Messtechnik


Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Markus Fischer

Prof. Dr. Thomas Nauss

 

 

Beschreibung der Arbeitsschwerpunkte

Meteorologische und bodenkundliche Parameter gehören zu den Haupteinflussfaktoren der organismischen Diversität und Funktionalität der Ökosystemkreisläufe. Um eine systematische und großräumige Messung und Aufzeichnung dieser Umweltparameter in allen Exploratorien durchzuführen, wurden in den Untersuchungsgebieten Schorfheide-Chorin, Hainich-Dün und auf der Schwäbischen Alb mehr als 300 Messeinrichtungen aufgebaut. Organisation und Planung dieses Vorhabens erfolgte unter Federführung der Universität Potsdam.

Messeinrichtung im Grünland im Hainich (Foto: M.Gross)

Momentan werden zwei Arten von Messeinrichtungen eingesetzt:
Typ A wird auf allen Experimentalprobeflächen (EP’s) der Exploratorien zu gleichen Teilen in den Waldgebieten und im Grünland verwendet. Neben allgemeinen meteorologischen Daten wie Lufttemperatur, Oberflächentemperatur und relativer Luftfeuchte werden außerdem Messungen im Erdreich vorgenommen. Fünf Messfühler werden im Oberboden eingesetzt, um kontinuierlich Bodentemperatur und -feuchte zu erfassen.
Typ B wird auf allen Intensivprobeflächen (VIP’s) eingesetzt und verfügt zusätzlich über ergänzende Sensorik zur Messung der Bodenfeuchte.
Lieferant beider Baureihen ist die Firma Meier-NT® aus Zwönitz. Kernstück der messtechnischen Einrichtungen ist ein leistungsstarkes Steuerungs- und Datenspeichermodul (ADL-MX), das zusammen mit der Energieversorgung in einem Gerätekasten untergebracht ist. Dieser ist an einem Mast befestigt, der auch zur Aufnahme für die meteorologischen Sensoren verwendet wird. Die Konstruktion und Technik der Messeinrichtungen wurde in Zusammenarbeit mit der Herstellerfirma, die eine langjährige Erfahrung im Bereich des Waldklimamonitoring besitzt, gemäß den wissenschaftlichen Anforderungen der beteiligten Forschungseinrichtungen realisiert.

Standort einer Messeinrichtung in einem Kiefernbestand (Zeichnung: A. Hemp)

Alle Stationen sind modular aufgebaut, um eine spätere Aufrüstung für die Erfassung weiterer Umweltdaten zu ermöglichen. Weiterhin ist eine Aufrüstung mit Nachrichtentechnik zur automatisierten Datenübermittlung sowie mit Solarzellen zur lokalen Energiegewinnung möglich. Aufbau und Wartung aller Stationen erfolgen durch speziell ausgebildete Techniker.

Die oben beschriebenen Messeinrichtungen erfassen täglich bis zu 25.000 Einzelwerte in jedem Forschungsgebiet. Diese werden in der zentralen Datenbank BExIS  aufbereitet und den teilnehmenden Institutionen für ihre Forschungsvorhaben zur Verfügung gestellt. Durch die zentrale Erfassung der Daten sind multivariate statistische Auswertungen und Modellierungen auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen Ebenen möglich.

Messeinrichtung im Wald auf der Schwäbischen Alb (Foto: M. Fellendorf)
Auslesen auch im Winter (Foto: M. Gross)

Die automatisierte Erfassung der Umweltdaten durch teil-autonome Messeinrichtungen reduziert die Eingriffe und Störungen der untersuchten Ökosysteme auf ein Minimum. Im Vergleich mit anderen Untersuchungsmethoden, die einen höheren Personaleinsatz erfordern, resultiert dieses Verfahren zur wissenschaftlichen Datenerhebung in einer erheblich geringeren Beeinflussung von Flora und Fauna.


Eine Kooperation mit anderen Betreibern von Klimastationen und meteorologischen Messeinrichtungen wird angestrebt, um eine regionale Klimamodellierung für jedes Exploratorium zu ermöglichen. 


Für das Jahr 2009 ist die Aufrüstung und Spezialisierung ausgewählter Messeinrichtungen geplant, um den erweiterten wissenschaftlichen Anforderungen der teilnehmenden Forschungsprojekte zu entsprechen. Ein System manueller Niederschlagsmesser in den untersuchten Grünlandgebieten soll die automatisiert vorgenommen Messungen der technischen Monitoringsysteme ergänzen. Darüber hinaus ist an sechs Standorten die meteorologische Datenerfassung über der Baumschicht von ausgewählten Waldbeständen geplant.

Messung der Bodentemperatur in der Schorfheide (Abb.: G. Korte)