Methodik

Verdunstungsrechner — Methoden, Koeffizienten und Kalibrierung

Vollständige Herleitung jeder Formel, die unser Verdunstungsrechner ausführt, die peer-reviewed Quelle jedes Koeffizienten, die Kalibrierungsbereiche, innerhalb derer jede Methode zuverlässig ist, und die Einschränkungen, die Ingenieure in behördlichen Anträgen offenlegen müssen.

Penman-Monteith Priestley-Taylor Hargreaves-Samani Aerodynamisch Empirisch Referenzen

Überblick

Es werden fünf Methoden angeboten, weil kein einzelner Ansatz für alle Standorte und Datendichten am besten ist. Penman-Monteith (FAO-56) ist die vollständigste und der Standard. Priestley-Taylor ist der Lehrbuchstandard für Wasseroberflächen. Hargreaves-Samani ist die von der FAO empfohlene Rückfallmethode, wenn nur Temperaturdaten verfügbar sind. Das aerodynamische Modell (Harbeck 1962) wird von Reservoir-Betreibern für Feldvergleiche verwendet. Die ASHRAE-empirische Formel ist eine Pool/HVAC-Heuristik — nützlich nur als konservative obere Schranke.

Penman-Monteith (FAO-56) — Standard

E = (Δ · (R_n − G) + γ · (900 / (T_a + 273)) · u_2 · (e_s − e_a))
    ÷ (λ · (Δ + γ · (1 + 0,34 · u_2)))

Quelle: Allen et al. 1998, FAO Bewässerung & Entwässerung Paper 56, Gl. (6). Die einzige Methode im Rechner, die die Energiebilanz schließt und gleichzeitig den aerodynamischen Transportterm auflöst. FAO-56-Validierung: RMSE 0,3–0,7 mm/Tag an gut instrumentierten gemäßigten Standorten.

Priestley-Taylor (1972)

E = α · (Δ / (Δ + γ)) · (R_n − G) / λ,  α = 1,26

Quelle: Priestley & Taylor (1972), Monthly Weather Review 100. Der Koeffizient α = 1,26 wurde von Stewart & Rouse (1977) und Eichinger et al. (1996) für offene Wasserflächen bestätigt. Am besten geeignet für Seen und Reservoirs, wenn Sie der Strahlung vertrauen, aber schwache Winddaten haben.

Hargreaves-Samani (1985)

E = 0,0023 · 0,408 · R_a · (T_mittel + 17,8) · √(T_max − T_min)

Quelle: Hargreaves & Samani (1985), doi:10.13031/2013.26773. FAO-56 §B empfiehlt als Rückfall, wenn Luftfeuchtigkeit, Wind oder Strahlung nicht verfügbar sind. Der Tagesgang √(T_max − T_min) ist ein exzellenter Proxy für die Sonneneinstrahlung.

Aerodynamisch (Harbeck 1962)

E = N(A) · u_2 · (e_w − e_a),  N(A) = 0,291 · A^(−0,05) ∈ [0,12, 0,30]

Quelle: Harbeck (1962), USGS Professional Paper 272-E. Für ein 10-Acre-Reservoir (40 000 m²) ergibt N ≈ 0,166 — 47 % höher als der Lake-Hefner-Wert. Wenn N auf den Lake-Hefner-Wert fixiert wird, wird die Verdunstung an typischen Industriestandorten um 30–80 % unterschätzt.

Empirisch (ASHRAE-Stil)

g_h = (25 + 19 · u) · A · (X_s − X)   [kg/Stunde]

Quelle: Smith, Lof & Jones (1993), ASHRAE Transactions 99(2). Kalibriert für Hallenschwimmbäder — überschätzt offene Gewässer um das 2- bis 4-fache über ~25 °C. Nur als konservative obere Schranke verwenden.

Referenzen

  • Penman, H.L. (1948). Proc. Roy. Soc. A 193, 120–145. doi:10.1098/rspa.1948.0037.
  • Priestley, C.H.B. & Taylor, R.J. (1972). Mon. Wea. Rev. 100(2), 81–92.
  • Hargreaves, G.H. & Samani, Z.A. (1985). Appl. Eng. Agric. 1(2).
  • Harbeck, G.E. Jr. (1962). USGS Prof. Paper 272-E.
  • Allen, R.G. et al. (1998). FAO Irrigation & Drainage Paper 56.
  • Brutsaert, W. (1982). Evaporation into the Atmosphere. Reidel/Springer.
  • Edinger, J.E., Brady, D.K. & Geyer, J.C. (1974). EPRI Report 14.

Die vollständige Version (Volltext, detaillierte Gleichungen, Kalibrierungsvalidierung) finden Sie in der englischen Fassung.

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