Zugleich: Diss. Naturwiss. Bern. / Literaturverz.

Diss. no. 13006 nat. sc. SFIT Zürich. / Literaturverz.

Hur mycket lufttemperaturen varierar på en plats på land beror till stor del av platsens avstånd till havet. Ju längre ifrån havet platsen ligger, ju mindre influeras dess lufttemperatur av havstemperaturen. Hav värms och kyls långsammare än land vilket innebär att maritima platser har en stabilare lufttemperatur i jämförelse med inlandet.             Syftet med denna studie är att undersöka lufttemperaturer på en liten ö för att bestämma i vilken grad havsavståndet påverkar temperaturvariationer på liten skala. Mätningarna skedde på ön Mefjärd i Stockholms skärgård. Mefjärd har en storlek på ca 3000 x 400 m och är belägen drygt 10 km från Sveriges östkust. Mätningar av lufttemperatur gjordes kontinuerligt mellan den 20/3 och 22/4 både vid strandlinjen och vid mitten av ön. Även havstemperatur, vind och solinstrålning mättes. Statistiska beräkningar genomfördes och grafer över temperaturer och resterande uppmätt data skapades. Resultaten visade bland annat att lufttemperaturen vid strandlinjen var stabilare och generellt sätt närmare havstemperaturen än vad lufttemperaturen mitt på ön var samt att lufttemperaturen mitt på ön var känsligare för skillnader i solinstrålning än lufttemperaturen vid strandlinjen. Dessa resultat var tydliga trots att studien utfördes på liten skala. / The amount of air temperature variation at some location on land depends to a large extent on the distance between the location and the sea. The further from the sea a place is located, the less is its air temperature influenced by the sea temperature. The sea is heated and cooled more slowly than land which means that maritime locations has a more stable air temperature compared to inland locations.             The purpose of this study is to examine air temperatures on a small island in order to determine to what extent air temperature variations are influences by distance to sea, on a small scale. Measurements were taken on the island Mefjärd in the archipelago of Stockholm. Mefjärd is about 3000 x 400 m in size, located 10 km from the eastern coast of Sweden. Measurements of air temperature was taken continuously between the 20/3 and 22/4 both by the shoreline and in the middle of the island. Sea temperature, wind and solar radiation were also measured. Statistical calculations were done and figures displaying air temperatures and other measured data were created. The result showed, among other things, that the air temperature by the shoreline was more stable and generally closer to the sea temperature than the air temperature in the middle of the island, and that the air temperature in the middle of the island was more sensitive to changes in sun radiation than the air temperature by the shoreline. These results were apparent even though the study was conducted on a small scale.

Das Jahr 1816 ist in die Klimatologie als das "Jahr ohne Sommer" eingegangen. Der 1815 erfolgte Ausbruch des Vulkans Tambora auf der indonesischen Insel Sumbawa führte im darauffolgenden Jahr in vielen Teilen der Welt zu katastrophalen Missernten. Während in Nordamerika daran besonders die außerordentlich tiefen Sommertemperaturen Schuld waren, scheinen in Europa dafür sowohl die unter dem Durchschnitt liegenden Temperaturen wie auch die überdurchschnittlichen Regenmengen verantwortlich zu sein. Zeitgenössische Berichte wie auch Niederschlags- und Pegelaufzeichnungen aus verschiedenen Teilen Europas belegen eine besonders hohe Niederschlagstätigkeit im "Erntemonat" Juli des Jahres 1816 und eine hohe Wasserführung der großen europäischen Ströme in den Jahren 1816 und 1817. / The year 1816 is known in climatology as the "Year without Summer". The eruption of the Tambora volcano on the Indonesian island Sumbawa in 1815 led to catastrophic crop failures over many parts of the world in the following year. Whereas in North America those failures originated from extraordinarily low summer temperatures, causes in Europe seem to have been below-normal temperatures as well as above-normal rainfall. Contemporary reports and also precipitation and river gauge measurements from different parts of Europe document enhanced precipitation in July 1816 ("Erntemonat") and high discharges of large European rivers in years 1816 and 1817.

