Universität für Bodenkultur Institut für Land-, Umwelt- und Energietechnik 2 Institut für Meteorologie und Physik Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik 1

Endbericht zum Projekt: Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Landwirtschaft in Österreich

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Mag. Herbert Formayer 1 DI. Astrid Weber 1 Rita Froschauer

o.Univ.Prof.DI.Dr.Dr. Josef Boxberger 2 o.Univ.Prof.Dr. Helga Kromp-Kolb

Forschungsprojekt Nr. 1086 Im Auftrag des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft Dezember 2000

Inhaltsverzeichnis:

1.

Einleitung ................................................................................................................ 3

2.

Problemstellung .................................................................................................... 6

3.

Literaturübersicht und theoretische Grundlagen.............................. 7

3.1 Allgemeine Grundlagen von Abtrocknungsprozessen ................................... 9 3.2 Das Sättigungsdefizit der Luft als Maß für die potentielle Verdunstung 12 3.2.1 Grundlagen ............................................................................................................ 12 3.2.2 Einflußfaktoren auf die zur Abtrocknung benötigte Sättigungsdefizitsumme (SDS)................................................................................................................................ 16

3.3 3.4

Wiederbefeuchtung durch Tau oder Niederschlag .................................. 19 Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage durch Verknüpfung der 21

Schwellenwerte mit Klimadaten ................................................................................. 21 3.4.1 Ältere Modelle ....................................................................................................... 21 3.4.2 Das Modell nach LUDER................................................................................ 21 3.4.3 Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage in Deutschland........................... 25

3.5

Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Getreideernte 26

4.

Auswahl des Modells und der Schwellenwerte ................................. 28

5.

Auswertung ausgewählter österreichischer Klimastationen ..... 30

5.1

Ergebnisse aus der Analyse österreichischer Klimadaten ..................... 30

5.2

Schlußfolgerungen aus der Analyse österreichischer Klimadaten...... 46

6. Modifizierung des Modells nach Luder für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage in Österreich ..................................................... 48 6.1 Abtrocknungsversuche in Gumpenstein ........................................................... 48 6.1.1 Material und Methode .............................................................................................. 48 6.1.2 Ergebnisse und Diskussion ............................................................................ 50 6.1.3 Schlußfolgerungen aus den Abtrocknungsversuchen in Gumpenstein............ 57

6.2 Anpassung der Schwellenwerte und Tauparametrisierung........................ 60 6.2.1 Anpassung der Schwellenwerte........................................................................... 60 6.2.2 Tauparametrisierung ..................................................................................... 61

7.

Modellbeschreibung ......................................................................................... 64

7.1 Allgemein ................................................................................................................... 64 7.2 Stationsauswahl und Beschreibung................................................................... 64

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7.3 Modellablauf ............................................................................................................. 67 7.3.1 Regression für die Tages SDS .............................................................................. 67 7.3.2 Berechnung der Tages SDS .................................................................................. 67 7.3.3 Taukorrektur......................................................................................................... 68 7.3.4 Bestimmung der Tagesart (Schönwetter, Schlechtwetter usw.) ....................... 68 7.3.5 Auszählen der Erntegelegenheiten je Halbmonat .............................................. 69 7.3.6 Bestimmung der 80 Prozent Wahrscheinlichkeit für Erntegelegenheiten...... 69 7.3.7 Ausgabe der Ergebnisse....................................................................................... 70 7.3.8 Evaluierung des Auswertungsprogrammes ........................................................ 70 Klassifizierung der Tage ......................................................................................................... 71 lt. Berechnungsprogramm1 ..................................................................................................... 71

8.

Interpretation der Stationsergebnisse .................................................... 73

9. Beschreibung des Interpolationsverfahrens ............................................. 86 10. Interpretation

der Interpolationsergebnisse ............................................. 88

11. Möglichkeiten und Grenzen des Auswerteverfahrens ...................... 90 12. Datenstruktur auf der Ergebnis-CD ........................................................... 91 13. Tabellenverzeichnis .............................................................................................. 92 14. Abbildungsverzeichnis ........................................................................................ 93 15. Literaturverzeichnis ............................................................................................. 96 16. Anhang ...................................................................................................................... 100

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1.

Einleitung

Der Erfolg und die Durchführbarkeit vieler Arbeiten in der Landwirtschaft, insbesondere in der Außenwirtschaft, sind extrem witterungsabhängig. Die Heu- und Getreideernte stellen dabei die höchsten Ansprüche an die Witterung. Je nach den klimatischen Bedingungen stehen in einem Gebiet eine gewisse Anzahl von Tagen für die Erledigung der Feldarbeiten zur Verfügung. Diese Anzahl an Tagen beeinflußt über die Auswahl der Maschinenkapazität (Schlagkraft) und die Maschinenauslastung wesentlich die Maschinenkosten. Über die arbeitswirtschaftlichen Bedingungen beeinflußt sie auch die nötige Arbeitskapazität und die verfahrenstechnischen Planungen wie z.B. Unterdachtrocknung statt Bodentrocknung. Je weniger Tage für eine Feldarbeit zur Verfügung stehen, desto höher muß die Maschinenkapazität (Schlagkraft) und die Arbeitskapazität sein. Es kann zu enormen Arbeitsspitzen kommen. Die Anzahl der Tage an denen die Feldarbeiten durchgeführt werden können, variiert zwischen verschiedenen Klimaregionen sehr stark. Die verfügbaren Feldarbeitstage sind ein Maß dafür, wie viele Tage in einem bestimmten Gebiet für die Ausführung einer Feldarbeit (z.B. die Heuernte) mit einer definierten Wahrscheinlichkeit zur Verfügung stehen und leiten sich aus langjährigen meteorologischen Aufzeichnungen ab. Sie sind Erwartungswerte, von denen die tatsächlich auftretenden Feldarbeitstage in einzelnen Jahren mehr oder weniger stark abweichen können. Die verfügbaren Feldarbeitstage stellen dennoch die Grundlage für folgende arbeitswirtschaftliche und betriebswirtschaftliche Planungen dar: -

Kapazitätsplanung Betriebsplanung Konkrete Arbeitsorganisation Kostenabschätzung Förderbereich

Als Zielgruppe oder Anwender kommen landwirtschaftliche Berater, Förderstellen und Landwirte selber in Betracht. Die Kenntnis der verfügbaren Feldarbeitszeiten hilft Kapazitäten optimal auszunutzen und kann somit Kosten senken. Weiters wird es möglich, durch angepaßte Maschinenausstattung und angepaßte Verfahren für die Mehrzahl der Jahre die Erntearbeiten termingerecht und möglichst verlustfrei zu planen und somit auch Rauhfutter und Getreide hoher Qualität bereitzustellen. Die Rauhfutter- und Getreideernte nimmt eine zentrale Stellung ein, da sie die höchsten Ansprüche an die Witterung stellt. Zudem kommt der Rauhfutter- und Getreideproduktion eine wichtige Rolle in der österreichischen Landwirtschaft zu. Die Getreideanbaufläche in Österreich betrug 1998 insgesamt 839.626 ha, das sind etwa 61 % der Ackerfläche und etwa 25 % der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche in Österreich (BMLF 1999). Das angebaute Getreide muß auch zeitgerecht geerntet werden. Ist das nicht der Fall, kann es zu Qualitätseinbußen bis hin zum Auswachsen des Getreides kommen. Zu hohe Kornfeuchten bei der Ernte verursachen zusätzlich höhere Trocknungskosten. Die bewirtschaftete Grünlandfläche in Österreich betrug 1998 ca.1.940.000 ha und entsprach somit 57 % der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche (BMLF 1999). In den Bundesländern Salzburg, Tirol und Vorarlberg beträgt der Anteil der Grünlandfläche an der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche sogar 97 %. Nach BUCHGRABER (1998) wachsen im Wirtschaftsgrünland, Extensivgrünland und auf den Feldfutterflächen in Österreich durchschnittlich 8,4 Millionen Tonnen Trockenmasse pro Jahr. Zieht man davon die Ernte-, Konservierungs- und Stallverluste - die zwischen 15 und 35 Prozent liegen können – ab

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(Tabelle 1), verbleiben zur Verfütterung noch etwa 6,8 Millionen Tonnen Trockenmasse. Davon werden 26 % als Grünfutter, 42 % als Silage und 32 % als Heu geerntet (BUCHGRABER 1998). Absolut gesehen werden in Österreich jährlich ungefähr 2,8 Mio t TM Silage und 2,2 Mio t TM Heu erzeugt (Tabelle 1). Tabelle 1: Gesamterntemengen an Silage, Heu und Grünfutter in Österreich 1995 (BUCHGRABER 1998) Silage Nettoertrag Verluste in % 1000 t TM Wirtschaftsgrünland 15 2448 Extensivgrünland Feldfutter (ohne Silo15 341 mais und Futterrüben) Gesamtmenge/Jahr: 2789 In Prozent: 42

Heu Nettoertrag Verluste in % 1000 t TM 25 2031 35 68 25 104

2203 32

Grünfutter Nettoertrag Verluste in % 1000 t TM 15 774 25 501 10 516

1791 26

Gesamt Nettoertrag in 1000 t TM 5253 569 961

6783 100

Die Erzeugung von wirtschaftseigenem Grundfutter dient der Einsparung von Produktionskosten und ist auch aus der Sicht einer artgerechten Ernährung des Wiederkäuers sinnvoll. Ziel eines jeden Landwirtes sollte es sein, eine möglichst hohe tierische Leistung aus dem Grundfutter zu erhalten. Dazu muß dieses den Tieren in qualitativ hochwertiger Form angeboten werden. Die Konservierung des Futters führt – im Vergleich zum Grünfutter jedoch immer zu einer Qualitätsminderung. Es bestehen aber große Unterschiede zwischen den Konservierungsarten. Gerade bei der Heubereitung kommt es zu einer Reihe von Verlusten, die vor allem durch die lange Feldliegezeit zustande kommen. Atmungsverluste entstehen dadurch, daß auch nach dem Mähen verschiedene Auf- und Abbaufunktionen in den Zellen weiterlaufen. Ein möglichst rasches Abtrocknen des Schnittgutes nach dem Mähen ist deshalb sehr wichtig. Bröckelverluste können durch zu häufiges und intensives Bearbeiten auftreten, so z.B. wenn durch ungünstige Witterungseinflüsse während der Heuernte zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich sind. Durch Niederschläge während der Trocknungszeit kann es auch zur Auswaschung von wertvollen Nährstoffen aus dem Schnittgut kommen. Allgemein läßt sich sagen, daß die Verluste umso größer werden, je länger das Heu am Feld liegen bleibt. Deshalb ist neben einem frühen Schnitt vor allem eine möglichst rasche Abtrocknung des Rauhfutters am Feld entscheidend. Eine Verkürzung der Feldliegezeiten ist deshalb anzustreben. Silage und Belüftungsheu wird mit höheren Restfeuchtegehalten eingeführt. Dadurch kommt es grundsätzlich zu einer Verminderung der Bröckelverluste, die bei der Bearbeitung von sehr trockenem Rauhfutter ansteigen. Es sei aber erwähnt, daß es auch im Silo und am Heustock bei der Belüftung zu beträchtlichen Verlusten kommen kann (BUCHGRABER 1998). Vor allem in Gebieten mit ungünstigen Witterungsbedingungen stellt die Verkürzung der Feldtrocknungszeit durch Erzeugung von Belüftungsheu oder Anwelksilage oft die einzige Möglichkeit zur Produktion von hochwertigem Grundfutter dar. Der verstärkte Trend zur Silagebereitung läßt sich aber in ganz Österreich beobachten. Lag der Anteil der Silage- bzw. Heuerzeugung vor etwa 6 Jahren noch bei jeweils 50 % (BUCHGRABER ET AL. 1994), so ist derzeit bei der Rauhfuttergewinnung die Silageerzeugung bereits vorherrschend. Die Tendenz ist weiterhin steigend. Besonders in größeren Talbetrieben kann der Anteil der Silageproduktion bis auf 80 % ansteigen (BUCHGRABER ET AL. 1994). In Bergregionen und den sogenannten Silosperrgebieten (Hartkäseerzeugungsgebiete) ist allerdings auch heute 4

noch die Heuproduktion vorherrschend. In solchen Gebieten bleibt den Landwirten noch die Möglichkeit auf die Erzeugung von Belüftungsheu umzurüsten oder die Schlagkraft bei der Ernte über eine Aufstockung des Maschinenbesatzes zu erhöhen. 1990 gab es in Österreich laut ÖSTAT (1991)15.401 Heubelüftungsanlagen, wobei sich in den Bundesländern Tirol, Salzburg, Steiermark und Vorarlberg 77 % aller Heubelüftungsanlagen befanden. Die Schlagkraft bei der Ernte sowie die Dimensionierung der Belüftungsanlage sind davon abhängig, wie viel Zeit bei der Ernte zur Verfügung stehen. Insofern stellen die verfügbaren Feldarbeitstage ein wichtiges Planungselement bei der Dimensionierung von Heubelüftungen und der Maschinenausstattung eines Betriebes dar.

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2.

Problemstellung

Die verfügbaren Feldarbeitszeiten sind als Grundlage für die verschiedensten Planungen und Entscheidungen im landwirtschaftlichen Betrieb unentbehrlich. Die derzeit zur Verfügung stehenden Informationen über die verfügbaren Feldarbeitstage in Österreich (REHRL 1975, REHRL 1977) entsprechen nicht mehr den heutigen Anforderungen und Erkenntnissen, da sie als klimatologischen Einflußfaktor nur den Niederschlag berücksichtigen. Man geht aber heute davon aus, daß die Abtrocknung von Rauhfutter von verschiedenen meteorologischen Faktoren und Pflanzen- bzw. Bestandeseigenschaften beeinflußt wird: • • • • • •

Hektarertrag von Halmgut, Zusammensetzung des Pflanzenbestandes Rohfasergehalt (abhängig vom Schnittzeitpunkt) und Wassergehalt der Pflanzen Der Bearbeitung des Futters (mit Aufbereitung oder ohne) Wetterdaten (Relative Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit, Strahlung) Höhenlage des Standorts, Hangneigung und Exposition

Durch die Entwicklungen in der Meßtechnik und der elektronischen Datenverarbeitung werden heute wesentlich mehr meteorologische Daten aufgezeichnet als früher und können auch statistisch besser ausgewertet werden. Dies wird international zur Verbesserung der Planungsgrundlagen in der Landwirtschaft genutzt. Für die Schweiz und für Deutschland wurden zahlreiche Arbeiten zu diesem Thema durchgeführt. Diese Untersuchungen (bzw. deren Ergebnisse) sind aufgrund der regionalen Abhängigkeit der verfügbaren Feldarbeitstage nicht übertragbar. Die methodischen Ansätze können aber übernommen und für österreichische Verhältnisse adaptiert werden. In diesem Projekt sollen in Anlehnung an die methodischen Ansätze bereits durchgeführter Untersuchungen in der Schweiz, Deutschland und Österreich (AUGTER 1991, LUDER 1982, SPATZ ET AL. 1970, ZIMMERMANN 1981) die verfügbaren Feldarbeitstage für die Rauhfutterund Getreideernte ermittelt werden. Zur Umwandlung der meteorologischen Daten in verfügbare Feldarbeitszeiten sollen jene Modelle herangezogen und für Österreich adaptiert werden. Die mit den Modellen zu verknüpfenden meteorologischen Daten müssen dabei von den punktuellen Messungen in die Fläche übertragen werden. Ziel ist es, für das gesamte landwirtschaftlich genutzte Bundesgebiet Österreichs die verfügbaren Feldarbeitstage für die Rauhfutter- und Getreideernte zu ermitteln. Damit werden unentbehrliche Planungsgrundlagen für Maschineneinsatzplanungen, Maschinenauslastungen (Maschinenkosten) und arbeitswirtschaftliche Kalkulationen wie Arbeitskräftebedarf, Arbeitsverteilung bzw. Arbeitsspitzen (Arbeitsvoranschlag) geschaffen.

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3.

Literaturübersicht und theoretische Grundlagen

Aus der Literatur sind verschiedene Ansätze für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage dokumentiert. In den älteren dazu bekannten Arbeiten wurde versucht, die Zeitspannen und verfügbaren Feldarbeitstage aus Arbeitstagebuchaufzeichnungen landwirtschaftlicher Betriebe abzuleiten. So basiert zum Beispiel die Arbeit von KREHER (1955) auf der Auswertung 10 jähriger Arbeitstagebuchaufzeichnungen von 25 Betrieben. Das Problem bei dieser Methode besteht vor allem darin, daß die Arbeiten in der Praxis nicht immer zum idealen Zeitpunkt durchgeführt werden, da die Witterung der nächsten Tage nicht mit Sicherheit vorhergesagt werden kann. Das heißt, daß aus den Arbeitstagebüchern zwar der tatsächliche Zeitpunkt der Ausführung verschiedener landwirtschaftlicher Arbeiten ersichtlich ist, nicht aber, ob diese erfolgreich und zeitgerecht durchgeführt werden konnten. Deshalb wurde in weiteren Arbeiten versucht, zusätzlich zu den Arbeitstagebuchaufzeichnungen auf phänologische Daten und meteorologische Aufzeichnungen für die Bestimmung der verfügbaren Arbeitstage zurückzugreifen (HESSELBACH und KREINER 1966, LERMER 1961, SPINNER 1958).

Abbildung 1: Meteorologische Einflußfaktoren auf die verfügbaren Feldarbeitstage. Die verfügbaren Feldarbeitstage sind von einer Vielzahl von meteorologischen Einflußfaktoren abhängig (Abbildung 1). REHRL (1975) berechnete die verfügbaren Feldarbeitstage für Österreich durch die Auswertung von 10-jährigen Niederschlagsaufzeichnungen. Die Klimadaten zur Grünguternte umfassen den Niederschlag, die mittlere relative Luftfeuchte um 07:00 Uhr und die mittlere Lufttemperatur um 14:00 Uhr für die Monate Mai bis August. Dabei wird Österreich in 94 Kleinproduktionsgebiete aufgeteilt. Die Auswertung der Niederschlagsdaten umfaßt das Monatsmittel, die niederschlagsfreien Tage in der Dekade, sowie den Anteil an niederschlagsfreien Tagen mit 2. und 3. darauffolgenden niederschlagsfreien Tag. So gibt es z. B. im 10-jährigen Mittel im Mai für den Bregenzer Wald 3,7 niederschlagsfreie Tage pro Dekade, in den Westtiroler Zentralalpentälern 7,2. Davon sind 2,5 bzw. 5,4 Perioden mit mindestens zwei niederschlagsfreien Tagen und 1,2 bzw. 3,7 mit mindestens drei niederschlagsfreien Tagen. REHRL (1975) gibt in seiner Arbeit nur Mittelwerte und nicht die Wahrscheinlichkeit, mit der die jeweilige Anzahl von niederschlagsfreien Tagen auftritt, an. Der berücksichtigte Zeitraum umfaßt die Monate Mai bis August. Nachdem heute in klimatisch günstigen Gebieten, vor

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allem bei Silagebereitung, auch 3 – 4 Schnitte möglich sind, ist es zudem wichtig, die verfügbaren Feldarbeitstage auch für September und Oktober zu kennen. Die Ergebnisse von REHRL (1975) erlauben auch noch keine genau differenzierte Betrachtung von unterschiedlichen Verfahren, wie z.B. Silageerzeugung, Belüftungs- und Bodentrocknung. Zudem wird die für die Rauhfuttertrocknung wichtige Sättigungsdefizitsumme noch nicht berücksichtigt und ein Untersuchungszeitraum von 10 Jahren ist für klimabezogene Fragestellungen eher kurz. Vergleichbar mit der Arbeit von REHRL (1975) sind die Arbeiten von WARD (1989) sowie von WÜNSCHE UND BAGANZ (1991). WARD (1989) berechnete das Auftreten von 2 und 4-tägigen Trockenperioden für die Silageernte in Irland und berücksichtigte dabei nur den Faktor Niederschlag. Zu den Trocknungstagen zählte er alle Tage mit weniger als 1 mm Niederschlag. Basierend auf Klimadaten einer 11 jährigen Meßreihe wurde für jedes Halbmonat von Anfang Mai bis Ende September das Auftreten von 2 bzw. 4-tägigen Trocknungstagen mit 80% Wahrscheinlichkeit angegeben. WÜNSCHE UND BAGANZ (1991) werteten 20-jährige Witterungsaufzeichnungen von 17 Stationen in Ostdeutschland auf das Auftreten von 3 bis 6-tägigen Heuperioden pro Dekade (Mai bis September) hin aus. Für die Bestimmung der Heutage wurden die Tagesmitteltemperatur, das Tagesmittel der relativen Luftfeuchte, die relative Luftfeuchte um 13:00 Uhr und die Tagessumme des Niederschlages herangezogen. Die Autoren gehen davon aus, daß für die Bodentrocknung von Heu 6, für Kaltbelüftungsheu 4 und für Warmbelüftungsheu 3 aufeinanderfolgende Heutage nötig sind. Es zeigte sich, daß die meisten Heuperioden für den ersten Schnitt in der ersten Junidekade und für den zweiten Schnitt in der ersten Augustdekade zu finden waren. Im Mittel der 17 Standorte traten für den ersten Schnitt 1,39 6-tägige, 2,83 4-tägige und 4,24 3-tägige Heuperioden auf. Für den zweiten Schnitt lagen diese Mittelwerte bedeutend höher: 6,79 6-tägige Heuperioden, 9,77 4tägige Heuperioden und 12,07 3-tägige Heuperioden. Zwischen den einzelnen Standorten und den einzelnen Jahren traten allerdings beträchtliche Schwankungen auf. So schwankte z.B. die mittlere Anzahl (über 20 Jahre) der 6-tägigen Heuperioden auf den 17 Standorten zwischen 0,05 am Standort Boltenhagen und 2,9 am Standort Cottbus. Anzumerken ist noch, daß es sich hierbei nur um Mittelwerte handelt, die keine Angaben über die Sicherheit, mit der diese Heuperioden auftreten, zulassen. Viele andere wichtige Arbeiten zur Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Getreide- und Rauhfutterernte beziehen sich vor allem auf die Verdunstung als wichtigen Faktor bei der Trocknung. Dabei können grundsätzlich zwei Arbeitsmethoden unterschieden werden. Zum einen wird anhand von empirisch gewonnenen Daten aus Feldversuchen das Abtrocknungsverhalten mit einer kleinen Anzahl an Parametern relativ einfach dargestellt (DYER UND BROWN 1977, VAN EIMERN UND SPATZ 1968, SPATZ ET AL. 1970, PITT 1984, LUDER 1982). Zum anderen wird versucht, alle physikalischen Prozesse der Abtrocknung separat zu modellieren (THOMPSON 1981, SMITH ET AL. 1988, MCGECHAN 1990). Im folgenden wird genauer auf die physikalischen Grundlagen und die Vorgänge bei der Trocknung eingegangen. MCGECHAN (1990) unterscheidet zwischen 4 verschiedenen Ansätzen die Trocknungsrate von Schnittgut mit Wetterdaten in Beziehung zu setzen: 1. Die Trocknungsrate wird mit dem Sättigungsdefizit in Beziehung gesetzt 2. Die Trocknungsrate wird mit der aktuellen Verdunstung (Verdunstungswanne) in Beziehung gesetzt 3. Die Trocknungsrate wird mit der potentiellen Verdunstung (Penman-Formel) in Beziehung gesetzt 4. Die Trocknungsrate wird mit einem detaillierten, mechanistischen Trocknungsmodell berechnet

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3.1 Allgemeine Grundlagen von Abtrocknungsprozessen Ein klassischer Ansatz für sehr genau modellierte Abtrocknungsfunktionen bezieht sich auf die Penman-Monteith-Gleichung. THOMPSON (1981) hat diese Gleichung seinem Abtrocknungsmodell zugrunde gelegt. In Abbildung 2 wird der Wasserdampf- und Wärmefluß zwischen einem Schwad und der darüberliegenden Atmosphäre in vereinfachter Form dargestellt. Die Nettostrahlung (RN) abzüglich dem Wärmefluß (G) in den Boden wird durch den sensiblen Wärmefluß (H) und den latenten Wärmefluß (λE) vom Schwad in die Atmosphäre ausgeglichen. Treibende Kraft für diese Flüsse ist die Differenz der Temperatur und spezifischen Feuchte zwischen der Schwadoberfläche und der Referenzhöhe der meteorologischen Messungen. Der aerodynamische Widerstand ra (abhängig von der Windgeschwindigkeit) reguliert diese Flüsse. ra repräsentiert die beiden Widerstände raH (aerodynamischer Widerstand für den sensiblen Wärmefluß) und raV (aerodynamischer Widerstand für den Wasserdampf), von denen angenommen wird, daß sie gleich groß sind. Der Wasserdampf, der in die Atmosphäre entweicht, muß zusätzlich den stomatalen Widerstand (rs) überwinden. Dieser Widerstand wird um so größer, je höher der Trocknungsgrad der Pflanzen ist, da in diesem Stadium durch die fortgeschrittene Trocknung der Feuchtigkeitstransport erheblich verlangsamt wird.

