VDI 3786 Blatt 1-2013 Environmental meteorology - Meteorological measurements - Fundamentals.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREUmweltmeteorologieMeteorologische MessungenGrundlagenEnvironmental meteorologyMeteorological measurementsFundamentalsVDI 3786Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1b: UmweltmeteorologieVDI-RICHTLINIENDer Entwur

2、f dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this standard has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German ver

3、sion of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 22 Begrif

4、fe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . 124 Messplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.1 Auswahl und Aufstellung vonMessgerten . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.2 Qualittskontrolle . . . . . . . . . . . . . . 194.3 Messgertevergleiche .

5、 . . . . . . . . . . . 205 Durchfhrung meteorologischerMessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.1 Messstationen . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2 Datenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . 235.3 Datenbermittlung . . . . . . . . . . . . . 255.4 Datenspeicherung und Archivierung . . .

6、 . 265.5 Kalibrieren . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.6 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.1 Statistische Bearbeitung meteorologischerMesswerte (zeitlich). . . . . . . . . . . . . 306.2 Rumliche Darstellung . . . . . . . . . .

7、. 33Anhang Regressionsanalyse zur Kennlinienbestimmung. . . . . . . . . . 37Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Benennungsindex englisch deutsch . . . . . . . 41Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 53 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . 124 Measurement planning. . . . . . . . . . . . . 134.1 Selection and installation ofmeasuring instruments . . . . . . . . . . . 154.2 Quality con

9、trol . . . . . . . . . . . . . . . 194.3 Comparison of measuring instruments . . . 205 Performance of meteorological measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.1 Measuring stations . . . . . . . . . . . . . 235.2 Data acquisition. . . . . . . . . . . . . . . 235.3 Data transmission. . . . .

10、. . . . . . . . . 255.4 Data storage and archiving . . . . . . . . . 265.5 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.6 Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Evaluation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.1 Statistical processing of meteorologicaldata (with respect to time) .

11、 . . . . . . . . 306.2 Spatial representation. . . . . . . . . . . . 33Annex Regression analysis for the determinationof characteristic curves . . . . . . . . . . 37Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Term index Englisch German . . . . . . . . . . 41ICS 07.060, 13.040.01 August 20

12、13Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedFrhereAusgaben: 11.95; 12.11 Entwurf, deutschFormer editions: 11/95; 12/11Draft, in German onlyZubeziehen durch /AvailableatBeuth Verlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten /All righ

13、ts reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2013Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltmeteorologieB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 2 VD

14、I 3786 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sin

15、d vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine L

16、iste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3786.EinleitungDurch die Richtlinienreihe VDI 3786 soll die Stan-dardisierung der Messverfahren (zum Teil auchBeobachtungsmethoden) einschlielich der Kalibrie-rung, Registrierung und Auswertung sowie d

17、er Ger-teaufstellung und Wartung erreicht werden. DieRichtlinienreihe richtet sich insbesondere an Mess-techniker, Ingenieure und andere Fachleute ohne spe-zielle meteorologische Ausbildung sowie an die Her-steller von meteorologischen Messgerten.In der vorliegenden Richtlinie wird eine bersichtber

18、allgemeine Fragestellungen bei meteorologi-schen Messungen gegeben und meteorologisches Ba-siswissen fr messtechnische Zwecke vermittelt.Hierbei spielt auch die Qualittssicherung eine wich-tige Rolle. In den Folgeblttern der RichtlinienreiheVDI 3786 werden einzelne Messgren (z.B. Wind,Temperatur, Ni

19、ederschlag usw.), Messverfahren(z.B. Vertikalsondierungen) und Messsysteme (z.B.Messstation), aber auch Beobachtungsverfahren imEinzelnen behandelt.1 AnwendungsbereichMeteorologische Messungen sind u.a. zu den nach-folgend genannten Aufgabenstellungen notwendig. Bewertung von Immissionsmessungen (Tr

20、endana-lysen, Vergleiche mit anderen Erhebungsgebieten,Planung von Industrieanlagen, Stadt- und Regio-nalplanung) Eingangsdaten fr Modellrechnungen zu Ausbrei-tung und Transport von Luftverunreinigungen(Immissionsprognose, Luftreinhalte- und Vorsor-Preliminary noteThe content of this standard has be