In dieser Arbeit wird über Klimamessungen berichtet, die beide Autoren in den achtziger Jahren im Raum Leipzig durchgeführt haben. Damit wird ein erster Versuch der Darstellung stadtklimatologischer Differenzierungen in Leipzig unternommen. Anhand der mittleren Lufttemperaturen läßt sich die städtische Wärmeinsel nachweisen. Darüber hinaus wird eine kleinräurnige Niederschlagsverteilung von Leipzig angegeben.

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft hängt wesentlich von der Temperatur, aber auch in gewissen Maße von deren Feuchtigkeit und Zusammensetzung, ab. Den Einfluss der Lufttemperatur auf die Schallgeschwindigkeit nutzen Messverfahren aus, um aus der Laufzeit von Schallsignalen die Temperatur entlang des Ausbreitungsweges zu bestimmen. Dabei wird jedoch häufig die Beeinflussung durch die Luftfeuchte unzureichend berücksichtigt. Hier wird ein Verfahren aufgezeigt, das die Zusammensetzung der Luft und die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärmen detailliert berücksichtigt. Die auf diesem Wege aus der Schallgeschwindigkeit abgeleitete Temperatur wird mit der in der Mirkometeorologie üblichen Approximation der akustisch virtuellen Temperatur verglichen. / The speed of sound in humid air depends besides the temperature to some degree on their humidity and compositions. Several measuring methods uses the influence of the temperature on speed of sound to calculate from the travel time of acoustic signals the temperature along the propagation path. However, thereby the influence of the humidity is often ignored. This paper described a method, which take the impact of the atmospheric composition and the temperature dependence of the specific heats explicit into account. The subsequent from the speed of sound recalculated temperature is compared with the mircometeorological standard approximation, the acoustic virtual temperature.

Der Einfluss der direkten Sonnenstrahlung kann trotz Strahlungsschutz und Ventilation zu deutlichen Fehlern bei der Bestimmung der Lufttemperatur führen. Zur Verringerung des Strahlungsfehlers in einer ventilierten Hütte wurde um die Temperatur- und Feuchtesensoren doppelte Strahlungsschutzrohre angebracht. Vergleichsexperimente haben gezeigt, dass damit ein wesentlich besserer Schutz vor der direkten Sonnenstrahlung erreicht wurde. / The influence of direct solar radiation and – despite a radiation shelter and sufficient ventilation – may cause an overestimation of the air temperature. To reduce the influence of the direct radiation, a double radiation protection tube was mounted around the temperature sensor. A cross validation has demonstrated, that consequently a much better radiation protection was realized.