Abbildung 2: Einfaches Modell des Transfers von Wärme und Wasserdampf aus einem Schwad (THOMPSON 1981). Basierend auf physikalischen Grundlagen der Wärme- und Massenübertragung erstellten SMITH ET AL. (1988) ein Modell zur Simulation von Abtrocknungsprozessen während der Heuernte. Dabei berücksichtigten sie durch die Einführung von Konstanten auch den Blattflächenindex und den Blattwiderstand. Die Konstanten wurden aus Laborexperimenten abgeleitet. Mit ihrem Modell simulierten und verglichen sie die Schwad- und die Flächentrocknung von Heu. Der Vergleich der Ergebnisse mit Feldexperimenten zeigte, daß das Modell die Abtrocknungsvorgänge im Schwad gut simulierte. BRÜCK und VAN ELDEREN (1969) entwickelten bereits sehr früh ein Modell zur Simulation der Abtrocknung von Heu und Getreide. Neben zahlreichen klimatischen Faktoren 9

berücksichtigen sie auch den Pflanzenwiderstand. Der Pflanzenwiderstand ist nicht nur artspezifisch, er hängt auch vom Trocknungsgrad der Pflanzen ab. In Klimakammerversuchen wurden die Pflanzenwiderstände bestimmt. Sowohl bei Flächen- als auch bei Schwadtrocknung unterscheiden BRÜCK UND VAN ELDEREN (1969) zwischen oberer Schicht und unterer Schicht und gehen davon aus, daß die untere Schicht nicht direkt vom Wetter beeinflußt wird. Die obere Schicht trocknet unter dem Einfluß der Sonneneinstrahlung ab und wird zunehmend dicker. Wenden und Zetten bedeuten eine vorübergehende Vermischung der Schichten. Ein Vorteil von Abtrocknungsmodellen, die sehr genau und umfassend die einzelnen physikalischen Prozesse beschreiben, besteht vor allem darin, daß der Trocknungsvorgang für viele verschiedene Wetterbedingungen genau simuliert werden kann. Man erhält ein vertieftes Verständnis der einzelnen Abtrocknungsvorgänge. Es können dadurch Methoden abgeleitet werden, die dazu beitragen, die Trocknung zu beschleunigen. So wurde z.B. von THOMPSON (1981) nachgewiesen, daß Wind die Trocknung bei frisch geschnittenem und nassem Halmgut beschleunigt, in einem späteren Stadium des Trocknungsprozesses das Gras jedoch kühlt und daher die Abtrocknung verzögert. Ein Nachteil der oben beschriebenen Modelle besteht darin, daß sie mit vielen Parametern (z.B. Temperatur, relative Luftfeuchte, Strahlung, Windstärke, Niederschlag, physiologische Konstanten, etc.) arbeiten, die weder alle über längere Zeitspannen, noch bei allen meteorologischen Stationen zur Verfügung stehen. Die beschriebenen Modelle eignen sich demnach gut für detaillierte wissenschaftliche Fragestellungen über das Abtrocknungsverhalten, da die unterschiedlichsten Bedingungen genau simuliert und variiert werden können. Für allgemeine Fragestellungen wie etwa die Bestimmung der verfügbaren Feldarbeitstage für ein gesamtes Bundesgebiet muß man Vereinfachungen treffen, da die Modelle sonst zu umfangreich und zu komplex werden. Weiters ist es notwendig mit meteorologischen Parametern zu arbeiten, die mindestens über einen Zeitraum von 30 Jahren zur Verfügung stehen. Erst dann kann davon ausgegangen werden, daß man repräsentative Daten erhält, die den klimatischen Verhältnissen der einzelnen Standorte entsprechen. Dies entspricht einer Definition der WMO über die statistische Bearbeitung meteorologischer Daten. ATZEMA (1992) entwickelte ein Modell zur Simulation der Heutrocknung mit Standardwetterdaten. Als treibende Kraft für die Trocknung wird die potentielle Verdunstung nach Penman-Monteith berechnet. Die Gleichung wird so umgewandelt, daß die Verdunstung mit Standardwetterdaten ermittelt werden kann. Weiters werden Niederschlag, Tau sowie der Pflanzenwiderstand berücksichtigt. Ausgehend von einem Ausgangsfeuchtegehalt wird durch die Einbeziehung aller Faktoren die stündliche Änderung im Feuchtegehalt des Trocknungsgutes berechnet. Dabei unterscheidet ATZEMA (1992) zwischen freiem Wasser und absorbiertem Wasser. Weiters wird der Wassergehalt getrennt für die obere und untere Heuschicht berechnet. Die Wechselwirkungen und Austauschvorgänge zwischen den beiden Schichten werden berücksichtigt. Ein Vergleich der Modellergebnisse mit den im Feld tatsächlich gemessenen Feuchtegehalten zeigte eine gute Übereinstimmung. DYER UND BROWN (1977) entwickelten ein Modell in dem die Trocknungsdauer in Abhängigkeit von der Verdunstung, dem Niederschlag und der Taubildung simuliert wird. Es kann damit in Gebieten eingesetzt werden, in denen nur der tägliche Niederschlag, die Temperatur und die tägliche Sonnenscheindauer vorhanden sind. Die Basisgleichung des Modells lautet: n

n

i =1

i =1

M n = M o + ∑ REWETi − ∑ DRYi

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Der Feuchtigkeitsgehalt Mn (%) bezogen auf die Frischmasse wird vom Anfangsfeuchtegehalt M0 (%), der Wiederanfeuchtungsrate (REWETn) durch Niederschlag und Tau, sowie der Trocknungsrate (DRYn) bestimmt. Die Trocknungsrate beinhaltet die potentielle Verdunstung, die aus der Temperatur und der täglichen Sonnenscheindauer geschätzt wird, sowie eine empirisch bestimmte Konstante. Diese muß für die verschiedenen Gebiete durch Feldversuche bestimmt werden. Die Wiederanfeuchtungsrate setzt sich zusammen aus einem Term, der die Taumenge (mm) in Abhängigkeit zur zeitlichen Taubildungsperiode ausdrückt und aus einem Term, der die Wiederanfeuchtung durch den Niederschlag (mm) darstellt. Beträgt die tägliche Regenmenge mehr als 6,4 mm wird der Term für die Taubildung nicht mehr bei der Berechnung des Feuchtigkeitsgehaltes Mn (nach n Tagen) berücksichtigt. Beim Vergleich der Simulationsdaten mit den Daten der Feldversuche, konnten die Autoren feststellen, daß es nur zu kleinen Abweichungen kam. Ebenfalls wurde durch Tests mit fremden Versuchsdaten aus anderen Gebieten abgesichert, daß das Modell für eine Reihe von klimatischen Regionen geeignete Daten über die Dauer eines Abtrocknungsverlaufes von Gras liefert. Auch VAN EIMERN und SPATZ (1968) arbeiteten in ihren ersten Untersuchungen mit der potentiellen Verdunstung. Die Tagesverdunstung berechneten sie nach der Haude-Formel aus dem Sättigungsdefizit um 14:00. Im Vergleich zu den vorangegangenen Modellen, war das Modell nach VAN EIMERN und SPATZ (1968) sehr einfach. Aus einem mittleren Anfangswassergehalt und dem jeweiligen Wassergehalt am Ende der Trocknung ermittelten die Autoren die Menge des zu verdunstenden Wassers in mm für Anwelksilage, Belüftungsund Bodentrocknungsheu. Weiters unterstellten die Autoren, daß die Verdunstung im Schnittgut etwa 20 % der potentiellen Verdunstung beträgt und somit die Schwellenwerte für die Endtrocknung das Fünffache der zu verdunstenden Wassermenge ausmachen. Somit betrugen die Schwellenwerte für Anwelksilage, Belüftungs- und Bodentrocknungsheu 9.0, 10.6 bzw. 11,3 mm. Der Schwellenwert kann je nach Sättigungsdefizit um 14:00 in 2, 3 oder maximal 4 Tagen erreicht werden. Die Trocknungstage müssen regenfrei sein (Niederschlag < 1 mm) und eine gewisse Tages-Sättigungsdefizitsumme aufweisen. Aufbauend auf diesen Annahmen wurden die günstigen und einfachen Schnitttage für die Standorte Zwiesel, Bad Tölz und Weihenstephan in Bayern ermittelt. PITT (1984) verwendete für seine Abtrocknungsversuche die Verdunstungswanne als meteorologisches Meßgerät zur Bestimmung der aktuellen Verdunstung. Mit einer Verdunstungswanne werden die Auswirkungen von Wind, Sonnenschein, Temperatur und Feuchtegehalt der Luft auf die Wasserverdunstung erfaßt. Mit einer einfachen Gleichung setzte er den Feuchtegehalt des Abtrocknungsgutes in Beziehung zur Verdunstungsrate des Wassers in der Schale. In experimentellen Versuchen konnte er nachweisen, daß die Abtrocknungsrate dem Modellverlauf folgte, vorausgesetzt man vernachlässigte jene Daten während des Taufalls. Laut PITT (1984) werden 3mm Verdunstung benötigt, damit der Feuchtegehalt des Futters um 50 % reduziert wird. In Österreich und Deutschland arbeiteten ZIMMERMANN (1981) und DOMMERMUTH (1984) mit der Verdunstungswanne. ZIMMERMANN (1981) führte agrarmeteorologische Untersuchungen über die Heuernte in Tirol durch. Als Maß für die Wasseraufnahmefähigkeit der Luft verwendet er die mittels Verdunstungswanne gemessene Verdunstung in mm/Zeit. Zusätzlich zur gemessenen Verdunstung wurde die Verdunstung auch nach der PenmanGleichung berechnet und mit der gemessenen Verdunstung verglichen. Meteorologische Messungen während der Abtrocknungsversuche ermöglichten die Bestimmung der durchschnittlich benötigten Verdunstungssumme zur Gerüsttrocknung sowie der Festlegung der Schwellenwerte zur Klassifizierung der Heuwettertage. Basierend auf diesen Ergebnissen 11

wurden für 28 nordtiroler Orte die Zahl der durchschnittlich möglichen Trockentage für ein-, zwei- und dreitägige Trockenperioden berechnet. Der Berechnungszeitraum bezieht sich auf 30 Jahre. Als Maß für das Wetterrisiko wurde die Standardabweichung der Trockentage angegeben. Die Untersuchungen von ZIMMERMANN (1981) beziehen sich ausschließlich auf verschiedene Methoden der Gerüstheutrocknung – insbesondere der Stieflertrocknung. Diese Art der Heuwerbung war Anfang der 80-ger Jahre vor allem in den Berggebieten Tirols noch weit verbreitet, man kann aber annehmen, daß sie heute bei der großflächigen Heuwerbung kaum noch eine Rolle spielt. Auch DOMMERMUTH (1984) gibt die Verdunstung in mm an. Für die benötigte Gesamtverdunstung zur Erzeugung von Anwelksilage gibt er einen Wert von 5, für Belüftungsheu 10 und für Bodentrocknungsheu 17 mm an. Dabei sollte die potentielle Verdunstung am Einfuhrtag für Bodentrocknungsheu mindestens 3 mm betragen, da sonst die Gefahr besteht, daß das Heu Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnimmt. Diese Angaben decken sich gut mit den Ergebnissen von ZIMMERMANN (1981). Sowohl die potentielle als auch die aktuelle Verdunstung sind geeignete Parameter, um die Abtrocknung von Schnittgut zu erklären, da sie die Auswirkungen aller Einflußfaktoren (Wind, Sonnenstrahlung, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit) auf die Wasserverdunstung beinhaltet. Dementsprechend benötigt man zur Berechnung der potentiellen Verdunstung auch alle diese Parameter. Dabei ergibt sich aber das Problem, daß z.B. Wind und Strahlung nicht an allen Wetterstationen kontinuierlich gemessen werden. Auch die aktuelle Verdunstung, die mittels Verdunstungswanne bestimmt wird, gehört nicht zum Standardmessprogramm von Wetterstationen. Zudem ist die Messgenauigkeit der Verdunstungswannen umstritten.

3.2 Das Sättigungsdefizit der Luft als Maß für die potentielle Verdunstung 3.2.1 Grundlagen Ein Maß für das Wasseraufnahmevermögen der Luft und somit für die potentielle Verdunstung ist das Sättigungsdefizit der Luft. Das isotherme Sättigungsdefizit wird durch die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur bestimmt. Es handelt sich um das potentielle Wasseraufnahmevermögen der Luft bis sie vollständig mit Dampf gesättigt ist. Anzumerken ist, daß die effektive Trocknungsleistung unter dem potentiellen Wasseraufnahmevermögen der Luft liegt. Als Einheit wird v.a. in der landtechnischen Literatur g Wasser/m³ Luft verwendet. In der Meteorologie verwendet man auch die Differenz zwischen dem aktuellen Dampfdruck (e) und dem gesättigten Dampfdruck (es). Die Einheit dazu beträgt hPa. Der Sättigungsdampfdruck ist allein von der Temperatur abhängig und wächst mit steigender Temperatur. In Abbildung 3 wird dieser Zusammenhang grafisch dargestellt.

12

60

Sättigungsdampfdruck [hPa]

50

40

30 Dampfdruckkurve gesättigt (es) 20 Sättigungsdefizit SD [hPa] 10 aktuelle Dampfdruckkurve (e); rel. Luftfeuchte = 60% 0 1

6

11

16

21

26

31

36

Temperatur [°C]

Abbildung 3: Der Sättigungsdampfdruck des Wasserdampfes als Funktion der Temperatur, die aktuelle Dampfdruckkurve in Abhängigkeit von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte und das Sättigungsdefizit als deren Differenz. Die relative Luftfeuchte gibt das Verhältnis des aktuellen Dampfdruckes (e) zum gesättigten Dampfdruck (es) an:

r[%] = 100 *

e es

Mit der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit ist es somit möglich e und es zu ermitteln und das Sättigungsdefizit (SD) zu berechnen. Das Sättigungsdefizit verknüpft nicht nur die wichtigen meteorologischen Parameter Temperatur (T) und relative Luftfeuchte (%), sondern sie ist auch sehr hoch mit der Strahlung und dem Wind korreliert und daher gut geeignet eine Vereinfachung der Penman-Monteith-Gleichung darzustellen. SPATZ ET AL. (1970) führten Abtrocknungsversuche in Weihenstephan durch, um mittels Regressionsgleichungen einen Bezug zwischen den Summen des Sättigungsdefizites und dem jeweils erreichten Wassergehalt des Trocknungsgutes herzustellen. Auch die Globalstrahlung und die Sonnenscheindauer wurden in die Regressionsgleichungen einbezogen. Es ließ sich aber nicht feststellen, inwieweit die Trocknung von einem der drei Faktoren bestimmt wurde. Aufgrund der sehr engen Korrelation zwischen diesen drei meteorologischen Faktoren rechneten SPATZ ET AL. (1970) nicht mit multiplen Regressionen weiter, sondern stellten die Abtrocknung in ihrem Modell nur in Abhängigkeit vom Sättigungsdefizit (SD) dar. Für den gesamten Abtrocknungsprozess ist die Sättigungsdefizitsumme (SDS) ausschlaggebend. Diese erhält man durch Integration der SD-Kurve über die Zeit. In 13

Abbildung 4 ist ein Beispiel für den Tagesverlauf der Sättigungsdefizite abgebildet. Die Fläche unter der Kurve wird als Sättigungsdefizitsumme (SDS) bezeichnet. Die Einheit beträgt hPa*h oder g*h/m3. Bei meteorologischen Stationen mit stündlichen Aufzeichnungen kann die SDS durch Aufsummieren der stündlichen Sättigungsdefizite berechnet werden.

12

Sättigungsdefizit [hPa]

10 8

6

4 2

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 4: Beispiel für einen Tagesverlauf der Sättigungsdefizite (Hohe Warte, gemittelte Werte für Mai 1959 bis Mai 1989) Typischer Tagesgang für eine Flachlandstation. Um das Sättigungsdefizit der Luft mit dem Abtrocknungsverhalten von Schnittgut in Beziehung zu setzen, ist es nötig, den Verlauf des Sättigungsdefizites während des Trocknungsvorganges bei sogenannten Abtrocknungsversuchen kontinuierlich zu messen. Der Abtrocknungsverlauf kann durch eine Funktion beschrieben werden, die jedem Wert der Sättigungsdefizitsumme eine bestimmte Gutsfeuchtigkeit (% FT) zuordnet. Ft gibt den Wassergehalt in % der Futter-Trockenmasse (TM) an. Da sich TM im Laufe der Abtrocknung nicht ändert, wird der Wassergehalt über den ganzen Abtrocknungsverlauf mit einer gleichbleibenden Bezugsgröße verglichen (LUDER 1982). Ft wird nach folgender Formel berechnet: FT =

FF × 100% 100 − FF

Wobei: FT (%) = Feuchtigkeit bezogen auf das Trockengewicht FF (%) = Feuchtigkeit bezogen auf das Feuchtgewicht

14

Um die Lagerfähigkeit zu erreichen, müssen Anwelksilage, Belüftungsheu und Bodentrocknungsheu einen bestimmten Trockensubstanzgehalt erreichen. In Tabelle 2 sind die Endfeuchten für die verschiedenen Konservierungsverfahren aufgelistet.

Tabelle 2: Endfeuchten für verschiedene Konservierungsarten von Halmgut (LUDER 1982). Gutart Anwelksilage Belüftungsheu Bodentrocknungsheu

Endfeuchte beim Einfahren FT (%) 185,7 66,7 33,3

FF(%) 65 40 25

In Abbildung 5 sind 4 verschiedene Abtrocknungskurven aus einem Versuch im Jahr 1997 der BAL Gumpenstein dargestellt. Der Versuch wurde auf einer 7,5 ha großen Dauerwiese durchgeführt. Es wurden dafür Kleinparzellen mit einer Größe von 1,8 m*10 m ausgemessen. Der Futterertrag betrug durchschnittlich 3,6 t TM/ha. Der Deckungsgrad der verschiedenen Arten des Pflanzenbestandes setzte sich aus 58 % Gräsern, 48 % Kräutern und 18 % Leguminosen zusammen. Das Futter wurde per Hand 2x pro Tag gewendet. Aus der Abbildung 5 läßt sich ablesen, daß der Trocknungsvorgang am Anfang der Trocknung steiler verläuft und mit zunehmendem TS-Gehalt des Futters flacher wird. Dieser Sachverhalt ist schon lange bekannt und läßt sich aus den speziellen Bindungsformen des Wassers in der Pflanze erklären. In der Arbeit von WEINGARTMANN (1981) findet sich eine gute Übersicht über die zu diesem Thema durchgeführten Grundlagenuntersuchungen. Danach unterscheidet man 3 Trocknungsabschnitte. Im ersten Abschnitt, in welchem die Verdunstung nur an der Gutsoberfläche, an den Schnittstellen und den geöffneten Stomata stattfindet, bleibt die Abtrocknungsgeschwindigkeit annähernd konstant und ist nur von den äußeren Trocknungsbedingungen (z.B. Temperatur) abhängig. Mit abnehmendem Feuchtegehalt beginnt die Trocknungsgeschwindigkeit abzusinken. Die Verdunstung an den Spaltöffnungen kommt zum Erliegen, da diese sich mit sinkendem Turgor zu schließen beginnen und auch die Verdunstung an den Schnittflächen ist durch das Absinken der Wasserleitfähigkeit der Kapillaren, die sich bei der Trocknung durch Schrumpfung verengen, unterbunden. Die Verdunstungsoberfläche wandert somit ins Pflanzeninnere und der Diffusionswiderstand bestimmt nun als zusätzlicher Faktor die Verdunstungsrate. Gelangt das Trocknungsgut in den sogenannten hygroskopischen Bereich, nimmt die Trocknungsgeschwindigkeit nochmals ab. Summiert man alle während der Trocknungsdauer gemessenen Sättigungsdefizite auf, so erhält man die Sättigungsdefizitsumme (=SDS) die zur Ernte von verschiedenen Rauhfutterarten nötig ist. Aus der Abtrocknungskurve kann abgelesen werden, daß der Schwellenwert der Sättigungsdefizitsumme für Bodentrocknungsheu (FT = 33,3%) - je nachdem ob mit Aufbereiter gearbeitet wurde oder ohne - zwischen ca. 125 - 170 hPa*h lag.

15

400 CAT 190 ohne Aufbereiter

Feuchtegehalt bez. auf TM [%]

350

CAT 190 CR Kuhn 202 R

300

Kuhn 240 P 250 200 150 100 50 33,3 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Sättigungsdefizitsumme [hPa*h]

Abbildung 5: Verlauf von Abtrocknungskurven (SDS 9 – 18 Uhr) ohne Aufbereiter und mit Aufbereitern (PÖLLINGER 1997). 3.2.2 Einflußfaktoren auf die zur Abtrocknung benötigte Sättigungsdefizitsumme (SDS) Eine Reihe von Faktoren haben Einfluß auf die SDS, die zur Erreichung verschiedener Endfeuchten benötigt wird. Ein sehr wichtiger Faktor ist der Anfangsfeuchtegehalt des Schnittgutes, da bei höherem Anfangsfeuchtegehalt insgesamt mehr Wasser verdunstet werden muß. Dieser erklärt auch den unterschiedlichen Trocknungsverlauf von erstem und zweitem Schnitt. SPATZ ET AL. (1970) führten Abtrocknungsversuche in Weihenstephan durch, um mittels Regressionsgleichungen einen Bezug zwischen den Summen des Sättigungsdefizites und dem jeweils erreichten Wassergehalt des Trocknungsgutes herzustellen. Dabei zeigte sich auch, daß der Anfangswassergehalt des Schnittgutes einen großen Einfluß auf den Trocknungsverlauf hatte. Abbildung 6 zeigt den unterschiedlichen Anfangsfeuchtegehalt und Trocknungsverlauf von Heu und Grummet. Der mittlere Anfangswassergehalt bei der Heuernte beträgt 83 – 84 % (Feuchtgewichtbasis) und bei der Grummeternte 76 %. Das Grummet trocknet aufgrund dieses geringeren Anfangswassergehalts zu Beginn wesentlich rascher ab als das Heu. Um physiologisch junges Futter mit einem geringen Rohfasergehalt als Anwelksilage einzuführen, war die erforderliche SDS mehr als doppelt so hoch, als für physiologisch älteres Schnittgut. Deshalb berechneten SPATZ ET AL. (1970) eigene Schwellenwerte für die Ernte von Heu und Grummet. Diese Schwellenwerte sind in Tabelle 3 dargestellt. Der Unterschied wird bis zur Bodentrocknung von Heu zunehmend kleiner, da älteres Futter die letzten Prozent an Wasser aufgrund der zellulosereichen Zellwände langsamer abgibt, als junges Futter. WEINGARTMANN (1981) leitet aus den Abtrocknungskurven von SPATZ ET AL. (1970) und LUDER (1982) ab, daß die durchschnittliche Trocknungsgeschwindigkeit bei physiologisch jüngerem Material allgemein eher größer ist als bei physiologisch älterem. Erklärbar ist dies nach WEINGARTMANN (1981) durch die größeren Zellwandstärken älterer Gewebe. Aufgrund 16

dessen, daß aber insgesamt mehr Wasser verdunstet werden muß, ist bei jüngeren Pflanzen mit höheren Wassergehalten dennoch eine längere Trocknungsdauer einzurechnen.

Tabelle 3: Erforderliche Sättigungsdefizitsummen (hPa*h) zur Trocknung des Grüngutes für verschiedene Konservierungsverfahren (SPATZ ET AL. 1970). Schnittgut

Mittlerer Anfangswassergehalt (FT%) Heu jung 680 Heu alt 354 G jung 390 G alt 249 H + G gesamt 431 525 H+G (Agena)

Rohfaser- Erforderliche Sättigungsdefizitsumme (hPa*h) für Gärheu Belüftungs Bodengehalt (∅) Anwelksilage heu trocknungs in % heu 23,9 148 220 280 (467) 32,8 57 124 176 (427) 28,5 68 140 195 (427) 29,6 28 97 148 (407) 28,7 81 155 216 (427) 87 160 227 (427)

600

Feuchtegehalt bez. auf TM [%]

500 Heu, 13.Mai - 25.Juni 400 Heu und Grummet 13.Mai - 1.August 300 Grummet 8.Juli - 1.August 200

100 33.3 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Sättigungsdefizitsumme [hPa*h]

Abbildung 6: Die Abnahme des Wassergehaltes von Heu und Grummet bei der Bodentrocknung in Abhängigkeit von der SDS (VON SPATZ ET AL. 1970). LUDER (1974 und 1982) kam in seinen Untersuchungen zu ähnlichen Ergebnissen wie SPATZ ET AL. (1970) und ermittelte ebenfalls getrennte Schwellenwerte für den ersten und den zweiten Schnitt. Auch gräserreiche Wiesenbestände (VAN EIMERN und SPATZ 1968, LUDER 1982) benötigen aufgrund des höheren Rohfaseranteiles geringere Sättigungsdefizitsummen zur Abtrocknung als etwa Bestände mit höherem Kräuter- oder Leguminosenanteil. Bei der Futterzusammensetzung spielt auch der Anteil der Blatt- und Stängelmasse eine Rolle, da

17

Blätter wesentlich rascher abtrocknen als Stängel (VAN EIMERN UND SPATZ 1968, WEINGARTMANN 1981). Dies kann nach WEINGARTMANN (1981) durch Unterschiede in der Zahl der Spaltöffnungen, in den Material-Schichtstärken und in der Lignineinlagerung begründet sein. LUDER (1982) stellte einen Einfluß des Ertragsniveaus auf die Abtrocknungsgeschwindigkeit fest. Höhere Trockenmasseerträge erfordern höhere SDS zur Abtrocknung, was darauf zurückzuführen ist, daß zum einen mehr Wasser verdunsten muß und zum anderen das geschnittene Futter vor allem am Anfang dichter lagert. SPATZ ET AL. (1970) stellten in ihren Versuchen keinen Einfluß des Hektarertrages auf den Trocknungsverlauf fest, da mit dem Ertrag auch der Rohfasergehalt stieg. WEINGARTMANN (1981) sieht die Ertragsabhängigkeit des Trocknungsverhaltens vor allem dadurch bedingt, daß mit steigendem Ertrag die Zugänglichkeit der gesamten Gutmasse für die Abtrocknungsfaktoren abnimmt. Zusätzlich verweist er aber auch auf die mögliche Korrelation des Ertrages mit dem physiologischen Alter des Schnittgutes. Ein weiterer Einflußfaktor nach LUDER (1982) ist die Höhenlage. Bei Abtrocknungsversuchen, die in der Umgebung von Tänikon durchgeführt wurden, zeigte sich, daß das Halmgut in höheren Lagen eine kleinere SDS zum Erreichen der Einführfeuchtigkeit brauchte. Im zweiten Jahr wurden deshalb Futteraustauschversuche durchgeführt. Das Talfutter wurde am Berg, das Bergfutter im Tal getrocknet. Die Versuche führten wieder zu den gleichen Ergebnissen, d.h. die schnellere Abtrocknung in Höhenlagen konnte nicht durch eine unterschiedliche Futterzusammensetzung in Berg- und Tallagen bedingt sein, sondern war auf andere klimatische Bedingungen in Höhenlagen zurückzuführen. Laut LUDER (1982) könnte die unterschiedliche Strahlungsintensität der Sonne dabei eine Rolle spielen. Den festgestellten höhenbedingten Unterschied versuchte er durch einen vereinfachten linearen Zusammenhang zwischen der benötigten SDS und der Höhenlage zu berücksichtigen. Es wurde von LUDER (1982) darauf hingewiesen, daß weitere Untersuchungen notwendig wären, um diese lineare Höhenabhängigkeit abzusichern. Weiters besteht die Möglichkeit der Nichtlinearität des Kurvenverlaufs. LUDER (1982) begründete die vereinfachte Einbeziehung der linearen Höhenabhängigkeit in seine weiteren Berechnungen damit, daß der erforderliche Aufwand für zusätzliche weitere Verfeinerungen nur einen geringen Einfluß auf das Endergebnis der Auswertung hätte. Abbildung 7 zeigt die lineare Übertragung der Versuchsergebnisse des 1. Schnittes auf die übrigen Höhenstufen. A30, A40, A50 sind die Schwellenwerte für Anwelksilage bei einem Bruttoertrag von 30, 40 und 50 dt TM/ha. B30, B45, B60 sind die Schwellenwerte für Belüftungsheu und C30, C45 und C60 bilden die Schwellenwerte für Bodentrocknungsheu. Der Bruttoertrag beträgt jeweils 30, 45 und 60 dt TM/ha. Weitere Einflußfaktoren auf die zur Abtrocknung benötigte SDS sind z.B. die Ausrichtung bzw. Exposition und die Hangneigung sowie die Bearbeitung des Futters mit verschiedenen Aufbereitern (BENVENUTI ET AL. 1995). Alle diese Faktoren müßten allerdings noch genauer untersucht werden. Die Wirkung der Aufbereiter beruht grundsätzlich darauf, daß durch eine Vergrößerung der Schnittflächen-Summe und durch die mechanische Zerstörung der Cuticula die Verdunstungsoberflächen vergrößert werden und somit die Abtrocknung vor allem am Anfang rascher verlaufen kann. Zum Einfluß der Aufbereiter wird derzeit an der BALGumpenstein ein Projekt durchgeführt.

