Energiebilanzschließung bei Eddy-Kovarianz-Messungen unter Berücksichtigung atmosphärischer Stabilität und thermischer Oberflächenheterogenität

Die Energiebilanzlücke, die durch die Unterschätzung latenter und fühlbarer Wärmeströme in Eddy-Kovarianz-Messungen entsteht, ist ein seit Jahrzehnten bekanntes Problem. Seither wurden verschiedene Ansätze zur Schließung der Lücke entwickelt, die zu einer Verbesserung der Instrumentierung und der Anwendung verschiedener Korrekturmethoden in der Datenaufbereitung geführt haben. Diese Maßnahmen führten bisher jedoch noch nicht zu einer vollständigen Schließung der Energiebilanzlücke. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass der Energietransport durch sub-mesoskalige atmosphärische Zirkulationen definitionsgemäß nicht durch Eddy-Kovarianz-Messungen mit typischen Mittelungszeiten erfasst werden kann. Es gibt bereits einige Ansätze, die verbleibende Lücke zu schließen, indem der fehlende Anteil in unterschiedlichen Verhältnissen den gemessenen fühlbaren und latenten Wärmeflüssen zugerechnet wird. Allerdings gibt es nur wenige Ansätze, die diesen fehlenden Anteil auf der Grundlage kausaler Faktoren bestimmen. Als wichtiger Faktor wurde neben der atmosphärischen Stabilität die Heterogenität der Landschaft, insbesondere die thermische Ungleichmäßigkeit, identifiziert. In einer idealisierten Large-Eddy-Simulationsstudie wurde daher ein neues Modell der Energiebilanzlücke in Abhängigkeit eines atmosphärischen Stabilitätsparameters und eines Heterogenitätsparameters, der sowohl die Amplitude der Oberflächentemperatur als auch die vorherrschende Heterogenitätsskala berücksichtigt, entwickelt. Dieses Modell kann mit nur wenigen zusätzlichen Messungen zur Korrektur von Eddy-Kovarianz-Messungen unter instabilen und konvektiven atmosphärischen Bedingungen in Landschaften unterschiedlicher Oberflächenheterogenität verwendet werden. Das Modell wurde an 17 Eddy-Kovarianz-Stationen, die im Sommer und Herbst 2019 über einen Zeitraum von drei Monaten im Rahmen der umfassenden CHEESEHEAD19 (Chequamegon Heterogeneous Ecosystem Energy-balance Study Enabled by a High-density Extensive Array of Detectors) Messkampagne im Norden Wisconsins (USA) betrieben wurden, getestet. Wir stellen das neue Modell und dessen Anwendung auf Feldmessungen vor.