Conventional micro-meteorological measuring methods are not particularly suitable for the investigation of the energy exchange under heterogeneous surface conditions. To consider the influence of the different surface properties, area-covered and spatially averaged meteorological measurements in combination with highly resolved simulations are necessary. In this context, the method of acoustic travel time tomography is introduced to provide information about the horizontal temperature and wind field. Within a field experiment (STINHO-1; Melpitz 2001) the tomographic system and conventional meteorological equipment were utilised inside the investigation area with an extension of several hundred meters (300 x 700 m2), which was arranged over areas with different surface properties: grassland and bare soil. The results of the field experiment show that differences between the measuring systems (insitu and remote sensing) exist and the heterogeneity of the underlying surface is visible in the near surface temperature and wind field at a scale, which can be resolved with highly resolved numerical models. Depending on the incoming solar radiation and the local advection regional distinctions in the air temperature and wind field as well as in the vertical sensible heat fluxes were observed. The investigations demonstrate that the sensitivity of the Acoustic Tomography is sufficient to verify gradients in the meteorological fields even when the horizontal differences are small. / Zur Untersuchung des Energieaustausches über heterogenem Gelände sind konventionelle mikro-meteorologische Messungen und Modellvorstellungen allein nicht ausreichend. Um den Einfluss unterschiedlicher Oberflächen besser berücksichtigen zu können, sind flächendeckende und räumlich mittelnde meteorologische Messungen kombiniert mit hoch aufgelösten numerischen Simulationen notwendig.In diesem Kontext wird die Methode der Akustischen Laufzeitomographie vorgestellt, mit der horizontale Wind- und Temperaturfelder in geeigneter Weise bereitgestellt werden können. Im Rahmen eines Feldexperimentes (STINHO-1; Melpitz 2001) wurde das tomographische System zusammen mit konventionellen meteorologischen Geräten in einem Untersuchungsgebiet mit einer Ausdehnung von mehreren hundert Metern (300 x 700 m2) über unterschiedlichen Oberflächen (Wiese und gepflügter Acker) eingesetzt. Die Ergebnisse des Feldexperimentes zeigen, dass Unterschiede zwischen den einzelnen Messverfahren existierten und die Heterogenität der Unterlage in den oberflächennahen Temperatur- und Windfeldern auf einer Skala sichtbar ist, die mit kleinskaligen numerischen Modellen aufgelöst werden kann. Die vorgestellten Untersuchungen demonstrieren, dass die Sensitivität der Akustischen Tomographie hinreichend ist, um Gradienten meteorologischer Felder auch bei geringeren horizontalen Unterschieden nachzuweisen.

Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of areally averaged meteorological quantities as the air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The resulting sound speed were used to obtain estimates of the meteorological parameters. A measuring campaign was carried out at the test site in Lindenberg (DWD) to compare the acoustically derived data with conventional systems. These observations demonstrated that on one side the accuracy of the acoustic system is comparable with in-situ measurements and on the other side the temperature was particularly significant overestimated by the standard sensors, e.g. due to the radiation influence. / Die Akustische Laufzeittomographie wird als ein experimentelles Verfahren zur Sondierung meteorologischer Parameter, wie z.B. der Lufttemperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren nutzt die horizontale Ausbreitung von Schallwellen in der atmosphärischen Grenzschicht. Hier wird das Verfahren der Laufzeittomographie angewendet, d.h. bei bekannter Weglänge wird die Ausbreitungszeit von ausgesendeten Schallsignalen zwischen mehreren Schallquellen und Empfängern gemessen. Die resultierenden Schallgeschwindigkeitsinformationen werden genutzt, um daraus die entsprechenden meteorologischen Parameter abzuleiten. Auf dem Gelände des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg (DWD) wurde eine Messkampagne durchgeführt, um die akustischen Sondierungen mit konventionellen Systemen zu vergleichen. Die Auswertungen zeigen, dass einerseits die Genauigkeit der Akustischen Tomographie vergleichbar mit den konventionellen in-situ Messungen ist und andererseits, dass die Lufttemperatur aufgrund des Strahlungseinflusses bei Messungen mit den üblichen Sensoren zum Teil erheblich überschätzt wird.

Zur Validierung des Verfahrens der akustischen Tomographie, das als Fernerkundungssverfahren trägheits- und berührungslos arbeitet, werden Vergleichsmessungen mit herkömmlichen Sensoren für die Lufttemperatur und Luftfeuchte durchgeführt. Dabei zeigen sich die Grenzen der Erfassung dieser Größen in Bezug auf Strahlungseinfluss und Trägheit der Messgeräte. Hier werden einige Probleme bei der Verwendung konventioneller Hütten und Lösungsvorschläge aufgezeigt. / In order to validate measurements with the acoustic tomography, which operates as an remote sensing system lagless and contactless, comparison measurements were performed with conventional sensors for the air temperature and humidity. The accuracy of these quantities is limited by the radiation influence and the lag of the instruments. Here some difficulties are pointed out by using conventional shelters and solutions are demonstrated.