5.3 Messverfahren zur Bestimmung der Verdunstung

5.3.1 Verdunstungsgefäße

Mit Evaporimetern (Verdunstungsmessgeräten) werden Verdunstungshöhen ermittelt. Sie stimmen jedoch - durch Bauart und Standortbestimmung - weder mit der potentiellen noch der realen Verdunstungshöhe von Boden- oder Wasserflächen exakt überein (liefern Schätzwerte). Mit Hilfe von Korrekturfaktoren oder -formeln, die wiederum nur für die Standort- und Klimabedingungen gelten, für die sie abgeleitet wurden, können z.B. Anhaltspunkte ermittelt werden.

Bei Verdunstungsgefäßen (bzw. Verdunstungspfannen oder -kesseln) wird der Wasserverlust infolge Verdunstung aus dem offenen Gefäß bestimmt durch Messen von Volumen- bzw. Massenänderung.
Am weitesten verbreitet ist Class A pan, ein kreisrunder Kessel mit 1,14 m² Oberfläche und einer mittleren Tiefe von 0,2 m.

Abb. 5.4: Verdunstungspfanne Class A. Durchmesser: 1206,5 mm = 47,5", Höhe: 254 mm = 10", Material: nichtrostender Edelstahl, Gewicht: 26 kg (Katalog der Firma Thies)

Eine Fehlerquelle dieser Geräte ist der Oaseneffekt: durch zu kleine Flächen erfolgt rascherer Wasserumsatz, Ep wird zu groß bestimmt. Problematisch ist auch die Berücksichtigung eventuell fallender Niederschläge, welche separat aufgezeichnet werden müssen. Insgesamt sind die Messungen relativ ungenau.

Mit Floßverdunstungskesseln kann die potentielle Evaporation auf freien Wasserflächen bestimmt werden.

5.3.2 Atmometer

Atmometer sind solche Evaporimeter mit täglicher Ablesung oder Atmographen mit kontinuierlicher Registrierung, die feuchtgehaltene Flächen verwenden (Verdunstungskörper), deren Verdunstungswerte (verdunstetes Wasservolumen) ermittelt werden. Beispiele sind Piche-Atmometer mit Filterpapier, oder Czeratzki-Scheibe:
Eine Keramikscheibe (Fläche 200 cm²) als Abschluss eines mit destilliertem Wasser gefüllten Systems dient als Verdunstungsfläche, Niederschlag stört nicht, Stahlgehäuse beherbergt den Wasservorratsbehälter.

5.3.3 Lysimeter

Lysimeter sind Messanlagen zur Bestimmung des Wasserhaushalts eines Bodenkörpers (Bodenmonolith) mit bekannten Abmessungen, Eigenschaften und Vegetationsverhältnissen.
Zur direkten Bestimmung der Evapotranspiration (aktuelle oder potentielle) eignen sich insbesondere wägbare Lysimeter. Hierbei handelt es sich um Bodenkörper, deren Wasserbilanz über die Bestimmung von Sickerwasser, kapillarem Aufstieg und der Wägung der bodengefüllten Tanks gemessen wird, wenn horizontale Wasserflüsse verhindert werden. Je nach Typ und technischem Aufwand lassen sich hier zeitlich hochauflösende Verdunstungsbestimmungen durchführen (Auflösung < 1 h), und zwar unter Berücksichtigung der Vegetation (phänomenologische Phase der Pflanzen).

Wägbare Lysimeter-Anlagen dienen auch zur Verifikation (d.h. der Überprüfung der gewählten Rechenverfahren) und Kalibrierung (also Modelleichung, d.h. die Schaffung einer Schnittstelle zwischen dem mathematischen Modell und den Feldmessungen) von Modellansätzen zur Bestimmung der aktuellen Evapotranspiration inkl. Abschätzung von Bestandswiderständen.

Abb. 5.5: Prinzip der Lysimeteranlage (in Anlehnung an Schröder et al. 1994)

5.3.4 Turbulenz-Korrelations-Methode (Eddy flux)

Direktes mikrometeorologisches Messverfahren (Swinbank 1951), Voraussetzung sind stationäre Bedingungen, homogene Oberfläche mit ausreichender Ausdehung. Das von einer Oberfläche verdunstete Wasser wird durch turbulenten Austausch in die bodennahe Luftschicht transportiert. Dieser vertikale Wasserdampfstrom läßt sich aus dem zeitlichen Mittel des Produktes der Fluktuation berechnen:

Eddy flux - Methode
E = ρ · w' · q'
E Wasserdampfstromdichte (Verdunstungsintensität)
ρ Dichte der Luft
w Vertikalkomponente der Windgeschwindigkeit
q spezifische Feuchte der Luft
, Abweichung der Größen w bzw. q von ihrem zeitlichen Mittelwert

5.3.5 Weitere Messverfahren

Das Gradientenverfahren ist ein indirektes Messverfahren. Grundlage ist das Dampfdruckgefälle (Gradient) von der verdunstenden Oberfläche zur Luft hin. Bei der Verdunstung erfolgt ein Wasserdampf-Transport vom Boden bzw. der Vegetation in die Luft. Konzentrationsunterschiede (Staubgehalt, Feuchte usw.) sind dabei bestrebt, sich zu verringern bzw. auszugleichen. Aus Profilmessungen wird die Verdunstung ermittelt. Das Verfahren stellt sehr hohe Anforderungen an Messmethodik und Geräte.

Des weiteren können pflanzenphysiologische Methoden angewendet werden, um die Transpiration zu bestimmen.