18

1500 A30

C30

B30 1250

A40

B45

C45

Seehöhe [m]

1120 1000 A50

B60

C60

750 540 500

250

0 0

50

100

150

200

250

300

benötigte SDS [g Wasser/m³ Luft*h]

Abbildung 7: Übertragung der Versuchsergebnisse des 1. Schnittes auf die übrigen Höhenstufen (LUDER 1982).

3.3

Wiederbefeuchtung durch Tau oder Niederschlag

Die bisherigen Ausführungen gingen von einem ungestörten Trocknungsverlauf aus und vernachlässigten die Wiederbefeuchtung des Trocknungsgutes durch den Einfluß von Regen oder Tau. Je nach Ausmaß und Häufigkeit der Wiederbefeuchtung erhöht sich die zur Abtrocknung erforderliche Sättigungsdefizitsumme, da das aufgenommene Wasser wieder verdunsten muß. Dazu muß vorerst geklärt werden, in welchem Maße das Trocknungsgut Wasser aufnimmt. BRÜCK und VAN ELDEREN (1969) gingen davon aus, daß bei Regenereignissen zuerst die obere Schicht Feuchtigkeit bis zu einem maximalen Feuchtegehalt von 87,5% aufnimmt. Wird dieser Wert überschritten, kann die obere Heuschicht keinen Regen mehr aufnehmen, das Wasser sickert nach unten und befeuchtet auch die untere Schicht. Es stellte sich auch heraus, daß das Wasser nach kurzen Regenfällen schneller verdunstete, da der Verdunstungswiderstand geringer war als nach länger anhaltenden Regenfällen, wo das Wasser bereits vom Heu absorbiert wurde. VAN ELDEREN ET AL. (1972) führten im Labor mit einer künstlichen Beregnungsanlage Studien zur Wasseraufnahme eines Heuschwades durch. Sie unterschieden zwischen absorbiertem Wasser, Oberflächenwasser sowie überschüssigem Wasser, welches von den Pflanzen abrinnt. Sie untersuchten wie sich der Gehalt an absorbiertem und oberflächlichem Wasser durch Regeneinwirkung veränderte und ab wann überschüssiges Wasser abzurinnen beginnt. Dabei wurde generell festgestellt, daß Heu mit höherem TM-Gehalt mehr Wasser aufnimmt und somit weniger überschüssiges Wasser abrinnt. Wasser wurde bis zu einem maximalen Feuchtigkeitsgehalt von 92 % aufgenommen.

19

ATZEMA (1992) unterscheidet zwischen freiem und absorbiertem Wasser. Im Falle von Regen- oder Taueinwirkung steigt nach ATZEMA (1992) nur der Gehalt an freiem Wasser an. Ab einem Feuchtegehalt von 88 % kann das Gut keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen, das überschüssige Wasser rinnt einfach ab. MCGECHAN und PITT (1990) untersuchten in Laborexperimenten den Abtrocknungsverlauf von wiederbefeuchtetem Heu. Dabei zeigte sich zuerst eine Phase schneller Abtrocknung, in der das Oberflächenwasser verdunstet. Das absorbierte Wasser wird erst abgegeben, nachdem das gesamte Oberflächenwasser abgegeben wurde. In dieser zweiten Phase verlief die Abtrocknung langsamer. Schließlich folgte die Kurve wieder dem normalen Trocknungsverlauf vor der Wiederbefeuchtung. Die Zeit, die zur Abtrocknung nach einem Regen benötigt wird, hängt also davon ab, wie viel Niederschlag von der Pflanze absorbiert wurde. Aber auch der Trocknungsgrad des Schnittgutes ist entscheidend. MCGECHAN und PITT (1990) stellten fest, daß bei der Wiederabtrocknung von wenig angetrocknetem Schnittgut die zweite Phase nicht zu beobachten war. Das frische Schnittgut scheint also kaum Niederschlagswasser zu absorbieren und trocknet deshalb nach Regenfällen schneller wieder ab. Die gleichen Gesetzmäßigkeiten gelten auch für die Wiederbefeuchtung mit Tau, obwohl diese im Vergleich zu Regen oft vernachlässigt wird. DYER und BROWN (1977) berücksichtigen in ihrem Modell neben der Wiederbefeuchtung durch Regen auch den Einfluß des nächtlichen Taufalls und konnten in ihren Versuchen zeigen, daß auch der nächtliche Taufall eine beträchtliche Wiederanfeuchtung verursachte. Diese war direkt proportional zur Dauer des Taufalles. Zusätzlich war die Feuchtigkeitsaufnahme vom TMGehalt des Heus abhängig. Trockeneres Heu nahm mehr Feuchtigkeit auf als feuchtes Heu. Bei der Berechnung der Heuerntetage gibt es verschiedene Ansätze um die Wiederabtrocknung nach Regen- oder Taufall zu berücksichtigen. Zum einen besteht die Möglichkeit, daß nach Regenereignissen eine Gleichung zur Berechnung der Wiederabtrocknung eingeführt wird. Dieser Ansatz wurde z.B. von AGENA ET AL. (1968) und von AUGTER (1991) gewählt. Es gibt auch die Möglichkeit, Tage an denen eine bestimmte Niederschlagshöhe überschritten wird, vollkommen auszuscheiden (z.B.: LUDER 1982, SPATZ ET AL. 1970). Dieser Ansatz erscheint auch deshalb sinnvoll, da es um die Berechnung von „günstigen Erntegelegenheiten“ geht, also nur jene Heuernteperioden berücksichtigt werden sollen, an denen gut gewittertes Rauhfutter eingebracht werden kann. Die Wiederanfeuchtung von bereits getrocknetem Rauhfutter führt hingegen einerseits zu Auswaschung von Nährstoffen, andererseits verlängert sie die Feldliegezeit und erhöht die Zahl der nötigen Bearbeitungsschritte. Alle diese Faktoren führen zu einer Erhöhung der Verluste am Feld und zu Qualitätseinbußen. Niederschläge zwischen 1 und 3 mm/Tag (LUDER 1982, SPATZ ET AL. 1970, ZIMMERMANN 1980) verursachen keine nennenswerten Qualitätsverluste und können deshalb vernachlässigt werden. Die Wiederanfeuchtung durch Tau wird z.B. dadurch berücksichtigt, daß bei der Berechnung der Tages-SDS nur die Sättigungsdefizite zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr verwendet werden (AUGTER 1991, LUDER 1982, SPATZ ET AL. 1970). Die genannten Autoren gehen davon aus, daß die trocknungswirksamste Zeit grundsätzlich während des Tages gegeben ist. In den Nächten wird die Trocknung aufgrund des Taufalles in der Regel unterbrochen, bis etwa 09:00 Uhr morgens ist aber der Tau wieder abgetrocknet.

20

3.4

Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage durch Verknüpfung der Schwellenwerte mit Klimadaten

3.4.1 Ältere Modelle Um von den Schwellenwerten zur Erzeugung von Rauhfutter unterschiedlichen Trocknungsgrades auf die verfügbaren Feldarbeitstage zu schließen, mußten geeignete Modelle entwickelt werden. Grundsätzlich ist es nötig, ausreichende Wetterdaten zur Verfügung zu haben. Zur Berechnung der Tages-SDS sollten kontinuierliche Aufzeichnungen über Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit vorliegen, zudem sind tägliche Aufzeichnungen über die Niederschlaghöhe erforderlich. Um statistisch abgesicherte Aussagen zu erhalten, sollten diese Aufzeichnungen über einen Zeitraum von etwa 30 Jahren vorhanden sein. Zur Berechnung der Erntegelegenheiten werden die Tages-SDS solange aufsummiert, bis die entsprechenden Schwellenwerte erreicht bzw. überschritten werden. Zudem müssen die Niederschläge berücksichtigt werden. VAN EIMERN UND SPATZ (1968) berechneten mit den von ihnen in Feldtrocknungsversuchen ermittelten Schwellenwerten die verfügbaren Feldarbeitstage für Weihenstephan. Durch Aufsummieren aller stündlichen Sättigungsdefizite von 09:00 Uhr bis 18:00 Uhr ergab sich die Tages-SDS. Vom letzten regenfreien Tag einer Trockenperiode errechneten sie durch Rückwärtsaddition die von jedem vorangegangenen Tag bis zum Ende der Trockenperiode erreichte Gesamtsumme des Sättigungsdefizites. Als regenfreie Tage gelten bei ihnen alle Tage mit einer Niederschlagshöhe kleiner als 1 mm. Die verfügbaren Feldarbeitstage wurden für den Zeitraum vom 21. Mai bis 1. August ermittelt und als Mittelwert der untersuchten Jahre (1959-1968) angegeben. Aufbauend auf die Arbeiten von AGENA ET AL. (1968) und von SPATZ ET AL. (1970) berechnete PFAU (1971) die verfügbaren Feldarbeitstage für verschiedene Verfahren der Futterernte in ganz Deutschland. Dafür wertete er 15-jährige Messreihen von 54 meteorologischen Stationen in ganz Deutschland aus. Die SDS wurde durch Aufsummieren aller Stundenwerte zwischen 9 und 18 Uhr berechnet, Tage mit einer Niederschlagssumme über 1 mm wurden ausgeschieden. Die Arbeit von PFAU (1971) beinhaltet auch eine Überprüfung der von AGENA ET AL. (1968) und SPATZ ET AL. (1970) gefundenen Regressionsgleichungen zur Beschreibung der Abtrocknung. Durch die Ableitung einer allgemeinen Formel aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten bei Trocknungsvorgängen konnte Pfau die allgemeine Gültigkeit der Gleichung von SPATZ ET AL. (1970) unterstreichen. Aus der Gleichung wurden Schwellenwerte für standardisierte Anfangsfeuchtewerte des Schnittgutes (= bei niedrigem, mittleren und hohem Rohfasergehalt) berechnet und diese als Grundlage der Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage verwendet. Die Feldarbeitstage wurden für jeweils 10-tägige Perioden von 1. Mai bis 30. September berechnet. Als Ergebnisse werden die mittlere Anzahl der verfügbaren Feldarbeitstage, die mittlere Feldperiode und die Anzahl der verfügbaren Feldarbeitstage mit 80%iger Sicherheit angegeben.

3.4.2

Das Modell nach LUDER

Im Rahmen seiner Dissertation führte LUDER (1982) umfangreiche Abtrocknungsversuche durch. Als Ergebnis dieser Arbeit wurden Schwellenwerte für den ersten und zweiten Schnitt und für jeweils drei verschiedene Ertragsniveaus festgelegt. Diese sind in Tabelle 4 übersichtlich dargestellt. Zur Berücksichtigung des festgestellten Höheneffektes wurde von

21

den jeweiligen Schwellenwerten je nach Höhenlage ein entsprechender Betrag abgezogen. Von den höhenkorrigierten Schwellenwerten wurde nochmals ein Abschlag für die Einbringung gemacht. Mit diesem Abschlag sollte berücksichtigt werden, daß Anwelksilage und Bodenheu bis spätestens 16:00 Uhr, Belüftungsheu bis spätestens 17:00 Uhr die Einführfeuchte erreicht haben muß.

Tabelle 4: Erforderliche Sättigungsdefizitsummen in g Wasser/m³ Luft *h bei verschiedenen Konservierungsverfahren, Hektarerträgen und Altersstadien – bezogen auf eine Seehöhe von 400 masl (LUDER 1982). 1. Schnitt angewelkt 30 dtTM 40 dtTM jung, vor dem Blüte RispenLöwenz. schieben 60 77

50 dtTM mastig, Kunstwiese 96

2. – 5. Schnitt angewelkt bis zu 30 dtTM 40 dtTM jung, gut

s. gr. Ertrag

belüftungstrocken 30 dtTM 45 dtTM 60 dtTM s. jung ideal mastig Blüte Rispen- oder Löwenz. schieben Kunstw. 140 167 196

bodentrocken 30 dtTM 45 dtTM 60 dtTM mager Jung fett Rispen- Rispen- Gräserschieben schieben blüte 193 218 228

belüftungstrocken 30 dtTM 45 dtTM

30 dtTM

Jung, gut

jung, gut

Kunstwiese 42

55

s. gr. Ertrag Kunstwiese

97

126

bodentrocken 45 dtTM gr. Ertrag Kunstwiese

141

172

Tabelle 5: Durch den Verlust an Trocknungszeit bedingte Zuschläge für die Einbringung von Anwelksilage, Belüftungsheu und Bodenheu in g/m3*h (LUDER 1982). 1. Schnitt 2. – 5. Schnitt

Anwelksilage 18 22

Belüftungsheu 10 12

Bodenheu 18 22

Zur Berechnung der Schwellenwerte und der Tages-SDS aus den Klimadaten berücksichtigte LUDER (1982) nur die Werte zwischen 09:00 und 18:00 Uhr. Da nach Luder LUDER (1982) die Sättigungsdefizite in der Zeit vor 09:00 Uhr und nach 18:00 Uhr im Vergleich zur Zeit zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr sehr gering sind, ergab sich auch kein großer Fehler, wenn es aufgrund der Witterung zu keinem Taufall kam und dadurch ein verlängerter Zeitabschnitt zur Berechnung der SDS herangezogen werden hätte können. Zur Errechnung der SDS-Werte wurden die stündlichen Aufzeichnungen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit verwendet. Da diese Daten in der Vergangenheit nicht von allen Wetterstation zur Verfügung standen, versuchte er die SDS mit Hilfe der vorhandenen Meßwerte zu schätzen. Mit einer linearen Regressionsformel konnte ausgehend von dem Sättigungsdefizit um 13:30 Uhr, welches die beste Annäherung ergab, die Tages-SDS berechnet werden.

22

In einem Klassierungsmodell, das neben der täglichen SDS noch die tägliche Niederschlagsmenge, sowie die relative Sonnenscheindauer und Aufzeichnungen über die Mittagsbewölkung berücksichtigt, wird zwischen Schönwettertagen Sondertagen und Schlechtwettertagen unterschieden. In Abbildung 8 ist das Modellschema graphisch dargestellt. Die Schönwettertage mit einem hohen Trocknungspotential haben eine Sättigungsdefizitsumme von mindestens 90 g Wasser/m³ Luft*h. Es handelt sich dabei um sehr warme trockene Tage, die sich besonders für die Endtrocknung eignen und zum Einführen des Futters verwendet werden. Da diese Tage in der Praxis sehr wichtig sind und intensiv genutzt werden, wurde im Klassierungsmodell nur die SDS berücksichtigt. Die anderen Faktoren (NS, SO, BW) sowie die Gewittertätigkeit wurden für die Bestimmung dieser Tage nicht verwendet, obwohl es durch die Gewitter lokal zu kurzfristig sehr hohen Niederschlägen kommen kann. Bei den Tagen mit durchschnittlichem bis gutem Trocknungspotential (70 < SDS < 90 g H2O/m³ Luft*h) werden alle 5 Parameter berücksichtigt. Die Niederschlagsmenge muß kleiner oder gleich 2 mm sein. Ist sie höher, benötigt dieser Tag eine Sonnenscheindauer von mindestens 60 % bzw. eine Bewölkung zu Mittag von weniger als 25 % um als Schönwettertag gerechnet zu werden. LUDER (1982) trifft in seinem Modell die Annahme, daß eine Sonnenscheindauer von 60 % und eine Mittagsbewölkung von höchstens 25 % darauf schließen lassen, daß die Regenfälle erst am späten Nachmittag auftreten. Die Tage mit unterdurchschnittlichem Trocknungspotential weisen eine SDS kleiner 70 g H2O/m³ Luft*h auf. Ihr Niederschlag beträgt höchstens 0,5 mm. Die Sonnenscheindauer muß mindestens 65 % betragen und die Mittagsbewölkung darf die 25 %-Grenze nicht überschreiten. Diese Tage haben eine niedrige Trocknungsleistung. Sie kommen eher im Früh- und Spätsommer oder zwischen Regenperioden vor. Als Sondertage werden jene Tage gerechnet, die keine Trocknungswirkung haben, da ihre Sättigungsdefizitsumme zum Abtrocknen des Taus verbraucht wird. Im Vergleich zum Schlechtwettertag bewirken sie jedoch äußerst geringe bis keine Schäden für das Trocknungsgut. In dem Modell werden sie am Anfang und am Ende einer Schönwetterperiode wie Schlechtwettertage behandelt, wenn sie zwischen zwei Schönwettertagen auftreten, verlängern sie die Abtrocknungsperiode um einen Tag. Zum Erreichen der Einfuhrfeuchtigkeiten für die verschiedenen Konservierungsarten werden 1 – 4 tägige Schönwetterperioden benötigt. Kann innerhalb von 4 Tagen, das konservierte Futter nicht eingefahren werden, hat man mit erhöhten Futterverlusten zu rechnen. Daher zählen längere Abschnitte nicht mehr als günstige Erntegelegenheiten. Für die Berechnung werden die SDS einzelner aufeinanderfolgender Schönwettertage aufsummiert und jeden Tag mit den einzelnen Schwellenwerten für Anwelksilage, Belüftungsheu und Bodentrocknungsheu, die man aus den Abtrocknungsversuchen gewonnen hat, verglichen. Ist der Schwellenwert erreicht, wird die Schönwetterperiode als günstige Erntegelegenheit ausgewiesen.

23

Abbildung 8: Modellschema zur Klassifizierung der Kalendertage aufgrund von 5 Parametern (LUDER, 1982). SDS = Sättigungsdefizitsumme [g Wasser/m³ Luft*h] NS = Niederschlagssumme [mm] gemessen 07:30 Uhr SO = gemessene Sonnenscheindauer in [%] der möglichen BW = Bewölkung [%] geschätzt um 13:30 GW = Gewitter → letzter Schönwettertag der Periode

24

Für das Addieren der täglichen SDS zu den einzelnen Schönwetterperioden verwendet LUDER (1982) folgende Auflagen: •

• • • • •

Als günstige Trocknungsperiode oder Erntegelegenheit gilt immer die kürzeste Zeitspanne, innerhalb welcher die gestellte Trocknungsanforderung erfüllt wurde. Dabei wird jeder Schönwettertag als Schnitttag, d. h. Anfangstag einer solchen Trocknungsperiode in Betracht gezogen. Ein einzelner Schönwettertag kommt bei einem bestimmten Konservierungsverfahren nur einmal als Schnitttag in Frage. Die Zahl der günstigen Trocknungsgelegenheiten entspricht somit der Zahl der geeigneten Schnitttage. Sondertage werden weder als Schnitttage noch als Bergetage anerkannt, obwohl sie sich notfalls noch als solche eignen könnten. Als Tage der Abtrocknungsperiode werden sie nur gezählt, wenn sie zwischen zwei echten Schönwettertagen auftraten. Gewittertage gelten noch als Schönwettertage, werden aber generell als Schlußtage der Schönwetterperiode behandelt. Trotzdem können sie auch als Schnitttage in Frage kommen. Sonn- und Feiertage sind auf der Datenbank nicht gekennzeichnet und werden in der Auswertung wie Werktage behandelt. Dauert die Abtrocknung länger als 4 Tage, so wird die Trocknungsperiode nicht mehr als günstig erachtet, weil das Futter erfahrungsgemäß durch wiederholte Taueinwirkung und Bearbeitung Einbußen erleidet. Die Gerätetrocknung (Gerüsttrocknung) wird in dieser Arbeit nicht berücksichtigt.

Aus den Ergebnissen seiner Arbeit, leitete LUDER (1996) die verfügbaren Feldarbeitstage für die Schweiz ab. Die verfügbaren Feldarbeitstage sind mit 80%iger Sicherheit dargestellt. Das Ergebnis ist als Karte und als Grundlage für den Arbeitsvoranschlag der Eidgenössischen Forschungsanstalt Tänikon in elektronischer Form vorhanden.

3.4.3 Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage in Deutschland AUGTER (1991) ermittelte in Deutschland mit Hilfe des Sättigungsdefizites und der Niederschlagshöhe von 320 Klimastationen die verfügbaren Rauhfuttererntetage von Anfang Mai bis Mitte September. Die Berechnungen erfolgten halbmonatsweise für Anwelksilage, Unterdachtrocknungsheu (Welkheu) und bodentrockenes Heu sowie für aufbereitetes und nicht aufbereitetes Grüngut. Die SDS-Schwellenwerte wurden anhand der Funktionen von SPATZ ET AL. (1970) bestimmt. Für aufbereitetes Futter wurde, wegen der beschleunigten Abtrocknung, die benötigte SDS um einen bestimmten Faktor verringert. Die von LUDER (1982) festgestellte Höhenabhängigkeit der Schwellenwerte berücksichtigte Augter dadurch, daß die Ergebnisse von SPATZ ET AL. (1970) auf eine Höhe von 435 masl bezogen wurden. Die Sättigungsdefizitsummen für alle anderen Höhen wurden dann mit Hilfe einer nach den Ergebnissen von Luder abgeleiteten Gleichung bestimmt. Die Berücksichtigung der Wiederanfeuchtung des Rauhfutters durch Regen erfolgte mit Hilfe der Gleichung von AGENA ET AL. (1968). Die Tages-SDS wurde für den Zeitraum von 9 bis 18 h berechnet und durch einen für jedes Monat spezifischen Umrechnungsfaktor aus dem 14-Uhr-Wert abgeleitet. Die Ergebnisse wurden als „Anzahl verfügbarer Rauhfuttererntetage die mit 95 %iger Sicherheit in 60, 70, 80 und 90 % aller Jahre mindestens auftreten“ angegeben und sind als Planungsdaten im KTBL-Taschenbuch veröffentlicht (KTBL 1996).

