02. Verdunstung

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Die Verdunstung wird als Summe aus Interzeptionsverdunstung Ei, Sublimation der Schneedecke Esnow, Verdunstung des Oberflächenwassers Ew und des unbedeckten Bodens Es sowie der Transpiration der Vegetation ETR auf der Basis der potenziellen Evapotranspiration ETP berechnet. Die einzelnen Verdunstungsanteile sind Bestandteil der Schnittstellen zu den spezifischen Teilmodellen Schneemodell, Interzeptionsmodell, Vegetationsmodell sowie Bodenfeuchtemodell. Die Aufteilung des Verdunstungsbedarfs auf Bodenevaporation und Transpiration erfolgt auf der Basis des Bedeckungsgrades des Bestandes (s. Kapitel 4).

Die potenzielle Evapotranspiration ETP ergibt sich allein aus der meteorologischen Situation. Die Berücksichtigung des Einflusses der aktuellen Bodenbedeckung/Vegetation erfolgt in PSCN durch einen landnutzungsspezifischen Korrekturfaktor fLN(t). Dieser liegt im Bereich 0,6 (Schnee) bis 1,35 in Abhängigkeit von der aktuellen Vegetationsentwicklung und den spezifischen Bestandesparametern. Der aktuelle Wert von fLN(t) wird im Pflanzenmodell berechnet (s. Kapitel 4).

 

\fn_jvn ET_{p}^{LN}=fLN(t)*ET_{p})
(1)

 

ETP kann je nach Verfügbarkeit der notwendigen Eingangsdaten nach verschiedenen Verfahren der Standardbibliothek von ArcEGMO ermittelt werden. Bei vorhandenen Strahlungs- und Wind-Messwerten wird die Nutzung der Gras-Referenzverdunstung (ATV-DVWK, 2002) nach der Penman-Monteith-Beziehung empfohlen („VERDUNSTUNGS_BERECHNUNG 8“ in der Steuerdatei modul.ste).

 

\fn_jvn ET_{p}=\frac{\delta *Rn^{*}}{\delta +\gamma^{*}}+\frac{90 *\gamma }{\delta +\gamma^{*}}*v_{2}*\frac{e_{s}(LT)}{LT+273}*(1-\frac{U}{100})
(2)

 

ETP potenzielle Evapotranspiration
δ Steigung der Sättigungsdampfdruckkurve
Rn* Verdunstungsäquivalent der Nettostrahlung [mm/d]
γ* modifizierte Psychrometerkonstante γ *= γ (1 + 0,34 v2)
γ Psychrometerkonstante γ = 0,65 hPa/K
v2 Windgeschwindigkeit in 2 m Höhe [m/s]
es Sättigungsdampfdruck [h/Pa]
U relative Luftfeuchte [%]
LT Tagesmittel der Lufttemperatur [°C]

 

ETp nach Gleichung (2) entspricht der potenziellen Verdunstung eines Grasbestandes von 12 cm Höhe ohne Trockenstress (Annahmen: Albedo = 0,23, aerodynamischer Verdunstungswiderstand = 208/v2, minimaler Bestandeswiderstand=70 s/m).

Liegen keine Messwerte der Windgeschwindigkeit vor, kann alternativ das Verfahren nach Turc/Ivanov (DVWK, 1996) genutzt werden („VERDUNSTUNGS_BERECHNUNG 5“ in der Steuerdatei modul.ste).

 

\fn_jvn ET_{p}=\begin{cases} & \text{ } ak_{U} (R_{g}+b)LT/(LT+15)\Leftrightarrow LT\geq 5^{\circ}C \\ & \text{ } 0,000036(25+LT)^{2(100-U)}\Leftrightarrow LT <5^{\circ}C \end{cases}
(3)

 

\small \fn_jvn k_{U}=\begin{cases} & \text{ } 1+\frac{50-U}{70}\Leftrightarrow U< 50\text{\%} \\ & \text{ } 1 \: \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \! \Leftrightarrow U\geq 50\text{\%} \end{cases}
(4)

 

Rg Globalstrahlung [J/(cm2*d)]
a, b Parameter; a = 0,0031 und b = 209,4 für Dt = 1 d
kU Trockenheitsparameter [-]

 

Die Interzeption wird mittels eines abflusslosen Einzelspeichers mit Überlauf abgebildet. Der Interzeptionsspeicher fängt entsprechend seiner aktuellen Speicherkapazität einen Teil des Niederschlages (P0) ab und wird im gleichen Zeitschritt durch Interzeptionsverdunstung geleert. Die Kapazität des Interzeptionsspeichers hängt vom aktuellen Vegetationszustand ab und wird deshalb innerhalb des Vegetationsmodells berechnet. Die nicht innerhalb des Berechnungszeitschrittes interzeptierte Niederschlagsmenge erreicht die Bodenoberfläche als Niederschlagsdar­gebot.

Nach Abzug der bereits realisierten Verdunstung aus dem Interzeptions-, Schnee- und Muldenspeicher von der potenziellen Evapotranspiration wird der verbleibende Bedarf in potenzielle Bodenevaporation und potenzielle Transpiration aufgeteilt. Das erfolgt in Abhängigkeit vom aktuellen Entwicklungszustand der Vegetation, charakterisiert durch den Bedeckungsgrad B (s. Kapitel 4).

Die potenzielle Evaporation des unbedeckten Bodens Esp berechnet sich dementsprechend zu:

 

\fn_jvn \small E_{sp}=(ET_{p}-E_{i}-E_{snow}-E_{w})(1-B)
(5)

 

B Bedeckungsgrad (0, 1)

 

Die Berechnung der aktuellen Evaporation und Transpiration erfolgt in Abhängigkeit von der aktuellen Bodenfeuchte und der pflanzen- und entwicklungsspezifischen Wurzelverteilung (s. dazu Kapitel 4, 4.4.3 und 5.4).