Windschutzsysteme nach Tretjakov

Als Niederschlag werden die flüssigen oder festen Kondensationsprodukte  des Wasserdampfes bezeichnet , die aus Wolken oder aus der Luft auf den Boden fallen. Es umfasst Regen, Hagel, Schnee, Tau, Reif, Raureif und Nebelniederschlag. Die Gesamtmenge  der Niederschläge, die den Boden erreicht in einem angegebenen Zeitraum, wird in Bezug auf die vertikale Tiefe des Wassers ausgedrückt (oder Wasseräquivalent  im Falle von Festniederschlägen) bei dehnen es zu einer horizontalen Projektion der Bedeckung der Erdoberfläche kommt. Schneefall  wird auch zum Ausdruck gebracht durch die Tiefe von frischem, gefallenen Schnee und der noch neu bedeckten horizontalen Fläche./1/

 Eine Niederschlagsmessstelle dient der Bestimmung des Niederschlages pro Flächen-einheit und Zeitintervall,  der an dieser Stelle auf den Boden fällt. Mit einer Reihe solcher Messungen am selben Standort sowie unter Berücksichtigung der Annahme, dass  es sich um eine kontinuierliche flächige Verteilung handelt, ist es möglich, eine Schätzung der Gesamtmenge des Niederschlagswassers, das abgeschieden wurde, zu erhalten.

 Diese Menge ist ein wichtiges Element in der Hydrologie, Klimatologie und Meteorologie. Es ist offensichtlich, dass die Messgenauigkeit der Schätzung von zwei Parametern abhängt:

•  der erste Einflussfaktor ist die Nähe des Niederschlagsmessers,  der die Niederschlagsmenge misst zum Niederschlagsfeld. Das heisst, wenn die Niederschlagsmenge pro Flächeneinheit an der Messstelle des Niederschlagsmessers (horizontale Projektion) auf den Boden gefallen wäre, wenn der Niederschlagsmesser nicht vorhanden gewesen wäre und
•  zweitens, wie gut eine Reihe von Niederschlagsmessern über die Fläche eines Messnetzes  die Gesamtmasse des  Niederschlagswasser darstellen kann. /2/

 Ein Haupteinfluss Parameter bei der Bestimmung der Niederschlagsmenge in Bezug auf die horizontale Projektion sind die Windgeschwindigkeit und die Niederschlagsart. Somit führen Niederschlagsmessungen, die mit einem ungeschützten Niederschlagsmesser an einer Bergstation durchgeführt werden, zu niedrigeren Messwerten.

 Zur Korrektur des Parameters Wind wurden in den vergangen Jahrzehnten verschiedene Windschutzsysteme entwickelt, die in zahlreichen Versionen weltweit im Einsatz sind.

 

2.Windschutzsysteme

Im folgenden werden die häufigsten gebräuchlichen Grundtypen in Europa dargestellt:

Im angloamerikanischen Messnetzen werden Windschutzsysteme nach Alter (1937) der Version 1 und 2 eingesetzt. Eine Ausnahme bildet hier das ICOS Messnetz. Das in Europa betriebene ICOS Messnetz wird mit Windschutzsystemen  nach Alter der Version 2 ausgestattet.

Als Standard Windschutz durch die WMO  wird der Windschutz nach Tretjakow empfohlen.

In den Messnetzen der europäischen Wetterdienste, einschließlich Russland, wird das Windschutzsystem nach Tretjakow in modifizierten Varianten eingesetzt.

1. Das Windschutzsystem nach Tretjakow

Tretjakow (1952) hat auf der Grundlage von Tests im Windkanal ein Schild ähnlich dem Nipher entwickelt.

Auch der Windschutzring nach Tretjakow ist ausgestattet mit vertikal kreisförmig angeordneten Metall-Lamellen. Die Metall-Lamellen sind horizontal beweglich und werden am Sockel des Niederschlagmessers konisch zusammengeführt. Die einzelnen Lamellen sind durch eine Kette miteinander verbunden, wodurch das  Windschutzsystem nach Tretjkov sehr gute aerodynamische Eigenschaften aufweist.

 1. Varianten des Windschutzsystems nach Tretjakow für den Einsatz mit automatischen Niederschlagsmessern

Unterschieden werden in der Anwendung der klassische Windschutz nach Tretjakow und Windschutz nach Tretjakow für automatische Niederschlagsmesser.

 Betrachtet man die unterschiedlichen Varainten des  Windschutzsytems nach Trtejakov so lassen sich die folgenden unterscheidungkreitrien formuliren:

 

1. CHMI

 Der CMHI setzt gegenwärtig den Windschutz nach Tretjakow in den Messhöhen

• 100,0 cm
• 200,0 cm ein.

Das System besteht aus 21 lumbaleren jede Lamelle ist  cm lang.

Zur Verhinderung von Schneeablagerungen sind die Lamellen gekürzt.