25

3.5

Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Getreideernte

Die Abtrocknung von stehendem Getreide basiert auf den gleichen physikalischen Grundlagen wie die Abtrocknung von geschnittenem Gras. BRÜCK und VAN ELDEREN (1969) entwickelten schon sehr früh ein Modell zur Beschreibung der Abtrocknung von stehendem Getreide. Leider finden sich in dem Artikel keine genauen Angaben darüber, wie die Abtrocknung konkret berechnet wird. Es wird jedoch erläutert von welchen Annahmen die Autoren bei der Entwicklung des Modells ausgegangen sind. Sie unterteilten das stehende Getreide in 3 Schichten: Ähre und obere sowie untere Halmschicht. Der Anteil der Strahlung, der jeweils auf Ähren bzw. Halm auftrifft, hängt von der Einstrahlungsrichtung (Tageszeit), der Ausrichtung der Reihen sowie der Pflanzendichte ab. Die Energie zur Verdunstung wird ebenfalls wie die Einstrahlung auf Ähren und Halme verteilt. Die Verdunstung und der Verdunstungswiderstand hängen vom Wassergehalt des Getreides ab. Bei Regen gehen die Autoren davon aus, daß 50 % der Menge auf den Boden fallen und 50 % auf das stehende Getreide. Davon fällt ein Großteil (25 %) auf die Ähren, der Rest teilt sich auf die obere und untere Halmschicht auf. Dies gilt allerdings nur bei Windstille, bei einer Windgeschwindigkeit > 3m/s ändert sich diese Verteilung. Die Geschwindigkeit, mit der das Getreide Feuchtigkeit aufnimmt, hängt vom Trocknungsgrad ab. Überschüssiges Wasser fließt von der Ähre zuerst auf den Halm, dann auf den Boden ab. HEGER (1973) entwickelte zur Schätzung des Witterungsrisikos für die Getreideernte mit dem Mähdrescher ein agrarmeteorologisches Modell. Das Modell berücksichtigt als physikalischen Parameter für die Abtrocknung das Sättigungsdefizit der Luft. Der Autor geht davon aus, daß das Getreide abtrocknet, solange das Sättigungsdefizit der Luft größer ist als die Gleichgewichtsfeuchte. Diese ist vom Trocknungsgrad des Getreides abhängig, je geringer der Wassergehalt des Getreides, desto größer muß das Sättigungsdefizit der Luft sein, damit das Getreide noch weiter Wasser abgibt. Als Faktor für die Wiederanfeuchtung wird der gemessene Niederschlag berücksichtigt. Das Modell wurde anhand mehrjähriger Messungen auf Versuchsfeldern getestet und zeigte bei Winterweizen und bei Winterroggen gute Übereinstimmungen. Die Erntegelegenheiten wurden für bestimmte Ernteintervalle berechnet, die wiederum aus phänologischen Aufzeichnungen über die Gelbreifetermine für jeden Naturraum in der BRD ermittelt wurden. Vom Beginn der Gelbreife wurden über das gesamte Ernteintervall jene Tage berechnet, an denen der Feuchtegehalt des Getreides 20 % unterschreitet, dabei wird eine Anfangsfeuchte von 35 % bei Beginn der Gelbreife angenommen. Die Mähdruschtage wurden für das gesamte ehemalige Bundesgebiet der BRD für Wintergerste, Winterweizen und Winterrogen mit 90 % Sicherheit berechnet. AUGTER (1992) berechnete in einer sehr umfangreichen Arbeit die verfügbaren Mähdruschstunden für Deutschland neu. Dabei wurden für den Zeitraum von 1. Juli bis 15. Oktober die verfügbaren Mähdruschstunden für Wintergerste, Sommergerste, Winterroggen, Winterweizen, Hafer und Sommerweizen bei verschiedenen Kornfeuchten (14 – 24%) ermittelt. Eine Mähdruschstunde ist nach AUGTER (1992) eine Stunde, in der die Kornfeuchte des reifen, nicht ausgewachsenen Getreides den angegebenen Feuchtewert erreicht oder unterschreitet. Es werden nur die Stunden zwischen 09:00 Uhr morgens und 19:00 Uhr am Abend berücksichtigt. Die Auszählung der Mähdruschstunden beginnt am Tag nach dem Eintritt der Gelbreife und endet entweder 21 Tage danach oder an jenem Tag an dem der Auswuchs beginnt. Bei Hafer und Winterroggen endet die Auszählung bereits am 14. Tag nach dem Eintritt in die Gelbreife. Der Zeitpunkt der Gelbreife wurde aus phänologischen

26

Aufzeichnungen des Deutschen Wetterdienstes bestimmt. Die Kornfeuchte wurde nach der Gleichung von HEGER (1973) errechnet. LUDER (1996) gibt an, daß der Verlauf der Korn- und Strohfeuchtigkeit bei stehendem, reifen Getreide große Ähnlichkeit mit geschnittenem Wiesenfutter zeigt. Allerdings ist der Beginn der Abtrocknungskurve beim Getreide nicht so eindeutig definiert, wie dies durch den Schnitt des Grases der Fall ist. Ein wichtiger Zeitpunkt für den Beginn des Trocknungsprozesses ist nach LUDER (1996) das Ende einer Regenperiode. Von diesem Zeitpunkt an bis zum Erreichen einer Kornfeuchte von 16% ist gleich viel SDS erforderlich, wie zur Bodentrocknung von Grummet. LUDER (1996) berechnet keine Mähdruschstunden sondern Mähdruschtage, diese entsprechen zahlenmäßig den verfügbaren Erntegelegenheiten für bodentrockenes Heu aus dem zweiten Schnitt.

27

4.

Auswahl des Modells und der Schwellenwerte

Aus den vorangegangenen Ausführungen geht hervor, daß zur Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage Modelle herangezogen werden müssen, die die Abtrocknung von Rauhfutter und Getreide in vereinfachter Form anhand weniger Parameter aber dennoch möglichst genau wiedergeben. Da für die Vorhersage von klimatisch bedingten Zusammenhängen langjährige und lückenlose Datenreihen benötigt werden, sollte das Modell ausschließlich Standardwetterdaten, bzw. solche Parameter, die aus Standardwetterdaten ableitbar sind, verwenden. Aufgrund dieser Überlegungen hat sich, v.a. im deutschsprachigen Raum, die Sättigungsdefizitsummen-Methode als Modell zur Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage etabliert. Sowohl die Planungsunterlagen in der Schweiz (NÄF 1998) als auch die Planungsdaten im KTBL (KTBL 1996) wurden mit dieser Methode ermittelt. Dabei werden in Feldversuchen gewonnene Schwellenwerte für einzelne Rauhfutterarten und für die Abtrocknung von stehendem Getreide mit langjährigen Wetterdaten verglichen und daraus die günstigen Erntegelegenheiten ermittelt. Tabelle 6 ermöglicht einen Vergleich verschiedener Schwellenwerte für die Erzeugung von Heu und Silage aus Österreich, Deutschland und der Schweiz, die in der Literatur dokumentiert sind. Ein gewisses Problem besteht darin, daß in den Arbeiten unterschiedliche Einheiten für die SDS verwendet werden. Grundsätzlich kann man das Sättigungsdefizit in hPa oder in g/m3 angeben. Die einzelnen Sättigungsdefizite können von hPa in g/m3 umgerechnet werden, wenn die dazugehörige Temperatur bekannt ist. Die in der Literatur angegebenen Sättigungsdefizitsummen können aber nicht mehr direkt umgerechnet werden. Aus eigenen Abtrocknungsversuchen an der BAL-Gumpenstein, in denen die Sättigungsdefizitsumme vergleichsweise in hPa*h und in g/m3*h berechnet wurde, ging hervor, daß die Werte bei Angabe der SDS in g/m 3*h um etwa 25 – 30 % niedriger waren als bei Angabe in hPa*h. Dies kann allerdings nur als grober Richtwert angesehen werden. Aus Tabelle 6 ist ersichtlich, daß sich die Sättigungsdefizitsummen die benötigt werden, um eine bestimmte Endfeuchte zu erreichen, nicht wesentlich von einander unterscheiden. Eine Ausnahme stellen die Werte von SPATZ ET AL. (1970) für Bodenheu dar, die trotz der Angabe in hPa*h sehr hoch erscheinen. Aufgrund der Übereinstimmung der übrigen Werte, sehen wir davon ab, weitere Abtrocknungsversuche durchzuführen, sondern werden auf die schon vorhandenen Schwellenwerte aus der Literatur zurückgreifen. Das Modell von LUDER (1982) hat sich in der schweizer Praxis gut bewährt. Auch AUGTER (1991) verwendete für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage in Deutschland dieses Modell in leicht modifizierter Form. In diesem Modell werden wichtige Einflußfaktoren wie etwa Ertragsniveau oder Seehöhe berücksichtigt. Die Schwellenwerte wurden in Tänikon sowohl im Talgebiet als auch im Berggebiet ermittelt. Da ein Großteil der österreichischen Grünlandbetriebe (BMLF 1999) im Alpenraum liegt, scheint es plausibel, Schwellenwerte zu übernehmen, die ebenfalls unter alpinen Bedingungen ermittelt wurden. Die Anwendung des schweizer Modells scheint auch im Hinblick auf eine eventuelle weitere Zusammenarbeit mit der FAT-Tänikon auf dem Gebiet Arbeitswirtschaft und Arbeitsvoranschlag sinnvoll. Dies gilt auch für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Getreideernte. Nach dem Modell von AUGTER (1992) werden die verfügbaren Mähdruschstunden berechnet. Diese lassen sich schwer in Mähdruschtage umrechnen, mit denen aber z.B. im schweizer Arbeitsvoranschlag gerechnet wird. Zudem reichen für die Berechnung der Mähdruschtage nach LUDER (1996) die meteorologischen Parameter Lufttemperatur, Luftfeuchte und Niederschlag aus, es sind keine weiteren langjährigen und lückenlosen phänologischen

28

Aufzeichnungen nötig. Dies ermöglicht zudem eine methodisch einheitliche Berechnung und Darstellung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Rauhfutter- und Getreideernte.

Tabelle 6: Vergleich verschiedener Schwellenwerte aus der Literatur für die Erzeugung von Anwelksilage, Belüftungs- und Bodenheu. Autor

Schnitt

Einheit

SPATZ ET AL. (1970)

1. Schnitt 2. Schnitt 1. Schnitt 2. Schnitt 1. Schnitt

hPa*h hPa*h g/m3*h g/m3*h g/m3*h

LUDER (1982) WEINGARTMANN (1981)

Anwelksilage 57-148 28-68 60-96 42-55

Belüftungsheu 176-280 148-195 140-196 97-126 107-196

Bodenheu 427-467 407-427 193-228 141-172

29

5. Auswertung ausgewählter österreichischer Klimastationen 5.1

Ergebnisse aus der Analyse österreichischer Klimadaten

In Zusammenarbeit mit der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) haben wir zuerst untersucht welches Datenmaterial für Österreich vorhanden ist. Leider gibt es in Österreich nur drei Klimastationen die über eine 30 jährige Messreihe mit kontinuierlichen (stündlichen) Messdaten verfügen. Da für eine klimatologische Auswertung des Datenmaterials für die Erntegelegenheiten unbedingt Stationen mit 30-jährigem Datenmaterial verwendet werden sollen, ist es von größter Bedeutung einen möglichst genauen statistischen Zusammenhang zwischen kontinuierlichen Daten und Daten von Stationen mit Terminablesungen (7, 14 und 19 Uhr) herzustellen. Die Zeitangaben bei den Klimadaten beziehen sich immer auf die mitteleuropäische Normalzeit. Die Sommerzeit wird nicht berücksichtigt. Da auch festgestellt werden muß, ob dieser statistische Zusammenhang in ganz Österreich gleich ist oder ob regionale Unterschiede auftreten (z. B. unterschiedliche Klimaregionen oder Seehöhenabhängigkeit etc.), muß dieser statistische Zusammenhang an möglichst vielen Stationen bestimmt werden. Dazu muß zuerst festgestellt werden, wie viele Daten notwendig sind um diesen statistischen Zusammenhang herzustellen. Als erstes haben wir die Station Wien Hohe Warte untersucht. Diese Station verfügt über eine kontinuierliche Messreihe mit sehr guten Temperatur- und Feuchtemessungen (Aspirationspsychrometer und Taupunktspiegel für die Luftfeuchte) seit 1959. 1991 erfolgte ein Stationswechsel wobei auch eine Umstellung der Messverfahren stattfand. Im Jahre 1991 liefen beide Stationen parallel. Wir haben uns daher entschlossen, den statistischen Zusammenhang zwischen kontinuierlichen Messdaten und den Terminablesungen aus der Zeitreihe 59 bis 91 (33 Jahre) zu berechnen und dann auf die Zeitreihe 1992 bis 1998 anzuwenden und anhand der gemessenen Daten zu testen. Aus der Literatur ist bekannt, daß ein linearer Zusammenhang zwischen den Terminwerten des Sättigungsdefizites und der Tages-SDS besteht. Für die Schätzung der Tages-SDS (0 – 24 h) hat sich gezeigt, daß das Mittel aus den drei Terminablesungen ein sehr gutes Ergebnis liefert (Abbildung 9 und 12). Wir haben auch versucht mittels multipler Regression der drei Terminwerte die Tages-SDS zu schätzen. Dies bringt jedoch keine nennenswerte Verbesserung, würde aber zusätzlich Schwierigkeiten bei der späteren Interpolation zu anderen Stationen verursachen. Das Bestimmtheitsmaß (R²) bei linearer Regression schwankte zwischen 0.942 und 0.966 bei den einzelnen Monaten, bei multipler Regression zwischen 0.945 und 0.969.

30

100

18.0

90 80 Regression für jedes Monat

70

14.0 12.0

Eine Regression für die Vegetationsperiode

60

10.0

Kumulativ (Monat)

50

Kumulativ (Vegetationsperiode)

40

8.0

4.0

20

2.0

10

0.0

0 7. 5 10 .0 12 .5 15 .0 17 .5 20 .0 22 .5 25 .0 27 .5 30 .0 32 .5 35 .0 37 .5 40 .0

30

5. 0

6.0

2. 5

Relative Häufigkeit [%]

16.0

Kumulative Häufigkeit [%]

20.0

Absolute Abweichung der Schätzung [hPa]

Abbildung 9: Relative Häufigkeit der Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme von der gemessenen SDS in Wien Hohe Warte. Dunkel: Regression berechnet für jedes Monat. Hell: Eine Regression für die gesamte Vegetationsperiode. Regression berechnet aus 33 Jahren (1959-1991), angewandt auf 7 Jahre (1992-1998). Getestet mit direkten Messungen. Daß die lineare Regression ein adäquates Mittel ist, die Tages-SDS aus den Terminablesungen zu schätzen, erkennt man auch daran, daß die dabei entstehenden Fehler zufällig sind und keinen funktionalen Zusammenhang aufweisen. Dies ist in Abbildung 10 dargestellt. Das Bestimmtheitsmaß (R2) für die Abweichung beträgt nur 0.06. Es besteht also kein statistischer Zusammenhang zwischen der Tages-SDS und der auftretenden Abweichung.

31

100 y = 0,0377x - 5,7311 R2 = 0,0638

80

Abweichung [hPa]

60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 0

100

200

300

400

500

600

Tagessättigungsdefizitsumme [hPa*h]

Abbildung 10: Zusammenhang zwischen Tages–SDS und dem durch die Schätzung mittels linearer Regression begangenen Fehler. Regression berechnet aus den Daten 1959 bis 91 und angewandt auf die Daten 1992 bis 98 für Wien Hohe Warte. Bei Verwendung von Regressionen für jedes Monat während der Vegetationsperiode (April bis Oktober) ergab sich ein mittlerer Fehler (Betrag der Differenz zwischen gemessener Tages-SDS und mittels Regression geschätzter Tages-SDS) von 10.6 hPa. Da die über die Vegetationsperiode gemittelte Tages-SDS 157.6 hPa beträgt, entspricht dies einem relativen Fehler von 6.7 %. Dies entspricht ungefähr der Messgenauigkeit des Sättigungsdefizites, da an Stationen mit Terminablesung die relative Luftfeuchtigkeit meist mit Haarhygrometer gemessen wird, die eine Genauigkeit von ± 5 % aufweisen. In Abbildung 9 und 10 erkennt man, daß der Mittelwert der Abweichung stark durch „Ausreißertage“ verschlechtert wird, an denen Abweichungen von über 60 hPa auftreten können. Ausreißertage sind solche Tage, die einen ungewöhnlichen Tagesgang des Sättigungdefizites aufweisen. In Abbildung 11 ist ein solcher Ausreißertag für den Feuerkogel dargestellt. Diese entstehen meist bei Schlechtwettereinbrüchen und sind daher für die Auswertung nicht relevant, da sie wenn man den Niederschlag mit berücksichtigt, nicht als Erntegelegenheit in Frage kommen. In der Häufigkeitsverteilung der Abweichungen (Abbildung 9) erkennt man, daß mehr als 60 Prozent der Fehler geringer sind als der mittlere Fehler. Verwendet man hingegen nur eine Regression für die gesamte Vegetationsperiode, so verschlechtert sich der mittlere Fehler geringfügig auf 11.1 hPa. Der Anteil sehr guter Schätzungen (Fehler geringer als 2.5 hPa) verringert sich jedoch von zirka 20 % bei den Monatsregressionen auf 15 %. Daher haben wir uns entschlossen mit Monatsregressionen weiter zu arbeiten. Um festzustellen, wie viele Jahre an Daten vorhanden sein müssen, damit eine stabile Regression erreicht wird, haben wir zuerst für jedes Jahr der Periode 59 bis 91 eine Regression für jedes Monat bestimmt und diese dann auf die Periode 92 bis 98 angewandt. Danach berechneten wir die Regression aus den Daten von zwei aufeinander folgenden Jahren, dann von 3 und 5 aufeinander folgenden Jahren. Dies ergab für die Perioden 1 Jahr, 2 Jahre und 3 Jahre je 31 verschiedene Regressionen für jedes Monat und für die Perioden 5 Jahre 29 Regressionen. Die Abweichungen all dieser Regressionen haben wir danach

32

statistisch untersucht (Mittel-, Extremwerte und Streuung der mittleren Abweichungen und der mittleren Streuung). 14

Sättigungsdefizit [hPa]

12 10 8 6 4 2 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 11: Tagesgang eines „Ausreißertages“ am Feuerkogel. Aus den Terminwerten 7, 14 und 19 Uhr kann hier die Tages-SDS nicht richtig geschätzt werden. Meteorologisch handelt es sich hier um das Ende einer Föhnperiode, wobei der Föhn zwischen 5 und 7 Uhr zusammenbricht und eine Schlechtwetterfront aufzieht. Solche „Ausreißertage“ verschlechtern zwar den Wert der mittleren Abweichung haben aber meist keine Relevanz für die Auswertung, da sie aufgrund des Niederschlages nicht für eine Erntegelegenheit in Frage kommen. In Abbildung 12 und 13 sind die Ergebnisse dieser Analyse dargestellt. Hat man nur ein Jahr an Daten zur Verfügung, so kann sich der mittlere Fehler bei der Schätzung um bis zu 2.5 hPa oder zirka 25 % gegenüber der Schätzung mit 33 jährigen Daten verschlechtern. Bei Verwendung von 2 Jahren verringert sich dieser Fehler auf 1.1 hPa oder rund 10%. Bei drei Jahren liegt dieser zusätzliche Fehler nur mehr bei 0.6 hPa oder rund 5 %. Bei 5 Jahren liegt der Fehler bei 0.5 hPa also auch bei zirka 5 %. Dies zeigt, daß schon bei Verwendung von 3 Jahren Daten der zusätzliche Fehler relativ gering wird und danach nur mehr eine langsame Verbesserung der Regression durch Verwendung längerer Datenreihen erreicht werden kann. Aber nicht nur der mittlere Fehler der Schätzung verschlechtert sich bei der Verwendung von kurzen Datenreihen, sondern auch die Streuung dieser Abweichung. Dies ist in Abbildung 13 dargestellt. Sie zeigt einen sehr ähnlichen Verlauf wie die mittlere Abweichung. Das selbe Analyseverfahren haben wir auch auf die Klimastation Feldkirch (Vorarlberg) angewandt. An dieser Station gibt es seit 1961 kontinuierliche Daten. Das Ergebnis ist sehr ähnlich dem in Wien, wobei in Feldkirch die mittlere Abweichung und die mittlere Streuung ein wenig größer ist als in Wien. Das ist nicht verwunderlich, da Feldkirch eine bekannte „Föhnstation“ ist. Die Ergebnisse sind in Abb. 14 und 15 dargestellt.

33

12.95

13.00

0.50 Mittelwert

11.61 11.46

Maximum

0.40

Standardabweichung

0.35

Langjähriger Mittelwert

0.30

11.10 10.98

11.00

0.25

10.96 10.83

10.80

10.70 10.54

10.50

10.50

10.50

0.20

Standardabweichung [hPa]

Mittlere Abweichung [hPa]

12.00

11.50

0.45

Minimum

12.50

0.15 10.00

0.10 1Jahr

2Jahre

3Jahre

5Jahre

Anzahl der verwendeten Jahre

Abbildung 12: Extreme und Mittelwert der mittleren Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, aus der Periode 1959 bis 1991 in Wien Hohe Warte. Angewandt auf 7 Jahre (1992-1998). Getestet mit direkten Messungen. 10.47

0.45

10.3 10.1 9.9 Streuung [hPa]

0.4

Mittelwert Minimum Maximum Langjähriger Mittelwert Standardabweichung

9.7

0.35 0.3 0.25

9.52

9.5 9.3

0.2

9.30 9.21 9.09

9.1

9.04

0.15

8.97 8.90

8.9 8.74

8.77

8.75

0.1 8.75

8.7

0.05

8.5

0 1Jahr

2Jahre

3Jahre

Standardabweichung der Streuung [hPa]

10.5

5Jahre

Anzahl der verwendeten Jahre

Abbildung 13: Extreme und Mittelwert der mittleren Streuung der Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, Periode 1959 bis 1991 in Wien Hohe Warte. Angewandt auf 7 Jahre (1992-1998). Getestet mit direkten Messungen.

34

12.50 Mittlere Abweichung [hPa]

12.14

12.00

11.78

0.55 Mittelwert Minimum 0.50 Maximum Langjähriges Mittel 0.45 Standardabweichung 11.52

0.40

11.50 11.18

11.10

0.35

11.02

11.00

10.87

10.79 10.68

0.30

10.58

10.41

10.50

0.25 10.00

Standardabweichung [hPa]

12.98

13.00

0.20

9.50

0.15

9.00

0.10 1Jahr

2Jahre

3Jahre

5Jahre

Anzahl der Jahre

Abbildung 14: Extreme und Mittelwert der mittleren Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, aus der Periode 1961 bis 1990 in Feldkirch (Vorarlberg). 13.00

12.50 11.99

Streuung [hPa]

12.00

Mittelwert Minimum Maximum Langjähriges Mittel Standardabweichung

0.60

0.50

11.74 0.40

11.50

11.45 11.33 11.12 11.01

0.30

11.00

10.91

10.50

10.41

10.40

10.40

0.20

Standardabweichung der Streuung [hPa]

12.79

10.25

10.00

0.10

1Jahr

2Jahre

3Jahre

5Jahre

Anzahl der Jahre

Abbildung 15: Extreme und Mittelwert der mittleren Streuung der Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, Periode 1961 bis 1990 in Feldkirch (Vorarlberg). Angewandt auf 7 Jahre (1992-1998). Getestet mit direkten Messungen.

35

Durch diese Auswertung wurde gezeigt, daß bereits Stationen mit einer Betriebsdauer von 3 Jahren zur Berechnung der linearen Regression herangezogen werden können. Das ermöglicht uns die Verwendung all jener kontinuierlichen Stationen die vor 1996 in Betrieb gingen. Wir werden alle diese Stationen zur Berechnung der Regressionen verwenden, da dadurch eine bessere räumliche Auflösung, insbesondere durch die Einbeziehung von Bergstationen, erreicht wird. Ob man für Österreich eine einzige Regression zur Bestimmung der Tages-SDS verwenden kann hängt davon ab, ob der statistische Zusammenhang zwischen Terminablesungen und Tages-SDS räumlich unabhängig ist. Damit dies der Fall ist, muß der relative Tagesgang des Sättigungdefizites, also jener Anteil, den jede einzelne Stunde zur Gesamttagessumme beiträgt, bei allen Stationen ungefähr gleich sein. Um dies abzuklären, haben wir für 9 Talbzw. Flachlandstationen und 8 Berg- bzw. Hügelstationen den mittleren Tagesgang des Sättigungsdefizites während der Vegetationsperiode bestimmt. Die Stationen wurden so gewählt, daß möglichst alle Regionen von Österreich erfaßt werden und aus jeder Region eine Berg- und eine Talstation vorkommen. Als erster Schritt wurde untersucht, ob der mittlere Tagesgang des Sättigungsdefizites einen Jahresgang aufweist. In Abbildung 16 und 17 sind die absoluten und relativen Tagesgänge für Wien dargestellt. Natürlich weist das absolute Sättigungsdefizit einen Jahresgang auf, da es stark temperaturabhängig ist. Das relative Sättigungsdefizit hingegen bleibt ziemlich konstant. Die maximale Schwankung beträgt zirka 1 %. Dies erklärt auch warum es keinen gravierenden Unterschied macht, ob man monatliche Regressionen verwendet oder eine für die gesamte Vegetationsperiode. 18 April absolut Mai absolut Juni absolut Juli absolut August absolut September absolut Oktober absolut Mittel absolut

16

Sättigungsdefizit [hPa]

14 12 10 8 6 4 2 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 16: Mittlerer Tagesgang des Sättigungsdefizites der einzelnen Monate während der Vegetationsperiode in Wien Hohe Warte. Um festzustellen, ob dies bei Bergstationen auch so ist, haben wir den Feuerkogel (die Bergstation mit der längsten Zeitreihe) verwendet. In Abbildung 18 sind die relativen

36

Sättigungsdefizite für den Feuerkogel dargestellt. Auch hier schwankt der mittlere Verlauf während der Vegetationsperiode nur schwach um zirka 1 Prozent. Daher haben wir bei den weiteren Untersuchungen nur mehr die mittleren Tagesgänge während der Vegetationsperiode verwendet, da die Schwankungen innerhalb der Vegetationsperiode sowohl im Flachland als auch im Gebirge gering sind. Bereits der Vergleich der Stationen Wien Hohe Warte und Feuerkogel zeigt einen klaren Unterschied im Tagesgang des Sättigungdefizites. Dieser unterschiedliche Tagesgang hat sich bei der Untersuchung der anderen Stationen bestätigt. Als Beispiel sind in Abbildung 19 und 20 die Stationen Graz und Schöckl bzw. Salzburg und St. Kolomann dargestellt.

9

Relatives Sättigungsdefizit [%]

8

April relativ Mai relativ Juni relativ August relativ September relativ Oktober relativ Mittel relativ Juli relativ

7 6 5 4 3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 17: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Sättigungsdefizitsumme für die einzelnen Monate und im Mittel über die Vegetationsperiode in Wien Hohe Warte.

37

6

Relatives Sättigungsdefizit [%]

5

4 April rel Mai rel Juni rel Juli rel Aug rel Sept. rel Okt.rel Mittel rel

3

2

1

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Uhrzeit

Abbildung 18: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Tagessättigungsdefizitsumme für die einzelnen Monate und im Mittel über die Vegetationsperiode am Feuerkogel. 10 9 Relatives Sättigungsdefizit [%]

8

Schöckl Graz

7 6 5 4

Verhältnis der Summe von 9 bis 18 Uhr zur Tagessumme. Graz: 72 % Schöckl: 53 %

3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 19: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode in Graz (Talstation) und am Schöckl (Bergstation).