21、en developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of

22、this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available parts of this series ofstandards can be

23、accessed on the internet atwww.vdi.de/3786.IntroductionThe aim of the series of standards VDI 3786 is tostandardize the measurement methods (and, in part,also the observational methods), including calibra-tion, recording and evaluation as well the installationand maintenance of instruments. The seri

24、es of stand-ards is particularly addressed to measurement techni-cians, engineers and other experts without specialmeteorological training, as well as to the manufactur-ers of meteorological instruments.The present standard gives an overview of generalproblems of meteorological measurements and im-p

25、arts basic knowledge of meteorology for measure-ment purposes. In this connection, quality assuranceplays a major role. The subsequent parts of the seriesof standards VDI 3786 deal with individual measure-ment variables (e.g. wind, temperature, precipitation,etc.), measurement methods (e.g. vertical

26、 soundings)and measuring systems (e.g. measuring station), butalso discuss observational methods in detail.1 ScopeMeteorological measurements are needed e.g. for themeasurement tasks mentioned below. assessment of ambient air quality measurements(trend analyses, comparisons with other investiga-tion

27、 areas, planning of industrial plants, urban andregional planning) input data for model calculations concerning thedispersion and transport of air pollutants (impactforecast, clean-air and precautionary plans, smogB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09All rights reserve

28、d Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3786 Blatt 1 / Part 1 3 geplne, Smogsituationen), ferner fr Strahlen-schutz, Strflle und Katastrophenschutz, Um-weltvertrglichkeitsprfung Bewertung von Lrmimmissionen (Verkehr, Anlagen) Feststellung und Beurteilung des lokalen Klimasund seines E

29、influsses auf Mensch, Tier, Pflanzeund Material (z.B. Bauleitplanung, Verkehrspla-nung, Anlagen-Standortplanung, wasserwirt-schaftliche Planungen, Stadtklima, Kurortklima) agrar- und forstmeteorologische Beurteilung vonPflanzenbestnden und Bden (Bestandsfhrung,Schdlingsbekmpfung, Ertragsprognosen) B

30、ewertung von Geruchsimmissionen aus z.B.Klranlagen, Deponien, Biogasanlagen, Tierhal-tung allgemeine Wettervorhersage und klimatologischeFragestellungen Wind- und Solarenergieanlagen hydrologische Fragestellungen (z.B. Hochwasser-warnung, Verdunstungs- und Wasserbilanzbestim-mungen, Bauwerksbemessun

31、gen)Einzelheiten zur Durchfhrung der Messungen undAnwendung der Messtechnik sind in VDI-Richtli-nien und anderen Regelwerken beschrieben.Die Bewertung und die Interpretation von Immissi-onsmessungen sind nur mit gleichzeitig gewonnenenmeteorologischen Daten mglich. Die Konzeptionder Messstation und

32、die Interpretation der gewonne-nen Ergebnisse sind nicht Gegenstand dieser Richt-linie. Sie bedrfen spezieller Kenntnisse in Meteoro-logie und verwandten Gebieten und sollten daher vonFachleuten durchgefhrt werden.Fr zahlreiche umweltrelevante Fragestellungen inder Luftreinhaltung, Energiewirtschaft

33、, Heizungs-und Klimatechnik, Wasser-, Land-, Forst- und Bau-wirtschaft, im Verkehrswesen, in der Stadt- und Re-gionalplanung sowie zur Steuerung wetterabhngigerAblufe ist die Kenntnis der rumlichen Verteilungund zeitlichen Variation der meteorologischen Ein-flussgren erforderlich. Die notwendigen Da

34、tenwerden durch Messungen und Beobachtungen in derbodennahen Atmosphre, in der troposphrischenMischungsschicht oder auch im hheren, von der Bo-denreibung unbeeinflussten Atmosphrenbereich er-mittelt. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um fol-gende meteorologische Gren: Windgeschwindigkeit und -ric

