Abb. 1: solarbetriebene Sendeeinheit der Blatt- und Bodenfeuchte-/Temperaturstation

Abb. 2: Sensoranordnung während des Parallelversuchs; links: 4 Temperatursonden aus Stahl; rechts: 2 Feuchtesensoren

Abb. 3: endgültige Ausstattung der Davis mit der Bodenmessstation rechts im Vordergrund

Im vorangegangenen Kapitel wurde unter "Bemerkungen zur Davis" erwähnt, dass neben der Hauptwetterstation u.a. zwei Blatt- und Bodenfeuchte-/Temperaturstationen betrieben werden können. Seit November 2008 ist dies hier der Fall; d.h. es steht zusätzlich zur ISS eine Bodenmessstation im Einsatz, an welcher vier Temperatur- und zwei Feuchtesensoren angeschlossen sind. Blattfeuchtesonde wird keine eingesetzt. Gemäss der Bemerkungen wäre noch weiterer Spielraum zum Ausbau der Station vorhanden. Doch in naher bis mittlerer Zukunft sind keine neuen Ausbauten geplant. Bild 3 stellt demnach den vorläufig endgültigen Zustand der Wetterstation dar.

In Abbildung 1 ist die Sendeeinheit der Bodentemperatur-/-feuchtestation abgelichtet. Wie das SIM wird diese durch die Sonne mit Energie versorgt, wobei ein Stützakku die Überbrückung während der Nacht und unter bewölkten Verhältnissen sicherstellt. Die Übermittlung der Daten zur Konsole/zum Datenlogger geschieht per Funk. An eine Bodenmessstation können je vier Temperatur- und Feuchtesonden angehängt werden (vgl. mit Abb. 1 und 2). Dabei muss beachtet werden, dass die Messung der Bodenfeuchtigkeit temperaturabhängig ist. Jede Feuchte- muss aus diesem Grund einer Temperatursonde im gleichen Milieu zugeordnet werden. Ansonsten wird die Standardtemperatur von 24 °C verwendet, was einem Fehler von 1 % pro 0.5 °C Abweichung entspricht. Als Einheit der Feuchtemessungen dient cb (= centibar). Je trockener der Boden, desto grösser ist der Wert (maximal 200 cb). Mit den Stahlsonden kann die Temperatur der Luft, von Flüssigkeiten, des Bodens usw. ermittelt werden. Die Anordnung der Sensoren ist frei wählbar. Limitierend ist nur die Länge des Kabels, welche im Originalzustand 4.6 Meter beträgt (Verlängerung bis 300 m möglich).

Bei der vorliegenden Wetterstation werden die Temperatur sowie Feuchtigkeit in 20 resp. 50 cm Bodentiefe erfasst. Gleichzeitig wird die Oberflächentemperatur gemessen, wobei der Sensor direkt dem grasbewachsenen Terrain aufliegt. Im allgemeinen wird diese 5 cm über Grund erhoben. Aufgrund der Verwendung der Sonde zur automatischen Bestimmung der Schneedeckendauer wird eine Normabweichung in Kauf genommen. Vielmehr wurde bei der Standortwahl eine kleine Mulde ausgewählt, damit die Tagesschwankungen möglichst gross ausfallen und die Schneedeckenerfassung genauer wird. Der letzte Sensor steht schliesslich für Referenz- und Kontrollzwecke im Einsatz und wird unter den aktuellen Messungen nicht aufgeführt. Er befindet sich im Innern der belüfteten Wetterhütte oberhalb des Ventilators. Mit dieser Anordnung sollen frühzeitig Fehler des Hauptthermometers und daraus resultierende Inhomogenitäten in der Messreihe entdeckt werden.

Wie gut stimmen die Daten der fabrikneuen Geräte überein? Diese Frage sollte vor dem offiziellen Messbeginn der Bodenstation geklärt werden. Daher wurden im Oktober 2008 Parallelmessungen durchgeführt. Abbildung 2 stellt die damalige Anordnung der Sensoren dar. Die Umgebungsbedingungen waren demnach für alle Sensoren beinahe gleich. Aus diesem Grund erstaunt es wenig, dass besonders die Minimumtemperatur bei allen Sensoren immer ähnlich tief angezeigt wurde. Tagsüber machte sich der Einfluss der Wärmestrahlung bemerkbar. Scheinbar reagieren die Stahlsonden sehr empfindlich auf die diffuse, indirekte Strahlung, wofür die Position des Thermostats im Innern des Geräts verantwortlich ist. Ansonsten verliefen die Messkurven parallel zueinander. Demzufolge kam (kommt) es bei strahlungsintensivem Wetter zu den grössten Abweichungen zwischen den Sonden (im Vergleich zur offiziellen Temperaturmessung der Davis).