38

10 9 Relatives Sättigungsdefizit [%]

8

St.Kolomann Salzburg

7 6 5 4

Verhältnis der Summe von 9 bis 18 Uhr zur Tagessumme. Salzburg: 72 % St. Kolomann: 51 %

3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 20: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode in Salzburg (Talstation) und St. Kolomann (Bergstation). In den Graphiken ist auch jener Anteil der Tages-SDS angegeben, der zwischen 9 und 18 Uhr gebildet wird. Es hat sich gezeigt, daß in den Berg- bzw. Hügelstationen der Anteil zirka 50 % beträgt, in den Tal bzw. Flachlandstationen beträgt er hingegen zirka 70 %. Die Auswertung aller Stationen ist in Abbildung 21 zusammengefaßt. Daß es sich bei diesem unterschiedlichen Tagesgang nicht um eine Höhenabhängigkeit handelt, kann anhand der beiden Stationen St. Kolomann und Mariapfarr demonstriert werden. St. Kolomann ist eine Hügelstation (1000 masl) in der Nähe von Salzburg. Mariapfarr ist eine Talstation im Lungau, obwohl sie auf 1153 masl, also höher als St. Kolomann liegt. Im Tagesgang verhält sich St. Kolomann wie eine typische Bergstation, Mariapfarr hingegen wie eine typische Talstation (Abbildung 22).

39

10

Relatives Sättigungsdefizit [%]

9 8 7 6 5 4 3 Rax relativ Mariapfarr Galzig Innsbruck Pörtschach Jauerling

2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

Wien relativ Schöckl Feldkirch Salzburg Feuerkogel Krems

St. Koloman Graz Patscherkofel Villacher Alpe Gmunden

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 21: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode (April - Oktober) an ausgewählten Hügelstationen (braun) und Talstationen (gelb) in Österreich. Wien Hohe Warte ist schwarz eingezeichnet, da diese Station einen nicht typischen Tagesgang für Talstationen aufweist, verursacht durch den Stadteffekt. 10

Relatives Sättigungsdefizit [%]

9 8 7 St.Kolomann Mariapfarr

6 5

Verhältnis der Summe von 9 bis 18 Uhr zur Tagessumme: Mariapfarr: 76 % St. Kolomann: 51 %

4 3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 22: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode (April - Oktober) in St. Kolomann (1000 masl) und Mariapfarr (1120 masl). St. Kolomann weist den typischen Tagesgang einer Bergstation, Mariapfarr hingegen den typischen Tagesgang einer Talstation auf.

40

Daß die Wertebereiche der Tagesgänge des Sättigungsdefizites an Schönwettertagen nicht grundlegend anders aussehen als die mittleren Tagesgänge der gesamten Vegetationsperiode, ist in Abbildung 23 dargestellt. Zum Vergleich ist auch der Tagesgang an der nächstgelegenen Talstation (Gmunden) dargestellt. Hier wurden von der Station Feuerkogel alle jene Tage ausgewählt, die eine Sonnenscheindauer von mehr als 14 Stunden aufwiesen. Diese Tage liegen sicher in stabilen Hochdrucklagen, da bereits eine geringe Labilität im Gebirge zu Quellwolkenbildung führt. Im Ganzen wurden 59 solcher Tage gefunden und daraus der mittlere Tagesgang des Sättigungsdefizites für Schönwettertage berechnet. Wie man in Abbildung 23 sieht, ist kein wesentlicher Unterschied zum Mittel aus allen Tagen festzustellen. Dadurch ist sichergestellt, daß auf Berg- bzw. Hügelstationen auch an den für die Erntegelegenheiten besonders wichtigen Schönwettertagen ein grundlegender Unterschied zu Tal- bzw. Flachlandstationen besteht. Feuerkogel abs. Schönwetter Feuerkogel abs. Mittel Gmunden rel. Mittel Feuerkogel rel. Schönwetter Feuerkogel rel. Mittel

9

Sättigungsdefizit [hPa]

8

10 9 8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3 Mittlere Tagessättigungsdefizitsumme am Feuerkogel: Gesamte Vegetationsperiode: 62.4 hPa An Schönwettertagen (Sonnenscheindauer >14 h;n=59):161.0 hPa

2 1 0

Relativer Anteil [%]

10

2 1 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit

Abbildung 23: Der Tagesgang des Sättigungsdefizites (absolut und relativ) am Feuerkogel im Mittel über die Vegetationsperiode und als Mittel von 59 Schönwettertagen (Sonnenscheindauer größer als 14 Stunden). Dieser unterschiedliche Tagesgang des Sättigungsdefizites in unterschiedlichen topologischen Klassen ist meteorologisch erklärbar. In Tälern und im Flachland bilden sich in der Nacht häufig Inversionen (Kaltluftseen) aus. Dies kommt besonders während stabiler und gradientschwacher Schönwetterperioden vor. Bei diesen nächtlichen Inversionen kommt es über dem Boden zu einer Temperaturumkehr, die einige hundert Meter hoch reichen kann. Diese extrem stabile Schichtung der Inversion führt dazu, daß kein Wind zum Boden vordringt. Dadurch kann auch keine warme Luft aus der freien Troposphäre herunter gemischt werden. Durch die nächtliche Ausstrahlung kühlt der Boden im Kaltluftsee immer weiter ab, bis die Taupunkttemperatur unterschritten wird und die Taubildung beginnt. Diese nächtliche Inversion wird erst am folgenden Tag durch die Sonnenstrahlung wieder aufgelöst. Befinden sich nun Gebiete über dieser nächtlichen Inversion, dafür reichen im Sommer meist schon Hügel, die um einige hundert Meter über dem umliegenden Land liegen, so wird dem Boden während der ganzen Nacht durch den Wind aus der wärmeren freien Troposphäre Wärme

41

zugeführt. Die sich am Boden abkühlende Luft fließt, da sie schwerer ist, in die Täler ab. Dadurch kühlen die Gebiete, die über der nächtlichen Inversion liegen nicht so stark ab wie die Talgebiete. Der Taupunkt wird oft nicht unterschritten, wodurch auch keine Taubildung stattfindet. Durch den Wind und das in der Nacht vorhandene Sättigungsdefizit kann hier auch in der Nacht eine Abtrocknung des Erntegutes stattfinden. Auf jeden Fall ist die Wiederanfeuchtung durch Tau gegenüber den Tal- und Flachlandbereichen stark vermindert. Verwendet man eine Regression, die an einer Flachlandstation berechnet wurde für eine Bergbzw. Hügelstation, so unterschätzt man die SDS systematisch. Wir haben für die Station Feuerkogel die Fehler der Schätzung der Tages-SDS, einmal geschätzt mit der Regression vom Feuerkogel selbst, danach mit der Regression berechnet an der nächstgelegenen Talstation (Gmunden) und mit der Regression berechnet an einer nahe gelegenen Bergstation (Jauerling), verglichen. Der Verlauf dieser Fehler ist in Abbildung 24 dargestellt. Für die Schätzung ergab sich ein mittlerer Betrag des Fehlers von 7.4 hPa oder relativ 11.7 % für den Feuerkogel selbst und nur eine geringfügige Verschlechterung bei der Verwendung der Regression vom Jauerling auf 7.6 hPa (11.9 %). Dabei schwankten diese Abweichungen gleichmäßig um den Nullpunkt. Bei Verwendung der Regression von Gmunden betrug der mittlere Betrag des Fehlers jedoch 11.8 hPa (18.3 %) wobei die Tages-SDS im Mittel um 5 hPa oder 7.9 % unterschätzt wurde. Mittelwert: Feuerkogel: -0.10 hPa Jauerling: -0.12 hPa Gmunden: 5.02 hPa Mittlerer Betrag der Abweichung: Feuerkogel: 7.43 hPa Jauerling: 7.55 hPa Gmunden:11.6 hPa

35 30

Abweichung [hPa]

25 20 15

Feuerkogel Gmunden Jauerling

10 5 0 -5 -10 4

4

4

4

5

5

5

5

6

6

6

6

7

7

7

7

8

8

8

8

9

9

9

9 10 10 10

Monat

Abbildung 24: Vergleich der durch Schätzung der Tagessättigungsdefizitsumme entstehenden Fehler am Feuerkogel bei Verwendung der Regression vom Feuerkogel, der nächstgelegenen Talstation (Gmunden) und einer nahe gelegenen Bergstation (Jauerling) Parametrisiert man an Berg bzw. Hügelstationen die Tauabtrocknung dadurch, daß man nur die Werte zwischen 9 und 18 Uhr zur Berechnung der Tages-SDS verwendet, so vernachlässigt man zirka 50 % der tatsächlichen Tages-SDS. Oder anders dargestellt, man nimmt an, daß die Hälfte der Tages-SDS in diesen Lagen für die Tauabtrocknung notwendig

42

ist, wobei es aber gerade in diesen Lagen zu einer stark reduzierten oder gar keiner Taubildung während der Nacht kommt. Um die Ungenauigkeiten, die durch die Verwendung von nur einer Regression für Berg- und Talregionen und der einheitlichen Parametrisierung der Tauabtrocknung bei der Berechnung der Tages-SDS entstehen, zu korrigieren, führte Luder eine Seehöhenabhängigkeit für die Schwellenwerte der für eine Erntegelegenheit benötigten SDS ein. LUDER (1982) rechtfertigt dies durch eine Zunahme der Sonnenstrahlung mit der Höhe, räumt aber ein, daß auch andere Ursachen wie Hanglage, Exposition, geringere Taubildung und mehr Wind im Gebirge dazu beitragen, diese aber schwer zu quantifizieren sind. Es stimmt zwar, daß die Globalstrahlung bei wolkenlosen Bedingungen mit der Höhe in der Größenordnung von zirka 10 % pro 1000 m zunimmt. Für die Tagessummen der Globalstrahlung trifft dies jedoch nicht zu, da im Bergland die relative Sonnenscheindauer aufgrund der konvektiven Bewölkung geringer ist als im Flachland. In Abbildung 25 ist die mittlere monatliche relative Sonnenscheindauer für Graz (Talstation) und den Schöckl (Bergstation) während der Vegetationsperiode dargestellt. Am Schöckl ist die relative Sonnenscheindauer außer im Herbst um mehr als 5 % gegenüber Graz reduziert. Erst im Oktober mit Einsetzen der Frühnebel im Flachland drehen sich die Verhältnisse um. Eine sorgfältige Analyse der Globalstrahlung für Österreich wurde von SCHEIFINGER (1998) durchgeführt. Er kommt dabei zu dem Ergebnis, daß die Höhenabhängigkeit der Globalstrahlung höchst nichtlinear ist und einen ausgeprägten Jahresgang aufweist. Im Sommer bleibt die Globalstrahlung eher konstant mit der Höhe oder nimmt sogar ab und nur im Winter ist eine Zunahme mit der Höhe zu beobachten. In Abbildung 26 und 28 sind die Transmissivität und die Höhenabhängigkeit für Mai und in Abbildung 27 und 28 jene für August wiedergegeben. Die Transmissivität gibt die Durchlässigkeit der Atmosphäre für die Globalstrahlung an. Multipliziert man sie mit der Solarkonstante des Monats, bekommt man die mittlere Monatssumme an Globalstrahlung.

60 Schöckl Graz Relative Sonnenscheindauer [%]

55 Graz: 30 Jahre Schöckl: 25 Jahre 50

45

40

35

30 April

Mai

Juni

Juli

August

September

Oktober

Monat

Abbildung 25: Langjähriger Monatsmittelwert der relativen Sonnenscheindauer in Graz und am Schöckl während der Vegetationsperiode.

43

Abbildung 26: Mittlere monatliche Transmissivität der Globalstrahlung im Mai in Österreich (SCHEIFINGER 1998). Die Transmissivität ist direkt proportional der mittleren Monatssumme der Globalstrahlung.

Abbildung 27: Mittlere monatliche Transmissivität der Globalstrahlung im August in Österreich (SCHEIFINGER 1998). Die Transmissivität ist direkt proportional der mittleren Monatssumme der Globalstrahlung.

44

Abbildung 28: Höhenabhängigkeit der Transmissivität für die Monate Mai und August in Österreich (SCHEIFINGER 1998). Die Transmissivität ist der Globalstrahlung direkt proportional. Im Mai gibt es in den ersten 1000 m eine leichte Abnahme der Globalstrahlung und erst darüber eine Zunahme. Im August erfolgt in den ersten 1000 m eine leichte Abnahme und danach bleibt die Globalstrahlung konstant.

45

5.2

Schlußfolgerungen aus der Analyse österreichischer Klimadaten

Bei Abtrocknungsversuchen in der Schweiz stellte LUDER (1982) fest, daß das Schnittgut in Höhenlagen weniger SDS (berechnet zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr) zum Trocknen benötigte als in Tallagen. Er führte dies vor allem auf die höhere Strahlungsintensität im Berggebiet zurück. LUDER (1982) selbst schließt aber auch nicht aus, daß geringerer Taufall und Auftreten von Wind insbesondere auf Kuppenlagen für das schnellere Abtrocknen des Schnittgutes im Berggebiet verantwortlich sein könnten. Die Korrektur der Schwellenwerte mittels Definition einer linearen Höhenabhängigkeit begründete er damit, daß der erforderliche Aufwand für zusätzliche Verfeinerungen nur einen geringen Einfluß auf das Endergebnis der Auswertung gehabt hätte. Die Auswertung der österreichischen Klimadaten hat gezeigt, daß ein bedeutender Unterschied im Tagesverlauf der SD zwischen Tal- und Bergstationen besteht. In Talstationen werden im Mittel etwa 70% der Tages-SDS zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr erreicht, während an Bergstationen im gleichen Zeitraum nur 50% der Tages SDS erreicht werden. Es hat sich auch gezeigt, daß dieser Unterschied nicht von der Höhenlage abhängig ist, sondern vielmehr mit der Topologie zusammenhängt. Als Beispiel wurden die Stationen St. Kolomann und Mariapfarr verglichen. St. Kolomann, das sich wie eine Bergstation verhält, liegt auf 1000 masl auf einer Kuppe, Mariapfarr, das sich wie eine Talstation verhält, liegt hingegen auf 1153 masl in einem hochalpinen Becken. Es ist davon auszugehen, daß die raschere Abtrocknung in der Höhe dadurch begründet ist, daß es in Höhenlagen in der Nacht weniger häufig zu Taufall und somit zur Wiederanfeuchtung des Schnittgutes kommt, als in Tallagen. Die geringere Taufallhäufigkeit in Höhenlagen zeigt auch eine Studie von CEHAK (1977), in der die Tage mit Tau und Reif in Österreich untersucht wurden. Durch das verstärkte Windaufkommen auf Kuppen und in taufreien Nächten kann es zusätzlich zu einer weiteren Abtrocknung, vor allem bei frischem Schnittgut kommen. Zudem zeigte eine Studie von SCHEIFINGER (1998), daß die Globalstrahlung nicht linear mit der Höhe zunimmt und somit die schnellere Abtrocknung in Höhenlagen nicht ausreichend mit der Zunahme der Strahlungsintensität erklärt werden kann. Aufgrund dieser Überlegungen war es nötig, das Modell nach LUDER (1982) für die Berechnung der Erntegelegenheiten in Österreich leicht zu modifizieren. Durch die unterschiedlichen Tagesverläufe der SD im Tal- und Berggebiet konnte keine einheitliche Regression zur Schätzung der Tages-SDS für das gesamte Bundesgebiet verwendet werden. Bei der Anwendung einer Regressionsgleichung einer Talstation auf eine Bergstation würden dadurch die Tages-SDS der Bergstation systematisch unterschätzt. Da sich gezeigt hat, daß bereits Wetterstationen mit 3-jährigen kontinuierlichen Messreihen eine stabile Regression zur Schätzung der Tages-SDS aus den Terminablesungen liefern, wurden für alle Wetterstationen, die mindestens 3 Jahre kontinuierliche Aufzeichnungen aufweisen, eigene Regressionen gerechnet. An Stationen, die weniger als 3 Jahre kontinuierlich aufzeichnen, wurde die Tages-SDS mittels Regressionen der nächstgelegenen Stationen aus der selben topologischen Klasse berechnet. Die Tages-SDS wurde in unserem Modell aus den Sättigungsdefiziten von 01:00 Uhr bis 24:00 Uhr gebildet. Damit sollte berücksichtigt werden, daß im Berggebiet bis zu 50 % der Tages-SDS zwischen 18:00 Uhr und 09:00 Uhr auftreten können. Wenn jedoch in der Nacht Taufall auftritt, kommt es zu einer Anfeuchtung des Trocknungsgutes, welches am Morgen zuerst wieder abtrocknen muß. In Nächten, in denen Taufall auftritt, muß dieser Umstand deshalb berücksichtigt werden. Weiters mußten die Schwellenwerte von LUDER (1982) für unsere Methode modifiziert werden, da er in seinen Versuchen zur Bestimmung der Schwellenwerte ebenfalls nur die Zeit zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr berücksichtigte. Da wenige Untersuchungen zur Dauer und zur Intensität von Taufall in der Literatur

46

dokumentiert sind, wurden im Rahmen dieses Projektes auch zwei Feldversuche an der Bundesanstalt für Alpenländische Landwirtschaft in Gumpenstein zur Messung der Dauer und der Taufallmenge sowie der zur Wiederabtrocknung benötigten SDS durchgeführt. Diese Feldversuche und die Ableitung einer eigenen Tauparametrisierung sowie die Anpassung der Schwellenwerte nach LUDER (1982) an unser Modell werden im folgenden Kapitel eingehender beschrieben. Durch die Verwendung aller Sättigungsdefizite zur Berechnung der Tages-SDS, durch die Tauparametrisierung und durch die Verwendung eigener Regressionen für alle Klimastationen sollen die unterschiedlichen Bedingungen an Tal- und Bergstationen wiedergegeben werden. Dadurch wird das schnellere Abtrocknen des Schnittgutes in Berglagen berücksichtigt. Dieses Verfahren scheint uns die regionalen Verhältnisse in Österreich objektiv besser wiederzugeben, als die Anwendung der linearen Höhenabhängigkeit, die anhand der schweizer Klimaverhältnisse abgeleitet wurde.

47

6. Modifizierung des Modells nach Luder für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage in Österreich Wie in Kapitel 5 bereits erläutert wurde, entschlossen wir uns aufgrund der Ergebnisse der Klimadatenanalyse das Modell nach LUDER (1982) für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage in Österreich zu modifizieren, um den speziellen Verhältnissen in Österreich besser gerecht zu werden. Für die Entwicklung eines Schemas zur Tauparametrisierung und für die Anpassung der Schwellenwerte war die Durchführung eigener Abtrocknungsversuche nötig. Diese wurden in Zusammenarbeit mit der BAL-Gumpenstein durchgeführt.

6.1 Abtrocknungsversuche in Gumpenstein Ziel unserer Untersuchungen war es, festzustellen, welchen Einfluß der Taufall auf die Abtrocknung von Heu hat und wie dieser Einfluß aus den Standarddaten der österreichischen Klimastationen parametrisiert werden kann. Zu diesem Zweck wurden einerseits alle relevanten meteorologischen Parameter direkt auf dem Versuchsfeld gemessen, andererseits aber auch Wiegungen von Heuproben durchgeführt, um die Zeitdauer und die Menge des Taufalles zu quantifizieren.

6.1.1 Material und Methode 6.1.1.1 Standort Die Abtrocknungsversuche wurden von 26. – 28. Mai (1. Schnitt) bzw. 19. – 21. Juli 1999 (2. Schnitt) im Rahmen eines Mähversuches auf den Versuchsflächen der BAL-Gumpenstein in Irdning durchgeführt. Die Versuchsflächen befinden sich auf der Talsohle des Ennstales in ca. 640 maSl in unmittelbarer Nähe zur Enns und zur Irdning. Das Ennstal ist in diesem Bereich Ost-West orientiert, daher war Abschattung nur am frühen Morgen und am Abend vorhanden. In Gumpenstein befindet sich eine Klimastation der ZAMG. Dies ermöglichte den Vergleich der im Feld gemessenen Daten mit den Standardklimadaten. Die Klimastation befindet sich ca. 1 km Luftlinie von den Versuchsflächen entfernt auf einer Kuppe ca. 70 Höhenmeter über dem Talgrund. Durch die Nähe dieser Klimastation sind die Meßdaten sehr gut vergleichbar. Nur in den Nachtstunden treten größere Differenzen in der Minimumstemperatur und der relativen Luftfeuchte auf. Dies kann durch die unmittelbare Nähe der Versuchsflächen zu den beiden Flüssen (Feuchtequellen) und der unterschiedlichen topologischen Lage erklärt werden (seichte Kaltluftseen). Wir konnten bei beiden Versuchen feststellen, daß sich über den Versuchsflächen in den Morgenstunden ein ca. 2 m hoher Bodennebel bildete. 6.1.1.2 Versuchsanlage Die Abtrocknungsversuche wurden auf der etwa 1,7 ha großen Stegerwiese in Irdning durchgeführt. Auf der Wiese wurden vier Großparzellen mit einer Größe von je 2.300 m2 und 16 Kleinparzellen mit einer Größe von je 12 m2 ausgemessen. Für unsere Untersuchungen zum Abtrocknungsverlauf und für die Taumessungen waren die Großparzellen sowie die Kleinparzellen 1a und 2a entscheidend. Der Futterertrag betrug auf den Großparzellen im Mai durchschnittlich 29 dt TM/ha und im Juli 25 dt TM/ha. Auf den Kleinparzellen lag der Futterertrag im Mai bei 34 dt TM/ha und im Juli bei 33 dt TM/ha. Die Bonitur der Wechselwiese vor dem Mähversuch ergab im Mai einen Flächendeckungsgrad von 72 % bei den Gräsern, 39 % bei den Leguminosen und 15 % bei

48

den Kräutern, die Gesamtdeckung betrug somit im Mai 126%. Im Juli betrug der Flächendeckungsgrad der Gräser 70%, der Leguminosen 47% und der Kräuter 16%. Dies ergibt eine Gesamtdeckung von 132 %. Die BAL-Gumpenstein wollte mit diesem Mähversuch den Einfluß der Aufbereitung und der Wendehäufigkeit auf den Abtrocknungsverlauf, die Silier- und Lagereigenschaften sowie auf den Futterwert untersuchen. Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Schnitt wurden jeweils 2 Großparzellen mit und 2 ohne Aufbereiter gemäht. Bei den Kleinparzellen wurde Parzelle 1a mit Aufbereiter und Parzelle 2a ohne Aufbereiter gemäht. Großparzelle 2 und 3 wurden gleich oft gewendet, Parzelle 1 einmal weniger und Parzelle 4 einmal öfter als die Parzellen 2 und 3. Beim ersten Schnitt im Mai wurden pro Großparzelle zudem 3 verschiedene Trocknungsstufen getestet: Anwelksilage (35 % TS), Belüftungsheu (60 % TS) und Bodentrocknungsheu (80 % TS). Beim 2. Schnitt im Juli gab es pro Großparzelle nur noch die zwei Varianten Belüftungsheu und Bodentrocknungsheu.

6.1.1.3 Versuchsablauf Die Großparzellen für den ersten Abtrocknungsversuch von 26. bis 28. Mai wurden um etwa 10:00 gemäht. Die Anwelksilage wurde am ersten Tag zwischen 14:00 Uhr und 15:00 Uhr eingebracht. Das Belüftungsheu wurde am 2. Tag zwischen 11:00 Uhr und 12:00 Uhr eingebracht. Aufgrund des zu erwartenden Schlechtwettereinbruches wurde auch der Rest bereits am 2. Versuchstag um etwa 16:00 Uhr eingeführt, obwohl er für Bodentrocknungsheu noch einen zu hohen Restfeuchtegehalt hatte. Für den zweiten Abtrocknungsversuch von 19. – 21. Juli wurden die Großparzellen um etwa 10:30 Uhr gemäht. Das Belüftungsheu wurde am 2. Tag zwischen 11:30 Uhr und 12:30 Uhr, das Bodentrocknungsheu um etwa 17:00 Uhr eingeführt. Die Probenahme für die Bestimmung der TS-Gehalte wurde mit einem Probenbohrer durchgeführt. Die Probenahme erfolgte beim ersten Mähversuch stündlich, beim zweiten Mähversuch im Juli alle 2 Stunden. Für die TS-Bestimmung wurde das Schnittgut im Trockenschrank bei 50° C bis auf einen Restfeuchtegehalt von 17 % im Mai bzw. 10 % im Juli getrocknet. Die Kleinparzellen wurden am 26. Mai und am 19. Juli um etwa 10:00 gemäht. Die Parzellengewichte auf den Kleinparzellen wurden alle 3 Stunden bestimmt. Dazu wurde das Futter jeder Kleinparzelle auf einen Haufen gesammelt, dieser wurde auf eine Plastikplane gebracht, mit einer digitalen Feldwaage gewogen und anschließend wieder über die gesamte Parzellengröße verstreut. 6.1.1.4 Bestimmung der meteorologischen Parameter Zur Bestimmung der Sättigungsdefizitsumme (SDS), die zur Trocknung von Schnittgut auf einen bestimmten Trockensubstanzgehalt gebraucht wird, ist es nötig, die Parameter Temperatur und Luftfeuchte kontinuierlich zu erfassen. Dazu wurde auf der Versuchswiese eine meteorologische Messstation aufgebaut. Folgende Parameter wurden gemessen: Temperatur, Luftfeuchte (beide bodennah sowie in 2 m Höhe), Wind und Globalstrahlung. Die Bestimmung der genannten meteorologischen Parameter vor Ort war auch nötig, um einen Vergleich zur nächstgelegenen meteorologischen Messtation in Gumpenstein zu erhalten. Die Bedingungen unter denen in Wetterstationen gemessen wird, sind standardisiert und nicht direkt mit den Bedingungen am Feld gleichzusetzen. Beschreibung der Messstation: Die Messstation war so ausgerichtet, daß Temperatur und Luftfeuchte in zwei Niveaus (2 m, 20 cm) redundant gemessen wurden, um etwaige Messausfälle abzufangen, aber auch um verschiedene Meßsysteme zu vergleichen. In 2 m Höhe wurde die Temperatur und

49

Luftfeuchte einerseits mit einem Vaisala Humicap Temperatur- und Feuchtesensor in einem Strahlungsschutz, andererseits mit einem Taupunktspiegel der Firma Kroneis gemessen. In 20 cm Höhe wurde die Temperatur und Luftfeuchte wieder mit denselben Vaisala Sensoren und zusätzlich mit einem Aspirationspsychrometer der Firma Kroneis gemessen. In 2 m Höhe wurde außerdem die Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie die Strahlungsbilanz und die Globalstrahlung gemessen. Am Boden wurde beide Male der Bodenwärmefluß gemessen. Im Juli wurde zusätzlich auch die Bodenoberflächentemperatur mittels Infrarotthermometer (Exergen IRT/c) gemessen. Die Datenaufzeichnung erfolgte mit einem Campbell CR10 Datenlogger, wobei alle 10 Sekunden eine Messung erfolgte und daraus 5 MinutenMittelwerte berechnet und abgespeichert wurden. Alle Zeitangaben der Daten sowie generell alle Zeitangaben in dieser Arbeit beziehen sich auf die mitteleuropäische Normalzeit. Die Sommerzeit wird nicht berücksichtigt.

