Lake Evaporation Estimation by Isotope, Energy Balance and Bulk Aerodynamic Methods | Sjöavdunstning bestämd med isotop-, energibalans- och bulk-aerodynamiska metoderna

Lake evaporation from a shallow lake in central Sweden has been estimated using three independent methods from measurements during summer 1995. The applied isotope method is a combination of the water and isotope mass balance. Its main feature is that inflows need not to be measured. Only knowledge of their isotopic content is sufficient. For calculations by the bulk aerodynamic method a computer program was applied, which takes into account the different conditions of stratification. The energy balance of the lake was determined by using the short and long wave radiation, heat storage and advective heat energy. Measurements were done on a small island and at a mast in the middle of the lake. Evaporation estimated by all the methods varied from -1.1 to 5.0 mm/d during the summer months 1995. Values estimated by the energy balance method agreed well with those from the bulk aerodynamic method. Evaporation estimates from the isotope method a showed fairly good agreement with the two other methods, excepting a few periods. It was found that both the isotope as well as the energy balance method are sensitive to errors in lake volume. Both methods carry some uncertainty due to their dependence on water balance components, some of which are difficult to determine. The bulk aerodynamic method is independent of the water balance of the lake. A good accuracy can be achieved using only four variables i.e. wind speed, relative humidity, skin and air temperature.

Avdunstningen från den grunda sjön Tämnaren i centrala Sverige bestämdes med tre oberoende metoder ur mätningar från sommaren 1995. Den använda isotopmetoden är en kombination av vatten- och isotopbalansen. Dess viktigaste fördel är att inflödet inte behöver mätas, utan att kännedom om isotophalten är tillräcklig. För beräkningarna med den bulk-aerodynamiska metoden användes ett datorprogram som tar hänsyn till atmosfärens stabilitet. Energibalansen beräknades ur kort- och långvågsstrålningen, värmelagringen och den tillförda energin. Mätningarna utfördes dels på en liten ö och dels vid en mast mitt i sjön. Avdunstningen varierade mellan -1.1 mmd-1 till 5.0 mmd-1. Resultaten från energibalansmetoden överenstämde bra med resultaten från den bulk-aerodynamiska metoden. Även resultaten från isotopmetoden överenstämde bra med resultaten från de två andra metoderna, med undantag av några få perioder. Både isotop- och energibalansmetoden var känsliga för feluppskattningar av sjövolymen. Båda metoderna innehåller osäkerheter som en följd av deras beroende på vissa av vattenbalansens komponenter, som är svåra att bestämma. Den bulk-aerodynamiska metoden är oberoende av sjöns vattenbalans och en bra noggranhet kan uppnås med mätningar av endast de fyra variablerna vindhastighet, relativ fuktighet, yt- och lufttemperatur.

Die Verdunstung von einem flachen See in Zentralschweden wurde mit Hilfe von drei unabhängigen Methoden bestimmt. Die Messungen wurden im Sommer 1995 durchgeführt. Die angewandte Isotopenmethode ist eine Kombination aus Wasserbilanz and lsotop-Massenbilanz. Das besondere Merkmal dieser Methode ist es, daß Zuflüsse nicht gemessen werden müssen. Es genügt, ihre isotopische Zusammensetzung zu kennen. Für die Berechungen mit der bulk-aerodynamischen Methode wurde ein Computerprogamm verwendet, das die unterschiedlichen atmosphärischen Schichtungen berücksichtigt. Die Energiebilanz des Sees wurde mit Hilfe der kurz- und langwelligen Strahlung, der gespeicherten Energie im See und der durch Zuflüsse und Niederschlag zugeführten Energie bestimmt. Die Messungen wurden auf einer kleiner Insel und an einem Mast in der Mitte des Sees durchgeführt. Die Verdunstung reichte von -1.1 mmd-1 bis 5.0 mmd-1 während der Sommermonate 1995. Die Ergebnisse der Energiebilanz stimmten gut mit den Ergebnissen der bulk-aerodynamischen Methode überein. Die Ergebnisse der Isotopenmethode stimmten relativ gut mit den Ergebnissen der beiden anderen Methoden überein, mit Ausnahme einiger Perioden. Es wurde festgestellt, daß sowohl die Isotopenmethode als auch die Energiebilanzmethode sensibel auf Fehler im Seevolumen reagieren. Beide Methoden enthalten einige Unsicherheiten wegen ihrer Abhängikeit von Wasserbilanzkomponenten, die z.T. schwer zu bestimmen sind. Die bulk-aerodynamische Methode dagegen ist unabhängig von der Wasserbilanz des Sees. Gute Ergebnisse können mit nur vier zu messenden Variablen erreicht werden (Windgeschwindigkeit, relative Luftfeuchtigkeit, Wasseroberflächen- und Lufttemperatur).

<p>Parts of the thesis work later published as:</p><p>Saxena, R., Jaedicke, C., &amp; Lundin, L. C. (1999). Comparison of lake evaporation estimated by isotope mass-balance, bulk-aerodynamic and bowen ratio methods. <em>Phys. Chem Earth (B), </em>Vol. 24, No. 7, pp. 851–859.</p><p>and</p><p>Saxena, R., &amp; Jaedicke, C. (1997). Estimation of vapour flux from a shallow lake by oxygen -18 mass balance. <em>Isotope Techniques in the Study of Environmental Change</em>, 225–237. Vienna: IAEA-SM-349/23.</p>