Als Material wird Aluminium oder V2A eingesetzt.

1. IMGW

Der IMGW setzt gegenwärtig den Windschutz nach Tretjakow in den Messhöhen

• 100,0 cm
• 200,0 cm ein.

Das System besteht aus 21 lumbaleren jede Lamelle ist  cm lang.

Zur Verhinderung von Schneeablagerungen sind die Lamellen gekürzt.

Als Material wird Aluminium oder V2A eingesetzt.

1. DWD

Der DWD setzt gegenwärtig den Windschutz nach Tretjakow in den Messhöhen

• 102,5 cm
• 152,5 cm
• 202,5 cm ein.

Das System besteht aus 21 Lamellen. Jede Lamelle ist  cm lang.

Zur Verhinderung von Schneeablagerungen sind die Lamellen gekürt.

Als Material wird Edelstahl V4A eingesetzt.

Die Erhöhung der Messhöhe von z.B. 100 cm auf 102,5 cm beruht auf den Anforderungen des ICOSNET

 

1. KNMI

Der KNMI setzt gegenwärtig den Windschutz nach Tretjakow in den Messhöhen

100,0 cm ein.

Das System besteht aus 21 Lamellen, jede Lamelle ist  cm lang.

Zur Verhinderung von Schneeablagerungen sind die Lamellen gekürzt.

Als Material wird Aluminium eingesetzt.

 

1. ROSHYDROMET

 Der ROSHYDROMET setzt gegenwärtig den Windschutz nach Tretjakow in den Messhöhen

• 100,0 cm
• 200,0 cm
• 300,0  cm ein.

Das System besteht aus 21 ausgeformten Lamellen.  Die Lamellen lehnen sich hierbei an die strenge WMO Empfehlung an. Jede Lamelle ist  cm lang.

Es handelt sich hier um einen strengen Windschutz nach Tretjakow.

Als Material wird Aluminium eingesetzt.

1. Fehlerbetrachtungen

Messhöhe

Ziel ist, Fehlerbetrachtungen durchzuführen, die sich auf den Einfluss der Aufstellhöhe des Windschutzsystems und auf die catch ratio des Niederschlagsmessers bezieht.

Fälle:

Windschutz	Niederschlagsmesser
97,5	100
100	100
102,5	100
147,5	150
150	150
152.5	150
197,5	200
200	200
202,5	200

 

1.  Dynamikverhalten

Betrachtung des Verhaltens bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten.

Mit dem Tretjakow–Windschutz können repräsentative Messergebnisse, bei Einhaltung der Installationsanleitung, erzielt werden.
Ein idealer Windschutz sollte:

• (a) den Luftstrom an der Auffangöffnung Niederschlagsmessers laminarisieren
• (b die lokalen Turbulenzen an der Auffangöffnung des Niederschlagsmessers reduzieren
• (c die Windgeschwindigkeit am Niederschlagsmesser, unabhängig von der Aufstellhöhe      reduzieren
• (d) vermeidet Spritzen
• (e) darf nicht mit Schnee bedeckt sein./2/

Die Punkte werden von dem System erfüllt.
Bei dem hier angebotenen Tretjakow-System sind die Lamellen mit einem Spannband verbunden und müssen mit einem Winkel von ca. 70° trichterförmig eingestellt werden./3//4/ Konstruktiv bedingt und bei Einhaltung der Installationsanleitung erfolgen  die Dynamikprozesse wellenförmig.

Die Dynamikprozesse am Windschutzsystem sind hier beispielhaft am Alterssystem dargestellt: https://www.youtube.com/watch?v=ri1bXHV6VYI

Aufgrund der am Windschutz nach Alter gezeigten Dynamikeffekte (Turbulenz ) und der in /2/ formulierten Forderungen wurde der Windschutz durch Tretjakow entwickelt. Ziel war es die Punkte a-c zu verbessern.

Die Auswirkungen der gewünschten Höhenänderungen auf die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

 

Position der Lamellen in Bezug zur Auffangfläche	Mod. Alter (g)	Mod. Alter I(g)
1    inch unterhalb	8,5	9,2
1/2 inch unterhalb	8,8	9,3
Auf gleicher Höhe	8,9	9,4
1/4  inch oberhalb	8,9	10,4
1/2  inch oberhalb	8,3	9,9
1     inch oberhalb	6,7	8,9

 

 Vergleichender Test  im Windkanal mit Sägespänen von geschirmten Modellen des Sacramento Niederschlagsmessers in verschiedenen Installationshöhen der Lamellen über der Auffangfläche des Messgeräts. /5/

 Bei einer durchschnittlichen Erhöhung von 2,5 cm (0,98 inch) ergibt sich bei einer Lamellenlänge von 19 cm und der Auffangfläche des Sacramento Gauges ein geschätzter Undercatch  von  ca. -0,5 bis --1,0 mm.