Messung des Taufalls Zur Bestimmung des Taufalles und der Taumenge wurde auf einer Styrodur – Platte mit einer Fläche von 0.75 m² eine Heuprobe aufgetragen und das Gewicht dieser Platte mit einer Waage (Sartorius; Messgenauigkeit 0.1 g) gewogen. Diese Wiegungen erfolgten ab etwa 19:00 Uhr alle 20 bis 25 Minuten. Als Beginn des Taufalles gilt jener Zeitpunkt, ab dem das Gewicht der Heuprobe wieder anzusteigen beginnt. Das gleiche wurde am Morgen ab etwa 05:00 Uhr solange durchgeführt, bis die Heuprobe wieder jenes Gewicht angenommen hatte, welches sie am Abend vor Beginn des Taufalls hatte. Der Zeitraum dazwischen kann als nicht trocknungswirksam bezeichnet werden und wird für die spätere Taukorrektur von Bedeutung sein. Die Verwendung einer Styrodurplatte als Unterlage für die Heuprobe hat allerdings den Nachteil, daß sie die Austauschvorgänge zwischen Heu und Bodenoberfläche, die unter natürlichen Bedingungen ablaufen, unterbindet. 6.1.1.5 Berechnung der SDS Das isotherme Sättigungsdefizit wird durch die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur bestimmt. Es handelt sich um das potentielle Wasseraufnahmevermögen der Luft bis sie vollständig mit Dampf gesättigt ist. Die effektive Trocknungsleistung liegt allerdings unter dem potentiellen Wasseraufnahmevermögen der Luft. Das SD wird in der vorliegenden Arbeit als Differenz zwischen dem aktuellen Dampfdruck (e) und dem gesättigten Dampfdruck (es) berechnet. Aus den kontinuierlichen Aufzeichnungen von Temperatur und relativer Luftfeuchte, die während der Versuche in Gumpenstein gemacht wurden, erfolgte die Berechnung des Sättigungsdampfdruckes (es) mit der Formel von Goff-Gratch. Die Differenz aus dem Sättigungsdampfdruck und dem aktuellen Dampfdruck ergibt das Sättigungsdefizit in hPa. Dieses wurde mittels der Gasgleichung für Wasserdampf in gm-3 umgerechnet. Für die Berechnung der Sättigungsdefizitsummen wurden jeweils die zur vollen Stunde gemessenen Sättigungsdefizite über die gesamte Versuchsdauer aufsummiert. Dies entspricht der Vorgangsweise in den meteorologischen Stationen.

6.1.2 Ergebnisse und Diskussion 6.1.2.1 Verlauf der Sättigungsdefizite während der Abtrocknungsversuche Der Tagesverlauf der Sättigungsdefizite von 26. – 28. Mai ist in Abbildung 29 dargestellt. Die Sättigungsdefizitsumme hängt vor allem von der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit ab. Am 26. Mai betrug das maximale Sättigungsdefizit nur 14 gm-3 während es am Tag darauf bei 21 gm-3 lag. Im Vergleich dazu erreichten die Sättigungsdefizite an der Wetterstation an den beiden Tagen 17 bzw. 19 gm-3. Dies läßt sich dadurch erklären, daß am 50

26. Mai am Versuchsstandort eine viel höhere relative Luftfeuchtigkeit gemessen wurde als am 27. Mai. Gleichzeitig war die Temperatur am 26. Mai niedriger als am 27. Mai. Auch fällt auf, daß die Sättigungsdefizite am Versuchsstandort in der Nacht den Wert 0 erreichen, während an der Wetterstation Gumpenstein auch in der Nacht Sättigungsdefizite berechnet werden konnten. 25

SD ZAMG-Station (Mai) Sättigungsdefizit [g/m-3]

20

SD Feld (Mai)

15

10

5

0 1:00

5:00

9:00

13:00

17:00

21:00

1:00

5:00

9:00

13:00

17:00

21:00

1:00

5:00

9:00

Uhrzeit

Abbildung 29: Tagesverlauf der Sättigungsdefizite von 26. – 28. Mai 1999 in Gumpenstein.

40

SD ZAMG-Station (Juli) SD Feld (Juli) SD Feld unten (Juli)

Sättigungsdefizit [gm-3]

32

24

16

8

0 1:00

5:00

9:00

13:00

17:00

21:00

1:00

5:00

9:00

13:00

17:00

21:00

1:00

5:00

9:00

Uhrzeit

Abbildung 30: Tagesverlauf der Sättigungsdefizite von 19. – 21. Juli 1999 in Gumpenstein. Da beim Versuch im Juli am Versuchsstandort auch die Luftfeuchte in Bodennähe gemessen wurde, sind für den Zeitraum von 19. – 21. Juli vergleichsweise drei Tagesverläufe von Sättigungsdefiziten dargestellt: am Versuchsstandort direkt über der Bodenoberfläche, in 2 m Höhe und an der Wetterstation Gumpenstein (Abbildung 30). Die Sättigungsdefizite knapp über der Bodenoberfläche weisen die größten Schwankungen auf und erreichen tagsüber Maximalwerte, die um bis zu 10 gm-3 höher sind als die Sättigungsdefizite in 2 m Höhe und an der Wetterstation in Gumpenstein. Auch im Juli sank das Sättigungsdefizit am Standort der Wetterstation im Vergleich zum Versuchsstandort in der Nacht nicht auf Null. 51

Abbildung 31 zeigt die unterschiedlichen Tagesverläufe der Sättigungsdefizite während des Versuchszeitraumes im Mai und im Juli. Während im Juli die beiden Tage ähnliche Verläufe der Sättigungsdefizite aufweisen, besteht im Mai ein großer Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Trocknungstag, der bereits oben beschrieben wurde. Es muß hinzugefügt werden, daß es sowohl im Mai als auch im Juli zu Taufall kam, die Sättigungsdefizite im Juli sanken in der Nacht nicht ganz auf Null, lagen aber zwischen 0 und 1 gm-3.

25

SD Feld (Juli) Sättigungsdefizit [gm-3]

20

SD Feld (Mai) 15

10

5

0 1:00

5:00

9:00

13:00

17:00

21:00

1:00

5:00

9:00

13:00

17:00

21:00

1:00

5:00

9:00

Uhrzeit

Abbildung 31 : Vergleich der Sättigungsdefizite bei den Abtrocknungsversuchen im Mai und im Juli 1999.

6.1.2.2 Abtrocknungsverhalten der Proben Tabelle 7: Anfangs- und Endtrockensubstanzgehalte von Bodenheu im Mai und im Juli.

Parzelle GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 KP 1a KP 2a

Anfangswert TS Ft % % 201 413 221 361 2011 405 181 445 19 421 16 510

Mai Endwert TS % 63 65 60 52 92 75

Ft % 60 54 67 94 9 34

Trocknungsdauer h 29 29 29 29 50 50

Anfangswert TS Ft % % 17 478 19 432 19 429 19 433 18 446 19 441

Juli Endwert TS % 77 82 82 81 94 93

Ft % 29 23 22 23 7 7

Trocknungsdauer h 30 30 30 30 31 31

Die Ergebnisse der TS-Bestimmung im Mai und im Juli sind in Tabelle 7 dargestellt. Vergleicht man die Ergebnisse der beiden Abtrocknungsversuche im Mai und im Juli miteinander, so ergibt sich ein ähnliches Bild. Der Ausgangstrockensubstanzgehalt des Schnittgutes war im Mai höher, da die erste Probenahme für die TS-Bestimmung auf den Großparzellen im Mai erst 2 Stunden nach dem Schnitt erfolgte. Der eigentliche Ausgangs1

Erste TS-Bestimmung auf den Großparzellen im Mai erst 2 Stunden nach dem Schnitt

52

TS-Gehalt dürfte einige Prozent niedriger gewesen sein. Aus der Tabelle geht auch hervor, daß die Restfeuchte bei der Einfuhr des ersten Schnittes im Mai für Bodentrocknungsheu zu groß war. Bereits in der Versuchsbeschreibung wurde darauf hingewiesen, daß das Heu im Mai wegen zu erwartender Schlechtwetterlage frühzeitig eingeführt werden mußte.

Feuchtegehalt bez. auf TM [%]

500

mit Aufbereiter mit Aufbereiter ohne Aufbereiter ohne Aufbereiter

400

300

200

100

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

h nach dem Mähen

Abbildung 32: Veränderung des Feuchtegehaltes auf den Großparzellen während des zweiten Abtrocknungsversuches (19.-21. Juli). Um den Abtrocknungsverlauf von Trocknungsgütern darzustellen, wird üblicherweise der Wassergehalt über die Zeit aufgetragen. Der Wassergehalt wird in % der FutterTrockenmasse angegeben, da diese im Laufe der Abtrocknung konstant bleibt. In Abbildung 32 ist der Abtrocknungsverlauf auf den Großparzellen für Juli exemplarisch dargestellt. Der Feuchtegehalt des Schnittgutes fällt während des ersten Tages bis zum Abend kontinuierlich ab und beträgt um 19:00 Uhr im Mittel 92 %. Während der Nacht kommt es, bedingt durch den Taufall, wieder zu einem Ansteigen des Ft-Gehaltes auf 149 % (05:30 Uhr). Erst nach der Tauabtrocknung beginnt der Feuchtegehalt wieder zu sinken. Grundsätzlich ergaben sich auch Unterschiede in der Ausprägung der einzelnen Varianten mit und ohne Aufbereiter und unterschiedlicher Wendehäufigkeit. Da dies aber für unsere Fragestellung nicht relevant ist, soll im weiteren nicht darauf eingegangen werden. Setzt man die gemessenen Ft-Gehalte der Proben nun mit den Sättigungsdefizitsummen in Beziehung, erhält man eine Abtrocknungskurve. Da der Einfluß unterschiedlicher Futteraufbereitungsvarianten nicht Gegenstand dieser Arbeit ist, wurden für die 4 Großparzellen und die 2 Kleinparzellen jeweils die mittleren Ft-Gehalte als Bezugspunkte genommen. Die Abbildung 33 zeigt die Abtrocknungskurven für Juli. Im Juli konnten sowohl die Groß- als auch die Kleinparzellen als Bodenheu eingeführt werden. Die dafür benötigte SDS betrug für die Großparzellen 234 gm-3*h und für die Kleinparzellen 205 gm-3*h.

53

Feuchtegehalt bez. auf TM [%]

500

400

Ft GP 300

Ft KP

200

100

0 0

50

100

150

200

250

300

Sättigungsdefizitsumme [gm-3h]

Abbildung 33: Verlauf der Abtrocknungskurve auf den Groß- bzw. Kleinparzellen: 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999. Die Kleinparzellen trockneten im Juli also schneller ab, als die Großparzellen. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, daß die Kleinparzellen durch die 3 stündigen Wiegungen öfter gewendet wurden. Zusätzlich sind bei den Kleinparzellen sicher auch Randeffekte aufgetreten. Die Kleinparzellen waren durch heufreie Flächen von einander abgegrenzt. Für die Erstellung der Abtrocknungskurven in Abbildung 33 wurden alle während des Versuchszeitraumes gemessenen SD herangezogen, auch die während der Nachtstunden, in denen aufgrund des Taufalles keine Abtrocknung sondern eine Wiederbefeuchtung des Trocknungsgutes stattgefunden hat. Da die SD in dieser Zeit nicht direkt zur Endtrocknung des Futters beitragen, muß die SDS so korrigiert werden, daß die nicht trocknungswirksame Zeit darin nicht berücksichtigt wird. LUDER (1982) löste dieses Problem dadurch, daß er die Zeit zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr als trocknungswirksame Zeit definierte und die zwischen 18:00 Uhr und 09:00 Uhr gemessenen SD vernachlässigte. Die Durchführung von Taumessungen während der Abtrockungsversuche sollte darüber Aufschluß geben, ob nicht auch während des Zeitraumes von 18:00 Uhr bis 09:00 Uhr eine Trocknung des Schnittgutes stattfindet.

54

6.1.2.3 Ergebnisse der Taumessung Theoretisch beginnt die Taubildung, wenn die Oberflächentemperatur die Taupunktstemperatur der darüber liegenden Luft unterschreitet. Im Juli konnte durch Messungen der Bodenoberflächentemperatur überprüft werden, ob unsere Messungen konsistent zu diesen Überlegungen sind. In Abbildung 34 ist der Verlauf der Differenz zwischen Taupunktstemperatur in 20 cm Höhe und der gemessenen Oberflächentemperatur dargestellt. In der Grafik sind auch der aus den Wiegungen ermittelte Beginn und das Ende der Taufallperiode eingetragen und man erkennt die sehr gute Übereinstimmung. Verlauf der Differenz von Heuoberflächentem peratur und Taupunkt in der Nacht vom 21 auf 22 Juli 1999 in Gum penstein 3

Diff taup -BT1

100

Diff Taup -BT2 rel. Feuchte

Taubildung bestim m t durch die Wägung

95

1 90 0 85 -1 80

-2

30 10 0 13 0 20 0 23 0 30 0 33 0 40 0 43 0 50 0 53 0 60 0 63 0

75 0

20 30 21 00 21 30 22 00 22 30 23 00 23 30

-3

relative Luftfeuchte [%]

Temperaturdifferenz [°C]

2

Uhrzeit

Abbildung 34: Verlauf der Differenz zwischen Taupunktstemperatur in 20 cm Höhe und der gemessenen Oberflächentemperatur: 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999. In der Abbildung 34 erkennt man zusätzlich, daß die Taubildung nicht erst einsetzt, wenn die Luftfeuchtigkeit 100 Prozent erreicht, da der Boden gegenüber der Luft unterkühlt ist. In 20 cm Höhe beträgt die relative Luftfeuchtigkeit bei Taubeginn zirka 80 %, in 2 m Höhe sogar nur 65 %. Dieser Umstand muß bei der Tauparametrisierung berücksichtigt werden. Die Ergebnisse aus den Wiegungen einer kleinen Schnittgutprobe sind in Abbildung 35 für die Nacht von 26./27. Mai exemplarisch dargestellt. Das Probengewicht sinkt bis 21:00 Uhr auf etwa 1570 g, das heißt, daß bis zu diesem Zeitpunkt noch eine Trocknung stattfand. Ab etwa 21:00 ist eine Zunahme des Probengewichtes zu beobachten. Daraus läßt sich schließen, daß um etwa 21:00 Uhr der Taufall eingesetzt hat. Das maximale Gewicht der Probe ist mit 1730 g um 06:00 Uhr morgens erreicht. Das Probengewicht hat also während der Nacht, bedingt durch den Taufall, um 160 g zugenommen, was etwa 0,21 mm Taufall entspricht (Grundfläche Probe: 0,75m2).

55

1800

Probengewicht [g]

1750

1700

1650

1600

1550

1500

1450 17:00

Gewicht der Probe 19:00

21:00

23:00

01:00

03:00

05:00

07:00

09:00

Uhrzeit

Abbildung 35: Ergebnisse der Taumessung durch Wiegung einer Heuprobe in der Nacht von 26.05. auf 27.05. Um 09:00 Uhr wurde das Gewicht der Probe vor dem Taufall wieder erreicht, d.h. zur Abtrocknung dieser 160 g Tau waren am Morgen des 27. Mai 3 Stunden bzw. eine SDS von 4,6 gm-3*h nötig. Dieser Wert entspricht etwa 3 % der am 27. Mai gemessenen Tages-SDS. Die Ergebnisse der Taumessungen in den Nächten 27./28. Mai bzw. 19./20. Juli sind in Tabelle 8 dargestellt.

Tabelle 8: Ergebnisse der Taumessungen durch Wiegung einer Heuprobe während der Abtrocknungsversuche im Mai und im Juli. Datum

26./27.05. 27./28.05. 19./20.07.

Beginn Taufall 21:00 20:30 21:00

Ende Taufall 06:00 06:00 06:00

gefallene Taumenge in g 160 200 159

gefallene Taumenge in mm 0,22 0,28 0,21

Zeit bis Wiederabtrocknung in h [dazu benötigte gm-3*h] 3 [4,6 gm-3*h] 3 [3,6 gm-3*h] 2,5 [7,8 gm-3*h]

Die gemessenen Taufallmengen von etwa 0,24 mm/Nacht liegen im Bereich der aus der Literatur bekannten maximalen Taufallmengen. MONTEITH und UNSWORTH (1990) berechneten eine theoretische maximale Taufallrate von ca. 0.06 bis 0.07 mm pro Stunde (bei 15 °C) und beobachteten maximale Taufallmengen von 0,2 – 0,4 mm pro Nacht auf Blättern. HUGHES und BRIMBLECOMBE (1994) konnten durchschnittlich 0,14 mm Taufall pro Nacht messen. WILSON ET AL. (1999) untersuchten Taufall und Tauabtrocknung in unterschiedlich dichten Kartoffelbeständen. Der akkumulierte Taufall, der jeweils zwischen 05:00 Uhr und 06:00 Uhr am Morgen am höchsten war, lag zwischen 0,1 und 0,47 mm/Nacht. Andere Literaturangaben zu Taufall liegen bei 0,002 – 0,1 mm (SUDMEYER ET AL. 1994), 0,8 – 0,9 mm (GLENN ET AL. 1996), 0,03 – 0,18 mm (HELDWEIN 1993) und 0,33 mm/Nacht (BURRAGE 1972). SUDMEYER ET AL. (1994) konnten stündliche Taufallraten von 0,004 und 0,032 mm messen.

56

Die Autoren beobachteten, daß der Taufall bei entsprechenden Bedingungen kurz vor oder nach Sonnenuntergang einsetzte und die maximale Tauakkumulation kurz vor Sonnenaufgang erreichte. HELDWEIN (1993), der eine umfassende Untersuchung zur Taubenetzung von Pflanzenbeständen im Raum Berlin durchführte, konnte den Beginn des Taufalls in den Monaten Juni und Juli zwischen 19:30 und 23:00 beobachten, was mit unseren Beobachtungen gut übereinstimmt. Das Ende der Taubenetzung der Pflanzenbestände wurde etwa zwischen 06:00 Uhr und 08:00 Uhr beobachtet. Die Dauer der Taubenetzung lag zwischen 6 und 12 Stunden. BAIER (1966) gibt die Dauer der Taubenetzung im Mittel zwischen 6 und 11,5 Stunden an. PEDRO und GILLESPIE (1982) beobachteten während ihrer Versuche ein Einsetzen des Taufalls zwischen 19:00 Uhr und 22:00 Uhr (Juli/August) und das Ende der Taubenetzung zwischen 06:00 Uhr und 09:00 Uhr am Morgen. Die Dauer der Taubenetzung liegt bei ihnen zwischen 9 und 15 Stunden. In unseren Versuchen dauerte die Taubenetzung des Trocknungsgutes zwischen 11 und 12 Stunden an, wobei das Ende des Taufalles um etwa 06:00 Uhr beobachtet wurde und die anschließende Abtrocknung des gefallenen Taues zwischen 2,5 und 3 Stunden dauerte. Diese Werte liegen etwas über den in der Literatur gefundenen Angaben, wonach für die Tauabtrocknung in den Morgenstunden zwischen 1 und 2 Stunden erforderlich sind (WAGGONER et al. 1969, BURRAGE 1972, ABTEW und OBEYSEKERA 1995). Die bisher besprochenen Arbeiten beschäftigten sich mit der Taumenge, wenn Taufall auftrat, geben aber keine Angaben über die Häufigkeit von Taufall. An den meisten österreichischen Klimastationen wird auch registriert, ob in der Nacht Taufall auftritt oder nicht. CEHAK (1977) analysierte diese Daten. Er kommt zu dem Ergebnis, daß es eine starke Höhenabhängigkeit der Häufigkeit des Taufalles gibt. So beträgt die relative Häufigkeit von Tau im Flachland zwischen Mai und Oktober ca. 50 %, auf Bergstationen hingegen nur rund 30 %. Dies bestätigt unsere Überlegungen.

6.1.3 Schlußfolgerungen aus den Abtrocknungsversuchen in Gumpenstein Die nach der Methode von LUDER (1982) berechnete Abtrocknungskurve für den Versuch im Juli ist in Abbildung 36 dargestellt.

Feuchtegehalt bez. auf TM [%]

500

400

Ft GP 300

Ft KP

200

100

0 0

50

100

150

200

250

Sättigungsdefizitsumme [gm-3h]

Abbildung 36: Verlauf der Abtrocknungskurve auf den Groß- bzw. Kleinparzellen korrigiert nach der Methode von LUDER (1982): 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999.

57

Berechnet man die SDS nach der Methode von LUDER (1982), d.h. vernachlässigt man die Sättigungsdefizite zwischen 18:00 Uhr und 09:00 Uhr, so ergibt sich für Juli auf den Großparzellen eine SDS von 178 gm-3h bei einem mittleren Ft-Gehalt von 31 %. Für die Kleinparzellen ergibt sich eine SDS von 149 gm-3h bei einem Ft-Gehalt von 25 %. Die nach der Methode von LUDER (1982) berechneten SDS waren also um 31 – 37 % niedriger als die berechneten Gesamt-SDS (siehe Tabelle 9). Die in diesen Versuchen ermittelten SDS zur Bodentrocknung von Heu liegen über den Schwellenwerten, die von LUDER (1982) für die Erzeugung von Bodentrocknungsheu in Tallagen ermittelt wurden. Allerdings herrschten bei unseren Versuchen sowohl im Mai als auch im Juli extreme Trocknungsbedingungen vor. LUDER (1982) gibt als mittlere Tages-SDS (09:00 Uhr –18:00 Uhr) von Schönwettertagen in Tallagen für Mai bis Juni 72 und für Juli bis September 83 gm-3h an. Während der Versuche in Gumpenstein wurden im Mai Tages-SDS (09:00 Uhr -18:00 Uhr) von 96 bzw. 128 gm-3h und im Juli von 151 bzw. 117 gm-3h errechnet. Auch WEINGARTMANN (1981) errechnete für seine Versuche von Mitte Mai bis Mitte Juni eine durchschnittliche Tages-SDS von 85 gm-3h während des Zeitraumes von 09:00 Uhr bis 20:00 Uhr. Nimmt man diesen Zeitraum als Berechnungsgrundlage, so ergeben sich für unsere Versuche im Mai Tages-SDS von 110 bzw. 140 gm-3h. Diese Werte liegen weit über dem Durchschnitt. Durch die hohen Sättigungsdefizite erfolgte ein sehr rasches Abtrocknung der oberen Heuschicht. Es wäre denkbar, daß für diese extremen Bedingungen ein häufigeres Wenden nötig gewesen wäre, um der raschen Abtrocknungsgeschwindigkeit gerecht zu werden. Zudem kann von einer einfachen Modellierung der Heuabtrocknung, wie es die SDS–Methode darstellt, nicht erwartet werden, daß sie bei extremen Bedingungen die Abtrocknung exakt wiedergibt.

Feuchtegehalt bez. auf TM [%]

500

400

Ft GP 300

Ft KP

200

100

0 0

50

100

150

200

250

300

Sättigungsdefizitsumme [gm-3h]

Abbildung 37: Verlauf der Abtrocknungskurve auf den Groß- bzw. Kleinparzellen korrigiert nach eigenen Taumessungen: 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999. Die Taumessungen, die während der Versuche im Mai und im Juli durchgeführt wurden, zeigten, daß der Taufall beide Male erst um ca. 21:00 Uhr einsetzte. Bei der Methode nach LUDER (1982) wurde also die noch trocknungswirksame SDS zwischen 18:00 Uhr und 21:00 Uhr nicht berücksichtigt. Dadurch werden am 26. Mai 19 gm-3h, am 27. Mai 18 gm-3h und am 19. Juli 40 gm-3h vernachlässigt. Der Beginn der trocknungswirksamen Zeit am Morgen

58

wurde von Luder mit 09:00 Uhr definiert und stimmt somit mit unseren Taumessungen überein. Im Vergleich zur Methode nach LUDER haben wir eine Korrektur der SDS aufgrund der eigenen Taumessungen durchgeführt. Das Ergebnis ist für den Versuch von 19. – 20. Juli in Abbildung 37 dargestellt. Die durchgeführten Taumessungen ergaben für die Nacht von 19./20. Juli, daß der Taufall um etwa 21:00 Uhr einsetzte und bis 06:00 Uhr am Morgen dauerte. Bis der gefallene Tau abgetrocknet war, waren zusätzlich 2,5 Stunden erforderlich (bis 09:00 Uhr). Die SDS während dieses Zeitraumes wurden für die Berechnung der SDS vernachlässigt, da in dieser Zeit keine Trocknung des Schnittgutes stattfand. Der so errechnete Wert von 218 (GP) bzw. 189 gm-3h (KP) liegt somit 22 – 27 % über den Werten, die wir nach der Methode von LUDER berechnet haben. Die für Mai errechneten Werte sind der Tabelle 9 zu entnehmen. In weiterer Folge soll versucht werden, ein eigenes Modell zur Taukorrektur zu erstellen und die Schwellenwerte für die Heutrocknung nach LUDER (1982) unseren Modellen anzupassen.