35、htung Lufttemperatur Luftfeuchte Luftdruck Niederschlagsituations) as well as for radiation protection, ma-jor accidents and disaster prevention, environmen-tal impact assessment assessment of noise pollution (traffic, plants) determination and assessment of the local climateand of its effects on hu

36、mans, animals, plants andmaterials (e.g. urban development planning, traf-fic planning, plant location planning, water man-agement planning, urban climate, climate ofhealth resorts) agro-meteorological and forest meteorological as-sessment of plant populations and soils (vegeta-tion management, pest

37、 control, yield predictions) assessment of odours in the ambient air from e.g.waste water treatment plants, landfills, biogasplants, animal husbandry general weather forecast and climatological appli-cations wind and solar energy plants hydrological applications (e.g. flood warning,evaporation and w

38、ater balance measurements,structural measurements)Details of the measurement performance and the useof the measurement techniques are described in VDIStandards and other regulations.Ambient air quality measurements can only be as-sessed and interpreted by using meteorological dataobtained simultaneo

39、usly. The design of the measur-ing station and the interpretation of the results ob-tained are not subject of this standard. They requirespecial knowledge of meteorology and related fieldsand should therefore only be made by experts.Knowledge of the spatial distribution and temporalvariation of mete

40、orological parameters is necessaryfor a range of issues relevant to the environment in airpollution control, energy management, heating andair conditioning, water management, agriculture, for-estry and construction, in transportation, in urban andregional planning as well as for the control ofweathe

41、r-dependent processes. The required data areobtained by measurements and observations in theground-level atmosphere, in the tropospheric mixinglayer, or in the upper atmospheric regions which areunaffected by bottom friction. This generally in-volves the following meteorological parameters: wind spe

42、ed and direction air temperature air humidity atmospheric pressure precipitationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4 VDI 3786 Blatt 1 / Part 1 solar and terrestrial radiation atmospheric turbidi

43、tyThe transport of air pollutants, for example, is deter-mined by large-scale atmospheric motions, whichcan be superimposed by regional and local wind sys-tems. Which system dominates at a location dependson the topography, the land use and the weather con-ditions. The principal meteorological param

44、eters forthe individual distance ranges can be assigned ac-cording to Table 1.The vertical structure of the lower atmosphere, whichis very important for the local climate, the transportof pollutants and changes in the concentration of pol-lutants, and also for the propagation of sound, is de-scribed

45、 e.g. by the vertical profiles of wind speed, air temperatureand air humidity, the variance of the vertical wind speed or anothermeasure of the vertical turbulent mixing, the height of the mixing layer,and depends on the radiation balance, the surface roughness, the total cloud cover, the cover of l

46、ow clouds, theheight of the cloud base, and the solar altitude. solare und terrestrische Strahlung LufttrbungDurch grorumige Luftbewegungen, die von regio-nalen und lokalen Windsystemen berlagert seinknnen, wird z.B. der Transport von Luftverunreini-gungen bestimmt. Welches System an einem Stand-ort

47、 dominiert, hngt von der Topografie, der Landnut-zung und der Wetterlage ab. Die fr die einzelnenEntfernungsbereiche wesentlichen meteorologischenEinflussgren knnen gem Tabelle 1 zugeord-net werden.Die vertikale Struktur der unteren Atmosphre, dieu.a. fr das lokale Klima, den Transport und nde-runge

48、n der Konzentration von Luftbeimengungen,aber auch fr die Ausbreitung von Schall von groerBedeutung ist, wird z.B. beschrieben durch die Vertikalprofile der Windgeschwindigkeit, derLufttemperatur, der Luftfeuchte, die Streuung der vertikalen Windgeschwindigkeitoder eines anderen Maes fr die vertikal

49、e turbu-lente Durchmischung, die Mischungsschichthhe,und hngt ab von der Strahlungsbilanz, der Bodenrauigkeit, dem Gesamtbedeckungsgrad, dem Bedeckungs-grad durch tiefe Bewlkung, der Hhe der Wolke-nuntergrenze und der Sonnenhhe.Tabelle 1. Beispiele fr atmosphrische Bewegungsvorgnge auf unterschiedlichen Skalen und die zu ihrerBeschreibung verwendeten GrenTable 1. Examples of atmospheric motions on different scales and the par