehungen sehen Sie zwischen LAI und Brutto-Photosynthese (GPR)?
• Welche Unterschiede bewirkt die diffuse Strahlung in der Beziehung zwischen GPR und LAI?
• Welche Beziehungen sehen Sie zwischen LAI und Netto-Photosynthese?
• Welche Auswirkungen hätte eine Klumpung von Blattfläche auf die Ergebnisse der Simulationen?
• Was würde sich ändern, wenn die Blätter nicht schwarz wären?
• Fassen Sie die problematischen Vereinfachungen in dem Vorgehen zusammen.