Tabelle 9: Benötigte SDS [gm-3h] zur Trocknung von Bodenheu (Restfeuchte Ft: 33,3%); SDS gesamt (01-24 h), SDS ermittelt nach der Methode von LUDER (09-18 h) und SDS korrigiert aufgrund der Ergebnisse der eigenen Taumessungen SDS ges.

Mai SDS Luder

SDS korr.

259

209

246

SDS ges.

Juli SDS Luder

SDS korr.

234 205

178 149

218 189

Parzelle

GP KP

59

6.2 Anpassung der Schwellenwerte und Tauparametrisierung 6.2.1 Anpassung der Schwellenwerte Wie bereits in Kapitel 5 ausgeführt, ist für die Berechnung der Erntegelegenheiten in Österreich eine Adaptierung des Modells nach LUDER (1982) nötig. Um dem unterschiedlichen Verlauf der Sättigungsdefizite im Berg- und Talgebiet Rechnung zu tragen, wird zur Berechnung der Tages-SDS jeweils der Zeitraum von 01:00 bis 24:00 Uhr berücksichtigt. Dies machte es notwendig die von LUDER (1982) angegebenen Schwellenwerte für die Heuabtrocknung an unser Berechnungsverfahren zu adaptieren. LUDER (1982) verwendete für die Berechnung der Tages-SDS nur die Werte von 09:00 bis 18:00 Uhr. Aus der Literatur und auch durch unsere Messungen ergibt sich jedoch erst ein Einsetzen des Taufalles um ca. 21:00 Uhr. Dies bedeutet, daß für die Bestimmung der Schwellenwerte die Zeitspanne von 18:00 bis 21:00 Uhr vernachlässigt wird. In Abbildung 38 ist der mittlere relative Tagesgang des Sättigungdefizites von 6 ausgewählten Flachlandstationen mit Stundendaten dargestellt. Bei diesen Stationen wird während der Zeitspanne von 18:00 bis 21:00 Uhr 19.2 Prozent der Tagessumme, berechnet von 09:00 bis 18:00 Uhr, gebildet. Daher müssen wir die Schwellenwerte nach LUDER (1982) um diesen Betrag oder rund 20 Prozent erhöhen. Zum Beispiel gibt er für Bodentrocknung erster Schnitt (mittlere Ertragsstufe) den Schwellenwert 218 gm-³h an. Nach der neuen Berechung wäre dieser - inklusive einem Zuschlag von 18 gm-³h für die Einbringung - 280 gm-³h. Dieser Schwellenwert hat keine zusätzliche Höhenabhängigkeit. Eine Übersicht über alle Schwellenwerte, die den folgenden Berechnungen zugrunde liegen, findet sich in Tabelle 10. 10

relatives Sättigungsdefizit [%]

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Uhrzeit

Abbildung 38: Mittlerer relativer Tagesgang des Sättigungsdefizites von 6 ausgewählten Flachlandstationen für den Zeitraum April bis Oktober.

Durch die Erhöhung der Tages–SDS um 20 Prozent ist es notwendig die Definition der Schönwettertage für das Auswerteprogramm anzupassen. Soweit die SDS als Kriterium

60

herangezogen wird, wird diese erhöht. Alle anderen Kriterien werden beibehalten. Konkret ändern sich die Werte von 90 auf 100 gm-³h, von 70 auf 80 gm-³h und von 40 auf 45 gm-³h. Die Zeitspanne zwischen 21:00 und 09:00 Uhr, die von LUDER (1982) nicht berücksichtigt wird, hat keinen Einfluß auf die Schwellenwerte. Sie wird durch unsere Tauparametrisierung berücksichtigt.

Tabelle 10: Modifizierte Schwellenwerte für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Rauhfutter- und Getreideernte (= 2. Schnitt Bodenheu) in Österreich. Ernteverfahren

Silage

Belüftung

Boden

Ertragsmenge [dt TM/ha] 30 40 50 30 45 60 30 45 60

Schwellenwert [g/m³] 1. Schnitt 90 110 133 174 210 245 250 280 292

Schwellenwert [g/m³] weitere Schnitte 72 84 129 163 181 229 -

6.2.2 Tauparametrisierung Aus Angaben aus der Literatur und unseren eigenen Messungen findet Taufall (bei starkem Taufall) zwischen 21:00 und 06:00 Uhr statt und die Abtrocknung dauert bis ca. 09:00 Uhr. Die während dieser Zeit akkumulierte SDS beträgt im Mittel bei Flachlandstationen zwischen Mai und Oktober rund 18 gm-³h. Da bei starkem Taufall kein Unterschied zwischen Berg- und Flachlandstationen sein sollte, kann diese Korrektur auch für Berg- bzw. Hügellagen verwendet werden. Der Unterschied zwischen diesen topologischen Lagen besteht in der Häufigkeit des Auftretens von Taufall. Findet kein Taufall statt, muß die Tages SDS um jenen Wert reduziert werden, der nicht trocknungsaktiv ist. Dies ist notwendig, da in 2 m Höhe noch Sättigungsdefizit auftritt, aber der Boden bereits bis nahe der Taupunktstemperatur abgekühlt ist. Als Abschätzung dieser nicht trocknungswirksamen SDS verwenden wir die Zeitspanne zwischen Mitternacht und 6 Uhr am Morgen. In Abbildung 38 erkennt man, daß in dieser Zeitspanne im Mittel die geringsten Sättigungsdefizite auftreten und man kann annehmen, daß das Sättigungsdefizit knapp über dem Boden gegen Null geht. Im Mittel beträgt die SDS zwischen 0 und 6 Uhr in Flachlandstationen 6 gm-³h. Diesen Wert verwenden wir auch für Berg- bzw. Hügelstationen. Zwar sind die Bedingungen in dieser topologischen Klasse bei keinem Taufall unterschiedlich zu jenen im Tal, jedoch wird dadurch berücksichtigt, daß in der Nacht die Strahlung keinen Beitrag zur Abtrocknung liefert. Da zwischen den Klassen Tau und kein Tau doch der beträchtliche Unterschied von 12 gm-³h besteht, haben wir uns entschlossen eine dritte Klasse „geringer Taufall“ einzuführen. Dies ist dadurch notwendig, da bei den Klimastationen bei geringstem Anzeichen von Taufall die

61

Klasse Tau gegeben werden muß. Entscheidend für die Menge an Tau die pro Nacht fällt, ist die Zeitdauer des Taufalles, da maximale Taufallraten pro Stunde nicht überschritten werden können (MONTEITH AT AL. 1990). In Abbildung 39 ist der mittlere Tagesgang der Temperatur in Gumpenstein in der Periode Mai bis Oktober dargestellt.

20

18

Temperatur [°C]

16

14

12

10

8

6 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Uhrzeit

Abbildung 39: Mittlerer Tagesgang der Temperatur in Gumpenstein in der Periode Mai bis Oktober. Man erkennt, daß die Temperatur während der Nacht ständig sinkt und um den Sonnenaufgang das Minimum erreicht. Daher kommt es oft vor, daß der Boden die Taupunktstemperatur der darüber liegenden Luft erst nach Mitternacht oder knapp vor Sonnenaufgang unterschreitet und Taufall einsetzt. Diese Fälle werden von den Wetterbeobachtern natürlich als Tau klassifiziert, obwohl nur geringe Taumengen akkumulieren können. Um diese Fälle erfassen zu können, haben wir folgende Parametrisierung vorgenommen. Wir berechnen die Taupunktstemperatur der Luft für den 19:00 Uhr Termin des Vorabends. Unterschreitet die Minimumstemperatur der Nacht diese Taupunktstemperatur oder ist gleich dieser, so handelt es sich um starken Taufall. Ist dies jedoch nicht der Fall und die Nacht ist als Tau klassifiziert so handelt es sich um geringen Taufall. An Stationen, an denen keine Tauregistrierung durchgeführt wird, kommt als zusätzliches Kriterium die Windgeschwindigkeit um 07:00 Uhr hinzu, da bei starkem Wind eine gute Durchmischung der Luft gegeben ist und eine starke Unterkühlung des Bodens ausbleibt. Bei starkem Taufall muß also zusätzlich die Bedingung erfüllt sein, daß die Windstärke um 07:00 Uhr 2 Beauford nicht übersteigt. Als Korrekturwert für geringen Taufall verwenden wir den Zeitraum zwischen Mitternacht und 09:00 Uhr früh, unter der Annahme, daß der Taufall in der Nacht später einsetzt, aber trotzdem Sättigungsdefizit für die Wiederabtrocknung benötigt wird. Als Wert ergibt sich dafür 12 gm-³h. Für Gumpenstein ergibt sich, daß ca. 68 % aller Taunächte als „starker Taufall“ klassifiziert werden, für Wien Hohe Warte hingegen nur 45 %. Durch Einführung der Klasse „geringer Taufall“ kann daher noch zusätzliche regionale

62

Information gewonnen werden. Eine Übersicht über die Tauparametrisierung bei Stationen mit und ohne Taubeobachtung ist in Tabelle 11 dargestellt.

Tabelle 11: Übersicht über den Ablauf und die Vorgangsweise bei der Tauparametrisierung. Tauart Kein Tau Wenig Tau Starker Tau

Beobachtung

Definition

Reduktion

Ja Nein Ja Nein Ja Nein

Kein Tau beobachtet Tmin –Ttaup 19h > 2 oder Wind >2 Bf Tau beobachtet; Tmin –Ttaup 19h > 0 Tmin – Ttaup. 19h < 2 und Wind < 2Bf Tmin –Ttaup 19h 2 m m

SDS > 100

-

+

+

SDS > 80

NS < 2

+

-

-

-

+ SDS > 45

-

NS < 0,5

-

SCHLECHTWETTERTAG

+

BW < 3/10

+ BW < 2/10

+

SONDERTAG

SCHÖNWETTERTAG

SCHÖNWETTERTAG MIT GEWITTER

Abbildung 43: Schematische Darstellung des Auswerteverfahrens.

7.3.5 Auszählen der Erntegelegenheiten je Halbmonat Die Erntegelegenheiten wurden in Anlehnung an LUDER (1982) in Halbmonaten ausgewertet, da diese Periode besser den Zeitrahmen für eine Ernteperiode wiedergibt als zum Beispiel das in der Meteorologie übliche Monat. Hierbei beträgt die Länge der ersten Monatshälfte immer 15 Tage, die zweite je nach Monat 15 oder 16 Tage. Das Modell summiert in jedem Halbmonat so lange aufeinanderfolgende Schönwettertage (unter Berücksichtigung etwaiger Sondertage) auf, bis der Schwellenwert des jeweiligen Ernteverfahrens und der Ertragsmengen erreicht wird. Dies wird als Erntegelegenheit gewertet, falls die Periodenlänge vier Tage nicht überschreitet. Folgt dieser Erntegelegenheit ein weiterer Schönwettertag, wird der erste Tag der Schönwetterperiode weggelassen und der neue Wert addiert. Wird der Schwellenwert wieder überschritten, ergibt sich die nächste Erntegelegenheit. Am Halbmonatsende wird die Gesamtanzahl der Erntegelegenheiten des jeweiligen Schwellenwertes für diesen Halbmonat berechnet. Endet ein Halbmonat mit einem Schönwettertag oder einer Schönwetterperiode, wird die akkumulierte SDS an den nächsten Halbmonat übergeben. Wird dort der Schwellenwert eines Ernteverfahrens überschritten, zählt diese Erntegelegenheit in diesem Halbmonat.

7.3.6 Bestimmung der 80 Prozent Wahrscheinlichkeit für Erntegelegenheiten

69

Die Bestimmung der 80 Prozent Perzentile erfolgt durch rückwertige Addition der relativen Häufigkeit der Erntegelegenheiten. Jedes Jahr liefert pro Halbmonat einen Wert für die Anzahl der Erntegelegenheiten. Die Ergebnisse aller Jahre werden in Klassen von Null bis maximal 15 bzw. 16 Erntegelegenheiten je Halbmonat also 16 bzw. 17 Klassen eingeteilt. Die Anzahl in den Klassen wird danach durch die Gesamtanzahl der verwendeten Jahre für dieses Halbmonat dividiert. Dadurch ergibt sich die relative Häufigkeit der jeweiligen Klasse. Nun werden beginnend bei der Klasse Null so lange die relativen Häufigkeiten addiert, bis die kumulierte Häufigkeit 0.2 bzw. 20 Prozent überschreitet. Da es sich bei der Verteilungsfunktion der Erntegelegenheiten um eine diskrete Verteilung handelt, das heißt, sie kann nur ganzstellige Werte annehmen, wurde zwischen der Klasse, in der die 20 Prozent überschritten wurde und der Klasse davor linear interpoliert, um genau auf den Wert von 80 Prozent zu kommen. Schematisch ist dieses Verfahren in den Abbildungen 44 bis 47 dargestellt.

7.3.7 Ausgabe der Ergebnisse Für die einzelnen Stationen wurde nicht nur die Anzahl der Erntegelegenheiten mit 80 prozentiger Überschreitungswahrscheinlichkeit berechnet, sondern auch für die Überschreitungswahrscheinlichkeiten 50, 60, 70 und 90 Prozent. Die Interpolation der Stationswerte und die Kartendarstellung erfolgte nur für die 80 prozentige Eintrittswahrscheinlichkeit. Alle Stationsergebnisse werden als Excel – Tabelle auf der Ergebnis - CD dem Endbericht beigelegt.

7.3.8 Evaluierung des Auswertungsprogrammes Um die richtige Funktionsweise des Programmes zu testen bzw. um etwaige Programmfehler feststellen zu können, war eine Evaluierung des Auswertungsprogrammes nötig. Dies sollte durch den Vergleich von Einzelergebnissen mit den Arbeitstagebuchaufzeichnungen landwirtschaftlicher Betriebe erreicht werden. Bei richtiger Funktionsweise des Programmes sollten nach unserer Überlegung die Heuerntetermine landwirtschaftlicher Betriebe aus den Stationsergebnissen einer nahegelegenen Wetterstation plausibel nachvollziehbar sein. Auf 9 landwirtschaftlichen Betrieben, die in verschiedenen Regionen Österreichs liegen, wurden die Schnitt- und Erntezeitpunkte von Silage und Heu aus Arbeitstagebüchern ermittelt. Die Aufzeichnungen der Betriebe umfassen Zeiträume von 3 bis 25 Jahren. Zur Veranschaulichung der Vorgangsweise sind in Tabelle 12 die Schnittermine von 3 untersuchten Betrieben für das Jahr 1998 exemplarisch dargestellt. Der erste Betrieb befindet sich in der Nähe von Jenbach, der zweite am Stadtrand von Linz und der dritte in Gumpenstein. Klimatisch gesehen liegt der Betrieb 2 mit 800 mm Jahresniederschlag am günstigsten, die Betriebe 1 und 3 liegen in Gebieten mit etwa 1000 mm Jahresniederschlag. Alle drei Betriebe sind mit einer Heutrocknungsanlage ausgestattet, so daß bei ungünstigen Witterungsverhältnissen das Heu auch als Belüftungsheu eingebracht werden kann.

70

Tabelle 12: Vergleich von Schnitterminen im Jahr 1998 aus Arbeitstagebuchaufzeichnungen von 3 Betrieben mit den Stationsergebnissen der nächstgelegenen Wetterstationen. Schnittermin – Einführtermin (lt. Arbeitstagebuch) Betrieb 1 (Jenbach) 26. – 28. Mai 5. – 6. Juni 12. – 13. Juli 17. – 19. Juli 20. – 21. Juli 06.08. – 07.08. 31. 08. – 01.09. 09.09. – 10.09. Betrieb 2 (Linz) 06.05. – 08.05. 09.05. – 11.05. 03.06. - 04.06. 15.07. – 16.07. 19.07. - 20.07. 05.08. – 07.08. 17.08. – 18.08. 09.09. – 10.09. 22.09. – 24.09. Betrieb 3 (Gumpenstein) 02.06. – 03.06. 05.06. – 06.06. 25.06. – 26.06. 20.07. – 21.07. 21.07. – 22.07. 02.08. – 03.08. 03.08. - 04.08. 06.08. - 07.08. 10.08. – 11.08. 21.09. – 24.09. 22.09. – 25.09. 1

1./2. Schnitt

Klassifizierung der Tage lt. Berechnungsprogramm1

Errechnete SDS

1. Schnitt 1. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt

1,1,1 1,1 1,4 1,1,1 1,1 1,1 2,3 1,1

427 447 243 343 416 266 174 186

1. Schnitt 1. Schnitt 1. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt

1,1,1, 1,1,1 1,1 1,3 1,1 1,1,1 1,1 1,1 1,1,3

341 473 263 193 361 427 318 204 149

1. Schnitt 1. Schnitt 1. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt 2. Schnitt

1,4 4,1 4,3 1,1 1,1 1,4 2,3 1,1 1,1 2,3,2,1 3,2,1,2

271 293 215 370 332 240 125 204 304 154 130

) Klassifizierung der Tage:

1 = Schönwettertag 2 = Sondertag 3 = Schlechtwettertag 4 = Gewittertag In der ersten Spalte der Tabelle sind die aus den Arbeitstagebüchern ermittelten Schnitt- und Einfuhrtermine für das Jahr 1998 eingetragen. Weiters ist vermerkt, ob es sich um den ersten oder den 2. Schnitt handelt. Es wurde nicht weiter zwischen 2. und 3. Schnitt unterschieden, da es nur einen Schwellenwert für den zweiten und alle weiteren Schnitte gibt. Die

71

Schnittermine aus den Arbeitstagebüchern wurden nun mit den Stationsergebnissen der nächstgelegenen Wetterstationen verglichen. Dazu wurden aus dem Auswertungsprogramm für diese Termine die Klassifizierung der Tage vom Schnitt- bis zum Einfuhrtag sowie die errechnete Gesamt-SDS herausgeschrieben. Damit eine Abfolge von Tagen vom Programm als günstige Erntegelegenheit gewertet wird, darf sie keinen Schlechtwettertag enthalten. Der Schnitt- und der Einfuhrtag dürfen kein Sondertag sein und ein Gewittertag darf nur am Einfuhrtag auftreten. Der Schwellenwert muß innerhalb von 4 Tagen überschritten werden. Als Schwellenwerte wurden sowohl bei Boden- als auch bei Belüftungsheu jeweils die mittlere Ertragsstufe für den ersten und die niedrige Ertragsstufe für den zweiten Schnitt gewählt (Schwellenwerte siehe Tabelle 10 Seite 59). Aus Tabelle 12 ist ersichtlich, daß die Schnittermine am Betrieb 1 und 2 im Jahre 1998 gut mit den Ergebnissen der nächstgelegenen Wetterstationen übereinstimmen. Bis auf 3 Ausnahmen fielen die Erntetermine auf berechnete Schönwetter- bzw. Gewittertage (am Einfuhrtag). Die erreichten Gesamt-SDS sind so hoch, daß in den meisten Fällen sogar der Schwellenwert für die Bodenheutrocknung überschritten wird. Am Standort Gumpenstein zeigt sich, daß die Heuernte einige Male verregnet war. Im Juni fällt bei zwei Terminen der Schnitttag auf einen Gewittertag, diese Termine würden in unserem Auswertetag nicht als günstige Erntegelegenheit gewertet. Daß in der Praxis an einem Gewittertag Heu geschnitten wird, erscheint plausibel, da Gewitter nicht mit Sicherheit vorhergesagt werden können und sie eher an sehr heißen Tagen am späteren Nachmittag auftreten. Die ungünstigen Schnittermine im September lassen sich dadurch erklären, daß in diesem Jahr im September keine einzige günstige Erntegelegenheit am Standort Gumpenstein berechnet werden konnte. In solchen Fällen sind Betriebe gezwungen, das Rauhfutter auch unter ungünstigen Bedingungen einzubringen und dafür länger zu belüften. Insgesamt wurden etwa 700 einzelne Schnittermine für die Erzeugung von Boden- oder Belüftungsheu überprüft. Es zeigte sich, daß bei 6 Betrieben die Arbeitstagebuchaufzeichnungen aus den berechneten Ergebnissen gut nachvollzogen werden konnten. Die aufgezeichneten Erntetermine fielen zu 65-70 % auf solche Tage, die vom Auswertungsprogramm als Schönwettertage ausgewiesen worden waren. Da in der Praxis die Wetterentwicklung der nächsten Tage nicht mit Sicherheit vorauszusagen ist, erscheint es auch plausibel, daß sich nicht alle Schnittermine im Nachhinein als günstige Erntegelegenheiten erweisen. Stimmten die Ernteperioden mit den berechneten Schönwetterperioden überein, wurden auch die von uns festgesetzten Schwellenwerte für Belüftungs- oder Bodenheu meistens überschritten. Nur bei drei Betrieben stimmten die Arbeitstagebuchaufzeichnungen mit unseren Berechnungen nicht gut überein. Auf dem Standort in der Nähe von Klagenfurt ist das wahrscheinlich auf die geringe Datenmenge von nur 3 Jahren zurückzuführen. Allerdings läßt die Anzahl der Tage zwischen Schnitt und Einfuhr, die auf diesem Betrieb zwischen 4 und 7 Tagen lag, darauf schließen, daß die Heuernte tatsächlich oft verregnet war. Dies stimmte wieder mit den Ergebnissen unseres Berechnungsprogrammes überein. Auf den Standorten Bruck a. d. Glocknerstraße und Warth sind die Entfernungen zwischen Betrieb und nächstgelegener Wetterstation größer als bei den anderen untersuchten Standorten. Da sich das Wettergeschehen oft sehr kleinräumig abspielt, kann dies ein Grund für die schlechtere Übereinstimmung der Aufzeichnungen mit unseren Berechnungen sein.

72

8. Interpretation der Stationsergebnisse Für die Interpretation der Modellergebnisse können hier nur Beispiele aus den umfangreichen Ergebnissen des Auswertemodells herangezogen werden, da einerseits 188 Stationen verwendet wurden, andererseits durch die Verwendung von 12 Halbmonaten, 3 Ernteverfahren, 3 Ernteerträgen für den 1. Schnitt und 2 Ernteerträgen für den 2. Schnitt pro Station 114 Einzelergebnisse vorliegen; für alle Stationen zusammen sind es 21432 Werte. 0.3

0.9

Silo

0.8

Belüftung

0.25

Boden

0.7

0.2

Silo Kum ulativ 0.6

Belüft Kum ulativ

0.5

0.15

Boden Kum ulativ

0.4 0.1

0.3 0.2

0.05

0.1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Anzahl der Erntegelegenheiten pro Halbmonat

Abbildung 44: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftung- und Bodentrocknung in Groß Enzersdorf (Datenbasis 48 Jahre) in der zweiten Maihälfte. Sobald die kumulative Häufigkeit den Wert 0.2 schneidet ist die 80 Prozent Erntesicherheit erreicht (schwarze Linie). An der x-Achse kann die dazugehörige Anzahl an Erntegelegenheiten abgelesen werden (Pfeile).

Um den Verlauf der relativen und kumulativen Häufigkeiten zu unterschiedlichen Terminen und in unterschiedlichen Regionen zu demonstrieren, wurden die beiden Stationen Groß Enzersdorf und Gumpenstein verwendet. Groß Enzersdorf liegt östlich von Wien im Marchfeld (Niederösterreich) auf 153 m Seehöhe in einem der wichtigsten österreichischen Ackerbaugebiete. Es repräsentiert den intensiv landwirtschaftlich genutzten pannonischen Raum. Da hier die Getreideernte wesentlich wichtiger als die Rauhfutterernte ist, sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Ergebnisse für die Bodentrocknung 2.Schnitt auch direkt als Ergebnisse für die Getreideabtrocknung verwendet werden können. Gumpenstein liegt im oberen Ennstal (Steiermark) auf 710 m Seehöhe in einem klassischen Grünlandgebiet. Es repräsentiert die für die Grünlandwirtschaft in Österreich sehr wichtigen alpinen Täler. Für den Vergleich der Jahresgänge der Erntegelegenheiten wurden noch zusätzlich die Station Preitenegg, eine Kammlage zwischen Steiermark und Kärnten auf 1055 m Seehöhe als Vertreter der Mittelgebirgslagen und die

73

Relative Häufigkeit

Kumulative Häufigkeit

1

Station Feuerkogel in Salzburg auf 1618 m Seehöhe als Vertreter der Gebirgslagen verwendet. In den Grafiken der Häufigkeitsverteilungen (Abbildung 44 bis 47) sind die relativen Häufigkeiten aller drei Ernteverfahren als Säulen (Beschriftung der y – Achse auf der rechten Seite) dargestellt und die kumulativen Häufigkeiten als Linien (Beschriftung der y – Achse auf der linken Seite). Die 0.2 kumulative Häufigkeit ( 80 Prozent Eintrittswahrscheinlichkeit) wurde durch eine schwarze Linie markiert und die Pfeile zeigen schematisch, wie die Anzahl der Erntegelegenheiten bestimmt wurden. In den Abbildungen 44 und 45 sind die Ergebnisse von Gumpenstein und Groß Enzersdorf für die zweite Maihälfte (1. Schnitt, 30 dt TM/ha) gegenübergestellt. Die teilweise sprunghaften Übergänge von einer Klasse zur anderen sind durch die Anzahl der verwendeten Jahre bedingt. Obwohl beide Stationen über mindestens 45 Jahre Beobachtungen verfügen, kommt es durch die Aufteilung in 16 bzw. 17 Klassen zu diesen krassen Übergängen. Dies verdeutlicht die Wichtigkeit langer Zeitreihen für eine derartige Auswertung. Weiters erkennt man die starken Unterschiede zwischen den Jahren. So kommen zum Beispiel in Gumpenstein in der zweiten Maihälfte für die Belüftungs- und Bodentrocknung sowohl Jahre ohne eine einzige Erntegelegenheit vor, als auch zumindest ein Jahr mit 13 bzw. 14 Erntegelegenheiten. Daher dürfen die Ergebnisse dieser Studie nur im klimatologischen Sinne interpretiert werden. Sie macht keine Aussagen über einzelne Jahre. Die Verteilungsfunktionen zeigen für Groß Enzersdorf bei allen drei Ernteverfahren einen einigermaßen symmetrischen Verlauf, wogegen sich bei Gumpenstein für Belüftungs- und Bodentrocknung eine linksschiefe Verteilung ergibt. Dies bedeutet, daß in Gumpenstein für diese beiden Ernteverfahren vermehrt Jahre mit keinen oder nur wenigen Erntegelegenheiten vorkommen. Für die 80 Prozent Perzentile ergeben sich für Groß Enzersdorf die Werte 7.6, 5.2 und 3.2 für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung, in Gumpenstein 4.2, 2.4 und 1.3. Der Unterschied zwischen den beiden Regionen kommt hier sehr gut zum Vorschein. Im trockenen und relativ warmen pannonischen Raum stellt selbst in der zweiten Maihälfte die Bodentrocknung mit 3.2 Erntegelegenheiten ein brauchbares Ernteverfahren dar. Im oberen Ennstal mit Werten knapp über einer Erntegelegenheit nicht mehr, da kaum ein Betrieb mit einer oder zwei Erntegelegenheiten das Auslangen findet. Selbst die Heubelüftung mit Werten um 2.5 dürfte nicht für jeden Betrieb ausreichend sein. Erst die Silage mit Werten über 4 kann als sichere Variante bezeichnet werden. Der Unterschied zwischen den Ernteverfahren beträgt rund 2 Erntegelegenheiten zwischen Silage und Belüftungstrocknung und zwischen 1 und 2 Erntegelegenheiten zwischen Belüftungs- und Bodentrocknung.

