Was ist ein Net-Radiometer? Die Grundlage des Energiehaushalts und der Bewässerungsentscheidungen in der Landwirtschaft
Ein Net-Radiometer ist ein Messsensor, der direkt die Frage beantwortet: „Wie viel der Sonnenenergie erwärmt und verdunstet tatsächlich die Pflanze und den Boden?“ Er zeigt den Gesamtenergiehaushalt einer Oberfläche (Boden, Vegetation, Wasseroberfläche usw.) auf, indem er die insgesamt empfangene und verlorene Strahlungsenergie misst.
Was misst ein Net-Radiometer?
Das Net-Radiometer wertet vier grundlegende Strahlungskomponenten zusammen aus:
- Einkommende kurzwellige Strahlung (Sonnenstrahlung)
- Reflektierte kurzwellige Strahlung (Albedo-Effekt)
- Aus der Atmosphäre kommende langwellige Strahlung
- Von der Oberfläche emittierte langwellige Strahlung
Die Differenz dieser Komponenten wird wie folgt ausgedrückt:
Nettostrahlung = Eingehend − Ausgehend (kurzwellig + langwellig)
Aus diesem Grund misst das Net-Radiometer die Energie, die die Oberfläche tatsächlich gewinnt oder verliert.
Wozu dient ein Net-Radiometer?
Das Net-Radiometer ist in den folgenden Bereichen von entscheidender Bedeutung:
Landwirtschaftliche Bewässerungsplanung
- Es ist die grundlegende Eingangsgröße für die Evapotranspirations-Berechnungen (ET) der Pflanze
- Es wird verwendet, um zu bestimmen, wann und wie viel bewässert werden soll
Mikroklima- und Klimaanalyse
- Erklärt den Energieaustausch zwischen Boden und Atmosphäre
- Spielt eine entscheidende Rolle bei der Analyse von Frostrisiko, Hitzestress und Hitzeinseln
Wasser- und Energiehaushalt
- Beeinflusst direkt die Bodenerwärmung, Verdunstung und Pflanzentranspiration
Pflanzenstressanalyse
- Rₙ: Nettostrahlung (MJ m⁻² Tag⁻¹)
- G: Bodenwärmestrom
- Δ: Steigung der Sättigungsdampfdruckkurve
Tagsüber stehen 60–80 % der ET₀ in direktem Zusammenhang mit der Nettostrahlung. Das bedeutet, dass die Nettoenergie, die in das Pflanze-Boden-System gelangt, den Wasserverbrauch bestimmt.
Nettostrahlung:
- Erwärmt Boden und Pflanze
- Liefert die für die Wasserverdunstung benötigte Energie
Das Verhalten der Nettostrahlung
- Rₙ = 0 → Selbst wenn es Wind- und Feuchtigkeitsunterschiede gibt, sinkt die ET drastisch
- Wenn Rₙ steigt → Der Wasserverbrauch der Pflanze steigt
Klare und sonnige Sommertage:
→ Rₙ hoch → ET₀ hoch → Bewässerungsbedarf steigt
Bewölkte / kurze Tage:
→ Rₙ sinkt → ET₀ nimmt ab
Nachts:
→ Rₙ ist normalerweise negativ (die Oberfläche verliert Energie)
Wie wird Rₙ berechnet? (nach FAO-56)
FAO-56 unterteilt die Nettostrahlung in zwei Teile:
- Kurzwellige (Sonnen-)Nettostrahlung
- α (Albedo) ≈ 0.23 (Referenzgras)
- Rₛ → Eingehende Sonnenstrahlung
2. Langwellige Nettostrahlung
Rnl
- Differenz zwischen der aus der Atmosphäre kommenden und der von der Oberfläche emittierten Wärme
- Steht in Beziehung zu Temperatur, Feuchtigkeit und Bewölkung
3. Gesamte Nettostrahlung
Rn = Rns – Rnl
Was ist ein Pyranometer (Piranometre)?
Ein Pyranometer misst die auf eine Oberfläche treffende kurzwellige Sonnenstrahlung.
Gemessene Strahlung:
- Sonnenbedingte Kurzwelle
- Wellenlängenbereich: ≈ 0,3 – 3 µm (300–3000 nm)
Was misst es?
