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Lokale Messung der Austauschvorgaenge an der Gewaesseroberflaeche in Labor und Feld

Das heutige Wissen ueber die Austauschvorgaenge an einer Gewaesseroberflaeche ist angesichts der wachsenden Bedeutung der vom Menschen beeinflussten Stoffkreislaeufe ungenuegend. Tieferen Einblick verhinderte bisher das Fehlen einer schnellen und lokalen Messmethode. Die im Rahmen dieses Projektes entwickelte Konstantflussmethode erlaubt die zeitliche und raeumliche Aufloesung der Austauschraten bis hinein in den Bereich ihrer natuerlichen Schwankungen. In diesen Schwankungen liegt aber ein wichtiger Schluessel zum Verstaendnis der austauschbestimmenden Transportvorgaenge. Die Konstantflussmethode verwendet als Arbeitstracer fuehlbare Waerme. Austauschraten anderer Tracer lassen sich berechnen. Die Messung der Waermekonzentration erfolgt beruehrungslos mit Hilfe eines Strahlungsthermometers. Das Verfahren wurde seit 1984 in einer Reihe von Labormessungen zur Bestimmung von Austauschraten unter Wind- und Stroemungseinfluss eingesetzt. Ebenso wurde die Fetchabhaengigkeit und die zeitliche Dynamik des Austauschprozesses untersucht.

Windkanaluntersuchungen zum Gasaustausch und zur Struktur der oberflaechennahen Turbulenz

Das Verstaendnis des Gasaustausches und Stofftransports durch die wasserseitige viskose Grenzschicht ist unzureichend. Die betraechtlich hoeheren Gasaustauschraten bei rauher, wellenbedeckter Wasseroberflaeche weisen auf eine erhoehte oberflaechennahe Turbulenz hin, deren Struktur und Quelle unbekannt ist. Damit sind auch die Parameter, die den Gasaustausch bestimmen, nicht bekannt. Windkanalresultate lassen sich deshalb nicht ohne weiteres auf natuerliche Gewaesser uebertragen. Gaengige Methoden koennen keinen tieferen Einblick in die Transportvorgaenge an der Oberflaeche gewaehren. Mit dem vorliegenden Projekt gehen wir einen neuen Weg, indem wir die Parameter, die die Austauschprozesse bestimmen, (Wellen, Oberflaechengeschwindigkeit und Tracerkonzentration in der Grenzschicht) optisch erfassen und mit Bildverarbeitungstechniken quantitativ auswerten. Die bisher erreichten Ergebnisse sind sehr ermutigend und lassen darauf schliessen, dass sich die Turbulenzstruktur in der Naehe der Wasseroberflaeche und ihre Korrelation mit den Wellen aufklaeren laesst.

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