Die folgenden Links zeigen drei Auszüge aus den Aufzeichnungen der Parallelmessungen:

1) 14. Oktober 2008
2) 22. Oktober 2008
3) 27. Oktober 2008

Das erste Beispiel stammt von einem sonnigen Tag; die Mittelwerte liegen maximal 0.61 °C auseinander, während es bei den Maximalwerten 3.3 °C sind. So lässt sich einfach der Unterschied zwischen Tag- und Nachtstunden erkennen. Die beiden Feuchtesonden liefern ähnliche Werte. Jedenfalls verlaufen sie parallel zueinander. Gleiches gilt für den nächsten Auszug vom 22. Oktober 2008. Damals war das Wetter ganztags stark bewölkt (-> Davis VP2 Plus). Entsprechend fallen die Abweichungen zwischen den 4 Temperatursonden marginal aus (höchstens 0.19 °C). Ein solches Ergebnis lässt sich natürlich angesichts der Messqualität sehen! Letztes Beispiel präsentiert den Unterschied zwischen der Oberflächen- und Referenztemperatur. Der Verlauf ist parallel und die Abweichung der Durchschnittstemperatur ist mit 0.18 °C befriedigend. Die beiden Bodensensoren (Temperatur und Feuchte) wurden bereits verlegt und differieren daher.

Zur Erfassung korrekter Bodenwerte muss die Sonde möglichst eng anliegend von Erde umschlossen sein. Es dürfen keine Hohlräume (-> Luftpolster) zwischen dem Sensor und seinem Milieu auftreten. Dies stellt besonders bei der Bodenfeuchtigkeit ein erhebliches Problem dar. Aus diesem Grund sollte beim Aufbau der Station die vorhandene Bodenstruktur möglichst unbeeinflusst bleiben. Dies erreicht man, indem mit einem Eisen (dem Sondendurchmesser entsprechend) ein Loch in den Boden gerammt wird. Anschliessend steckt man die Sonde bis ans untere Ende hinein. Allfällige Zwischenräume müssen nachträglich mit einer wassergesättigten Erdlösung aufgefüllt werden. In jedem Fall darf kein Oberflächenwasser direkt zum Sensor gelangen können.
Was in der Theorie einfach und logisch tönt, erwies sich in der Praxis als K(r)ampf. Am vorliegenden Standort ist der Boden extrem steinig. Angesichts der Tatsache, dass der Längenberg während der Eiszeit aus einer Seitenmoräne des Aaregletschers entstanden ist, erstaunt dies kaum. Entsprechend konnten die vier Löcher - v.a. die 50 cm tiefen - nur mit grösster (!) Mühe vorgelocht werden. Daher stehen die Rohre, welche als Schutz der Kabel auf die Sensoren gestülpt wurden, ziemlich schief in der Landschaft (Abb. 3). Dazu würde passen, wenn die Feuchtemessungen aufgrund diverser Stauschichten zu tief (d.h. cb < 10) ausfallen würden. Dies wird die künftige Analyse der Messungen zu Tage fördern (Anm.: bisher hat sich dieser Verdacht nicht erhärtet). Trotzdem soll mit der Bodenstation ein besseres Verständnis für die Geschwindigkeit der Bodenaustrocknung und zur zielgerichteten Bewässerung im Sommer erhalten werden. Tiefgründige Böden trocknen jedenfalls langsamer aus als flachgründige, auf denen das Wasser mit Vorliebe oberflächennah abfliesst. Wichtig darauf hinzuweisen ist, dass hier der Oberboden (= Humus; oberste mineralische, mit organischer Substanz vermischte Bodenschicht) nur geringmächtig ist (weniger als 20 cm). Beide Bodensensoren reichen daher deutlich unter diesen Horizont.
Abschliessend muss erwähnt werden, dass es bei der Bodenmessstation in seltenen Fällen zu Sendeausfällen kommen kann. In solchen Zeiten treten Datenlücken von 6 bis 18 Stunden auf. Danach nimmt die Station ihren Dienst ohne Probleme wieder auf. Worin das Problem liegt, konnte bisher nicht geklärt werden. Hinsichtlich der schlechten Auflösung von 0.6 °C fällt dies glücklicherweise weniger rasch auf... In der letzten Zeit ist dieses Ärgernis weggeblieben.