- Globale Sonnenstrahlung
- Direkte Sonnenstrahlung + in der Atmosphäre gestreute Strahlung
Was ist ein Pyrgeometer (Pirgeometre)?
Ein Pyrgeometer misst die von der Oberfläche und der Atmosphäre emittierte langwellige (thermische) Strahlung.
Gemessene Strahlung:
- Thermisches Infrarot (langwellig)
- Wellenlängenbereich: ≈ 4,5 – 50 µm
Was misst es?
- Aus der Atmosphäre auf den Boden treffende langwellige Strahlung
- Von der Oberfläche in den Weltraum emittierte langwellige Strahlung
Wie gibt ein Pyrgeometer Auskunft über das Frostrisiko?
Warum entsteht Frost?
Strahlungsfrost in der Landwirtschaft tritt meist unter folgenden Bedingungen auf:
- Klarer und wolkenloser Nachthimmel
- Schwacher Wind
- Die Oberfläche (Boden/Pflanze) verliert Netto-Wärme an die Atmosphäre
Der Hauptweg dieses Wärmeverlusts ist:
die Energieabstrahlung in den Weltraum mittels langwelliger Strahlung (thermische IR).
Was misst das Pyrgeometer?
Das Pyrgeometer misst langwellige Strahlung:
- L↓ (langwellige Strahlung aus der Atmosphäre)
- L↑ (von der Oberfläche emittierte langwellige Strahlung)
Kritische Differenz für die Nacht:
Lnet = L↓ – L↑
- Negativer Wert → Die Oberfläche verliert Wärme an die Atmosphäre
- Büyüyen negatif değer → Beschleunigte Abkühlung → das Frostrisiko steigt
Unterschied zwischen klarer und bewölkter Nacht (kritisch)
Klarer Himmel (hohes Frostrisiko)
- Aus der Atmosphäre kommendes L↓ gering
- Von der Oberfläche emittiertes L↑ hoch
- Großer Netto-Langwellenverlust
- Pflanzentemperatur sinkt schnell
Das Pyrgeometer misst dies direkt
Bewölkte Nacht (geringes Frostrisiko)
- Wolken strahlen IR zurück
- L↓ steigt
- Netto-Energieverlust nimmt ab
Das Pyrgeometer zeigt an, dass das Frostrisiko sinkt.
Warum reicht die Lufttemperatur allein nicht aus?
Frost kann entstehen, selbst wenn die Lufttemperatur über 0 °C liegt. Denn: Das Pflanzenblatt kühlt schneller ab als die Luft.
Gemessene Lufttemperatur ≠ Pflanzenoberflächentemperatur
Das Pyrgeometer misst die radiative Umgebung, die die Pflanze spürt. Praktische Indikatoren für das Frostrisiko (im Feld)
Mit Pyrgeometer-Daten:
- Wenn L↓ schnell sinkt → klarer Himmel
- Lnet < −50 W/m² → hohe radiative Abkühlung
- Lnet < −100 W/m² → kritisches Frostrisiko
(Schwellenwerte variieren je nach Produkt und Region)
Noch leistungsfähiger, wenn ein Net-Radiometer vorhanden ist
Net-Radiometer =
- Kurzwelle (tagsüber)
- Langwelle (nachts kritisch)
Das heißt, die Daten des Pyrgeometers entsprechen nachts der Nettostrahlung selbst.
Landwirtschaftlicher Entscheidungsmechanismus
Dank des Pyrgeometers:
- Warnung erfolgt, bevor Frost entsteht
- Windmaschinen, Vernebelung, Bewässerung werden rechtzeitig gestartet
- Gereksiz müdahale önlenir
Das Pyrgeometer misst nicht den Frost selbst, sondern den nächtlichen radiativen Wärmeverlust, der Frost verursacht, und zeigt das Frostrisiko Stunden im Voraus auf.
Schätzen Sie die Bewässerung nicht, ohne die Nettostrahlung zu messen
Was den Wasserbedarf der Pflanze bestimmt, ist nicht nur Temperatur oder Feuchtigkeit, sondern die Nettoenergie, die tatsächlich in das Pflanze-Boden-System gelangt.
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