74

1

0.3

0.9

Kumulative Häufigkeit

0.7

0.2

Silo 0.6

Belüft Boden

0.5

0.15

Silo Kumulativ Belüftung Kumulativ

0.4

Boden Kumulativ

0.1

0.3 0.2

Relative Häufigkeit

0.25

0.8

0.05

0.1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Anzahl an Erntegelegenheiten pro Halbmonat

Abbildung 45: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Gumpenstein (45 Jahre) in der zweiten Maihälfte. Sobald die kumulative Häufigkeit den Wert 0.2 schneidet ist die 80 Prozent Erntesicherheit erreicht (schwarze Linie). An der x-Achse kann die dazugehörige Anzahl an Erntegelegenheiten abgelesen werden (Pfeile). In der zweiten Julihälfte ( 2. Schnitt, 30 dt TM/ha) ergeben sich für die drei Ernteverfahren für Groß Enzersdorf die Werte 11.2, 9.2 und 7.7 und für Gumpenstein die Werte 5.3, 2.8 und 2.1. Wieder zeigen sich die Unterschiede in den Regionen sehr deutlich, speziell bei der Bodentrocknung, die ja auch die Getreideernte repräsentiert. Hier tritt ein Unterschied von rund 5.5 Erntegelegenheiten auf. Dies kann meteorologisch dadurch erklärt werden, daß im heißen und trockenen pannonischen Raum zu dieser Jahreszeit oft schon zwei Tage ausreichen um die Bodentrocknung zu ermöglichen, in den Alpentälern hingegen meist drei Tage dazu notwendig sind. Zusätzlich herrscht in den Alpentälern eine höhere Niederschlagswahrscheinlichkeit verursacht durch Gewitter und Stauniederschläge (selbst in diesem Halbmonat gibt es Jahre mit Null Erntegelegenheiten für Belüftungs- und Bodentrocknung) als im Flachland Ostösterreichs. Im pannonischen Raum besteht zu dieser Jahreszeit kaum ein Bedarf an Heubelüftungen, da jeder Betrieb mit 7.7 Erntegelegenheiten für Bodentrocknung das Auslangen finden sollte. Damit sind auch rund 50 Prozent dieses Halbmonats für die Getreideernte geeignet. Im oberen Ennstal hingegen sind mit 2.1 Erntegelegenheiten für Bodentrocknung sicherlich auch die anderen Ernteverfahren überlegenswert. Für die Getreideernte bedeutet dies einen sehr kurzen Zeitraum, in dem die Ernte eingebracht werden muß.

75

1

0.3 Silo

Kumulative Häufigkeit

Belüft

0.25

0.8

Boden

0.7

Silo Kumulativ 0.2

Belüft Kumulativ 0.6

Boden Kumulativ

0.5

0.15

0.4 0.1

0.3 0.2

Relative Häufigkeit

0.9

0.05

0.1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Erntegelegenheiten pro Halbmonat

Abbildung 46: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Groß Enzersdorf (Datenbasis 48 Jahre) in der zweiten Julihälfte. Sobald die kumulative Häufigkeit den Wert 0.2 schneidet ist die 80 Prozent Erntesicherheit erreicht (schwarze Linie). An der x-Achse kann die dazugehörige Anzahl an Erntegelegenheiten abgelesen werden (Pfeile). 0.3

1 0.9

Kumulative Häufigkeit

0.7

0.2

Silo Belüft

0.6

Boden 0.5

0.15

Silo Kumulativ Belüft Kumulativ

0.4

Boden Kumulativ 0.3 0.2

0.1

Relative Häufigkeit

0.25

0.8

0.05

0.1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Anzahl der Erntegelegenheiten pro Halbmonat

L

Abbildung 47: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Gumpenstein (Datenbasis 45 Jahre) in der zweiten Julihälfte. Sobald die kumulative Häufigkeit den Wert 0.2 schneidet ist die 80 Prozent

76

Erntesicherheit erreicht (schwarze Linie). An der x-Achse kann die dazugehörige Anzahl an Erntegelegenheiten abgelesen werden (Pfeile).

In der zweiten Septemberhälfte (Abbildung 48 und 49) kommt es natürlich in beiden Regionen zu einer starken Reduktion der Erntegelegenheiten. Für Groß Enzersdorf ( 2. Schnitt, 30 dt TM/ha) ergeben sich die Werte 3.6, 2.1 und 1.1 und für Gumpenstein 1.5, 0.8 und 0.7. Zu dieser Jahreszeit kann man eigentlich nur mehr im pannonischen Raum bei Silage und eventuell bei der Belüftung mit einigermaßen sicheren Erntegelegenheiten rechnen. Im oberen Ennstal mit 1.5 Erntegelegenheiten für Silage kann nicht einmal dieses Ernteverfahren als sicher bezeichnet werden, da hier in 7 von 45 Jahren keine Erntegelegenheit vorkam. 1

0.3

0.9

Kumulative Häufigkeit

0.7

0.2

0.6

Si lo B el üf t

0.5

0.15

B o d en Si lo Kumul at i v

0.4

B el üf t Kumulat iv B o d en Kumulat iv

0.3 0.2

0.1

Relative Häufigkeit

0.25

0.8

0.05

0.1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Anzahl der Erntegelegenheiten pro Halbm onat

Abbildung 48: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Groß Enzersdorf (Datenbasis 48 Jahre) in der zweiten Septemberhälfte. Sobald die kumulative Häufigkeit den Wert 0.2 schneidet ist die 80 Prozent Erntesicherheit erreicht (schwarze Linie). An der x-Achse kann die dazugehörige Anzahl an Erntegelegenheiten abgelesen werden (Pfeile).

77

1

0.3

0.9

Kumulative Häufigkeit

0.7

0.2

Si lo

0.6

B el üf t B o d en

0.5

0.15

Si lo Kumul at i v B el üf t Kumulat iv B o d en Kumulat iv

0.4

0.1

0.3 0.2

Relative Häufigkeit

0.25

0.8

0.05

0.1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Anzahl der Erntegelegenheiten pro Halbjahr

Abbildung 49: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Gumpenstein (Datenbasis 45 Jahre) in der zweiten Septemberhälfte. Sobald die kumulative Häufigkeit den Wert 0.2 schneidet ist die 80 Prozent Erntesicherheit erreicht (schwarze Linie). An der x-Achse kann die dazugehörige Anzahl an Erntegelegenheiten abgelesen werden (Pfeile). Für die Darstellung des Jahresganges der Erntegelegenheiten wurde für die Monate Mai und Juni der Schwellenwert für den 1. Schnitt mit 40 dt TM/ha Ertrag für Silage und 45 dt TM/ha Ertrag für Belüftungs- und Bodentrocknung verwendet, ab Juli der Schwellenwert für den 2. Schnitt und 30 dt TM/ha Ertrag. Daher kann es im Übergang zweite Junihälfte – erste Julihälfte zu leichten Sprungstellen in der Darstellung kommen, da der Schwellenwert für den 2. Schnitt und die geringere Ertragsklasse niedriger ist. Die Wahl der Ertragsklasse erfolgte aufgrund der in Österreich üblichen Erträge für ersten und zweiten Schnitt. Alle vier Graphiken haben die gleiche Skalierung, wodurch die Ergebnisse direkt vergleichbar sind. Die Verläufe der Jahresgänge sind in den beiden Tallagen sehr ähnlich. Sie sind einigermaßen symmetrisch um das Maximum, das in Groß Enzersdorf in der ersten und in Gumpenstein in der zweiten Julihälfte auftritt (Abbildung 50 und 51). Die Ergebnisse der zweiten Maihälfte sind sehr ähnlich den Ergebnissen in der ersten Septemberhälfte. Die Maxima jedoch fallen recht unterschiedlich aus. In Groß Enzersdorf betragen sie für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung 11.4, 9.6 und 8.4 Erntegelegenheiten und für Gumpenstein 5.3, 3.0 und 2.5 Erntegelegenheiten. Ab der zweiten Septemberhälfte gehen die Erntegelegenheiten rasch zurück und im Oktober sind die Werte für alle Verfahren sehr niedrig, was durch zunehmende Nebelhäufigkeit in den Tal- und Flachlandregionen erklärt werden kann. An der Station Preitenegg (Abbildung 52) wird das Maximum in der ersten Augusthälfte mit Werten von 5.1, 3.2 und 3.1 Erntegelegenheiten erreicht, wobei hier bereits in der zweiten Augusthälfte eine starke Reduktion der Erntegelegenheiten eintritt. Auffallend ist hier der geringe Unterschied zwischen Bodentrocknung und Belüftung. Anscheinend sind in dieser Höhenstufe für beide Ernteverfahren meistens drei Schönwettertage notwendig.

78

Die Station Feuerkogel (Abbildung 53) zeigt einen ganz anderen Verlauf als die drei voran beschriebenen Stationen. Das ganze Frühjahr hindurch inklusive der zweiten Junihälfte gibt es kaum Erntegelegenheiten. Erst ab der ersten Julihälfte beginnen diese zu steigen und erreichen ihr Maximum (2.5, 1.3 und 1.0) in der ersten Augusthälfte. Danach bleiben die Werte jedoch bis zur zweiten Oktoberhälfte auf relativ hohem Niveau. Das schlechte Frühjahr kann dadurch erklärt werden, daß in diesen Höhenlagen erst im Laufe des Mais die Schneedecke schmilzt und daher der Boden bis weit in den Juni hinein sehr kalt und wassergesättigt ist. Im Herbst hingegen kann es im Gebirge zu lang andauernden Schönwetterphasen (Altweibersommer) kommen, wobei diese Regionen dann über den möglichen Nebel- und Hochnebelfeldern liegen. Jahresgang der Erntegelegenheiten (80 %) für Groß-Enzersdorf (153 maSl)

Anzahl der Erntegelegenheiten

12

Silage 10

8

Belüftung Boden

6

4

2

0

Halbm onat

Abbildung 50: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) in Groß Enzersdorf als Beispiel für den pannonischen Raum. Bis Ende Juni wurde der Schwellenwert für den 1. Schnitt (45 dt TM/ha) und ab Juli der Schwellenwert für den 2. Schnitt (30 dt TM/ha) verwendet.

79

Jahresgang der Erntegelegenheiten (80 %) in Gumpenstein (710 maSl)

Anzahl der Erntegelegenheiten

12

Silage 10

Belüftung Boden

8

6

4

2

0

Halbm onat

Abbildung 51: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) in Gumpenstein im Ennstal als Beispiel für die inneralpinen Tallagen . Bis Ende Juni wurde der Schwellenwert für den 1. Schnitt (45 dt TM/ha) und ab Juli der Schwellenwert für den 2. Schnitt (30 dt TM/ha) verwendet.

Jahresgang der Erntegelegenheiten (80 %) in Preitenegg (1055 maSl)

Anzahl der Erntegelegenheiten

12

10

Silage Belüftung

8

Boden

6

4

2

0

Halbm onat

Abbildung 52: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) in Preitenegg als Beispiel für alpine Hügellagen. Bis Ende Juni wurde der Schwellenwert für den 1. Schnitt (45 dt TM/ha) und ab Juli der Schwellenwert für den 2. Schnitt (30 dt TM/ha) verwendet.

80

Jahresgang der Erntegelegenheiten (80 %) für den Feuerkogel (1618 maSl)

Anzahl der Erntegelegenheiten

12

10

Silage Belüftung

8

Boden

6

4

2

0

Halbm onat

Abbildung 53: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) am Feuerkogel als Beispiel für hochalpine Lagen. Bis Ende Juni wurde der Schwellenwert für den 1. Schnitt (45 dt TM/ha) und ab Juli der Schwellenwert für den 2. Schnitt (30 dt TM/ha) verwendet. Vergleicht man die Ergebnisse der vier Stationen zeigt sich eine Abnahme der Erntegelegenheiten mit der Seehöhe. Betrachtet man alle 188 Stationen, so ergibt sich ein statistisch signifikanter Zusammenhang. In den Abbildungen 54 bis 56 ist die Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung in der zweiten Maihälfte, der zweiten Julihälfte und der zweiten Septemberhälfte dargestellt. Die Werte für Belüftungstrocknung liegen zwischen den beiden anderen Werten und wurden zwecks besserer Übersichtlichkeit weggelassen. In der zweiten Mai- und Julihälfte erkennt man in den Streudiagrammen die nichtlineare Abnahme mit der Höhe. Am besten konnte dieses Verhältnis durch eine exponentielle Regression wiedergegeben werden. Diese exponentielle Abnahme erklärt zumindest von Mai bis August rund 60 Prozent der Varianz in den Stationsergebnissen. Diese nichtlineare Abnahme kommt durch die Überlagerung von zwei unabhängigen meteorologischen Phänomenen zustande. Einerseits nimmt die Temperatur mit der Höhe ab. Dadurch sinkt das Sättigungsdefizit (bei gleichbleibender relativer Luftfeuchtigkeit) und damit das Abtrocknungspotential der Luft. Andererseits wird in Österreich eine starke Zunahme der Niederschlagshäufigkeit mit der Höhe beobachtet (AUER 1991). In der zweiten Septemberhälfte kann diese Höhenabhängigkeit nicht mehr beobachtet werden. In Abbildung 56 erkennt man, daß nur mehr rund 3 Prozent der Varianz durch eine Höhenabhängigkeit erklärt werden können. Dies kann durch das Auftreten von Nebelfeldern beginnend mit September erklärt werden. Um diese Jahreszeit bilden sich besonders bei Hochdruckwetterlagen gerne Nebel- bzw. Hochnebelfelder aus, die eine Obergrenze von etwa 1000 m haben. Über diesen Nebelfeldern herrschen oft sehr günstige Abtrocknungsbedingungen.

81

In Abbildung 57 ist der Verlauf des Bestimmtheitsmaßes (r²) für die exponentielle Regression dargestellt. Man erkennt sehr gut, daß für alle drei Ernteverfahren das Bestimmtheitsmaß bis Ende August bei rund 60 % liegt. In der ersten Septemberhälfte sinkt es auf rund 30 Prozent. In der zweiten September- und der ersten Oktoberhälfte ist es nahezu Null. Erst in der zweiten Oktoberhälfte steigt es wieder auf rund 40 Prozent, bedingt durch die ersten Schneefälle in den höher gelegenen Stationen. Daher kann man davon ausgehen, daß zwischen Mai und Oktober rund 60 Prozent der Varianz der Erntegelegenheiten durch die Seehöhe erklärt werden und nur die restlichen 40 Prozent durch regional unterschiedliche Bedingungen. Im September und Oktober spielen diese regionalen Unterschiede eine wesentlich größere Rolle. Höhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Bodentrocknung und Silage in der zweiten Maihälfte 9 8

Silage Bodentrocknung

Erntegelegenheiten

7

Exponentiell (Silage) Exponentiell (Bodentrocknung)

6

-0.0013x

y = 3.1788e

5

2

R = 0.6268

4 -0.0012x

y = 7.9268e

3

2

R = 0.6668 2 1 0 0

500

1000

1500

2000

2500

Seehöhe

Abbildung 54: Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung ( Stationswerte und exponentielle Regression) in der zweiten Maihälfte. Mehr als 60 Prozent der Varianz in den Stationsergebnissen kann durch die Höhenabhängigkeit erklärt werden. Die Ergebnisse für Belüftungsheu liegen zwischen denen von Silage und Bodentrocknung. Exemplarisch sind in dieser Graphik auch die Regressionsgleichungen angegeben.

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Höhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung in der zweiten Julihälfte 14

Silage

Anzahl der Erntegelegenheiten

12

Bodentrocknung Expon. (Silage) 10

Expon. (Bodentrocknung)

8

6

R2 = 0.6361

4

2

R2 = 0.6136

0 0

500

1000

1500

2000

2500

Seehöhe

Abbildung 55: Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung ( Stationswerte und exponentielle Regression) in der zweiten Julihälfte. Mehr als 60 Prozent der Varianz in den Stationsergebnissen kann durch die Höhenabhängigkeit erklärt werden. Die Ergebnisse für Belüftungsheu liegen zwischen denen von Silage und Bodentrocknung.

Höhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung in der zweiten Septemberhälfte 7 Silage Bodentrocknung Expon. (Silage) Expon. (Bodentrocknung)

Anzahl der Erntegelegenheiten

6

5

4

3

2 R2 = 0.0277 1 R2 = 0.0345 0 0

500

1000

1500

2000

2500

Seehöhe

Abbildung 56: Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung ( Stationswerte und exponentielle Regression) in der zweiten Septemberhälfte. Zu diesem Termin kann keine Höhenabhängigkeit mehr festgestellt werden. Die Ergebnisse für Belüftungsheu liegen zwischen denen von Silage und Bodentrocknung.

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Verlauf des Bestim m theitsm asses (R²) der Höhenregression w ährend der Vegetationsperiode 0.8

Silage Belüftung

0.7

Bodentrocknung Bestimmtheitsmaß R²

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0 1. Maihälf t e

2. Maihälf t e 1. Junihälf t e 2. Junihälf t e 1. Julihälf t e

2. Julihälf t e

1. Aughälf t e 2. Aughälf t e 1. Sept hälf t e 2. Sept hälf t e 1. Okt hälf t e

2. Okt hälf t e

H a l b m o na t e

Abbildung 57: Jahresgang des Bestimmtheitsmaßes (r²) für die Höhenregression der Erntegelegenheiten. Von Mai bis Ende August kann rund 60 Prozent der Varianz in den Stationsdaten für alle drei Ernteverfahren durch die Seehöhe erklärt werden. Ab der ersten Septemberhälfte sinkt dieser Zusammenhang und in der zweiten Septemberhälfte sowie der ersten Oktoberhälfte kann keine Höhenabhängigkeit festgestellt werden. Erst in der zweiten Oktoberhälfte tritt wieder eine Höhenabhängigkeit auf. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß unser Auswerteverfahren durchaus plausible Werte für die einzelnen Stationen liefert. Vergleiche mit anderen Auswerteverfahren wie zum Beispiel von Luder sind nur bedingt möglich, da diese meist eine andere räumliche und zeitliche Auflösung haben. Trotzdem haben wir versucht für einige Stationen diesen Vergleich durchzuführen. Ein Vergleich von Stationsergebnissen mit Ergebnissen anderer Autoren ist prinzipiell schwierig, da regionale Klimaeffekte einen großen Einfluß auf die Ergebnisse haben. Deshalb erscheint es nicht sinnvoll, diese Stationsdaten mit Ergebnissen anderer Standorte in der Schweiz oder in Deutschland zu vergleichen. Man kann aber als Vergleich die Ergebnisse für ähnliche Klimagebiete in der Schweiz und in Deutschland heranziehen. Die verfügbaren Feldarbeitstage für die Klimagebiete in der Schweiz sind dem Datenkatalog für den Arbeitsvoranschlag (NÄF 1998) beigelegt. Allerdings sind die Werte nicht nach Halbmonaten gesondert angegeben, sondern nur als Mittelwerte für Frühjahr, Sommer und Herbst. Im Zuge der Anpassung des schweizer Arbeitsvoranschlages für Österreich wurden auch die Klimagebiete für die verfügbaren Feldarbeitstage anhand der Niederschlagsverteilung auf Österreich übertragen. Zusätzlich kommt eine neu definierte Klimaregion - das Pannonikum für Österreich dazu. Nach dieser Einteilung würde Gumpenstein in der Klimazone 5 liegen. In dieser Klimazone stehen nach dem schweizer Modell im Frühjahr und Herbst pro Halbmonat etwa 2 Erntegelegenheiten für Bodenheu, 2,7 für Belüftungs- und 4,1 Erntegelegenheiten für Anwelksilage zur Verfügung. Im Sommer sind es pro Halbmonat 3,5 Erntegelegenheiten für Bodenheu, 3,9 für Belüftungsheu und 4,6 Erntegelegenheiten für Anwelksilage. Verglichen mit diesen Werten, liegen die Ergebnisse unseres Auswertungsmodells für Gumpenstein

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etwas niedriger. Vor allem für Bodenheu gibt es nach unseren Berechnungen mindestens eine Erntegelegenheit weniger, vor allem im Frühjahr und im Herbst. Am Standort Groß-Enzersdorf hingegen stimmen die Werte gut mit dem schweizer Modell überein. Für die Klimastufe 1, die unserem Pannonikum entspricht, gibt es im Frühjahr pro Halbmonat 4,8 Erntegelegenheiten für Bodenheu, 5,9 für Belüftungsheu und 6,7 für Anwelksilage. Im Sommer gibt es pro Halbmonat 7,2 Erntegelegenheiten für Boden- und Belüftungsheu und 7,6 für Anwelksilage. Nach unseren Berechnungen liegen die Erntegelegenheiten pro Halbmonat im Frühjahr am Standort Groß-Enzersdorf für Bodenheu zwischen 2 und 4, für Belüftungsheu zwischen 3 und 5,7 und für Anwelksilage zwischen 5 und 7,8. Im Sommer liegen die Erntegelegenheiten pro Halbmonat für Bodenheu zwischen 7 und 8, für Belüftungsheu rund zwischen 8 und 10 und für Anwelksilage zwischen 10 und 13. Die Werte aus dem Datenkatalog des Arbeitsvoranschlages (NÄF 1998) sind allerdings Mittelwerte für eine ganze Klimaregion. Einzelne Stationen können davon mehr oder weniger stark abweichen. Im allgemeinen fällt auf, daß die Unterschiede zwischen Heu- und Silagebereitung nach unserer Methode stärker sind. Dies erscheint aber plausibel, da für die Einfuhr der Anwelksilage oft nur ein Schönwettertag genügt, während vor allem für Bodenheu meistens 3 Schönwettertage hintereinander benötigt werden. In ihrer Arbeit für Deutschland verwendet AUGTER (1991) zwar die gleiche zeitliche Auflösung wie wir, also auch Halbmonate, doch teilt sie Deutschland in 12 Klimaregionen ein (KTBL 1996). Daher ist die räumliche Auflösung wesentlich gröber. Die mit Österrreich am ehesten vergleichbaren Gebiete Deutschlands nämlich der alpine Bereich und das Alpenvorland liegen dabei in den Klassen 2 und 4. In der Klasse zwei, in der auch Gumpenstein liegen würde, gibt es sowohl für Belüftungs- als auch für Bodentrocknung Null Erntegelegenheiten für den gesamten Mai bei der Silage liegen sie bei 1 und 2. Damit sind unsere Werte etwas höher als die von Augter. Das Maximum im Sommer beträgt 5, 4 und 3 für Boden-, Belüftungstrocknung und Silage und ist damit etwas höher als unsere Werte. Für die Klasse 4, welche am ehesten mit dem Donautal in Oberösterreich verglichen werden kann, kommen im Mai Null bzw. 1 Erntegelegenheit für Bodentrocknung, 1 für Belüftungstrocknung und 3 Erntegelegenheiten für Silage vor. Nach unserer Methode ergeben sich rund 1 bis 2 Erntegelegenheiten für Bodentrocknung, zwischen 2 und 3 für Belüftung und um 4 für Silage. Somit liegen unsere Werte etwas höher. Die Maxima liegen bei Augter bei 7, 6 und 5 Erntegelegenheiten, nach unserer Methode zwischen 7 und 8 für Silage, zwischen 5 und 6 für Belüftungstrocknung und um 4 für Bodentrocknung. Generell kann gesagt werden, daß unsere Ergebnisse besser mit den Ergebnissen von Augter als mit den Ergebnissen von LUDER (1982) übereinstimmen. Dies liegt wahrscheinlich daran, daß Augter die gleiche zeitliche Auflösung wie wir verwendet. Die größten Unterschiede treten im Mai auf, wobei die Werte von LUDER (1982) höher und die Werte von AUGTER (siehe KTBL 1996) niedriger als unsere Ergebnisse sind.

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9. Beschreibung des Interpolationsverfahrens Ziel dieses Projektes war nicht nur die Auswertung aller österreichischen meteorologischen Stationen bezüglich der Erntegelegenheiten für Rauhfutter und Getreide, sondern auch die Übertragung dieser Stationsdaten in die Fläche, damit die Ergebnisse für die spätere Einbindung in ein „Arbeitsvoranschlagsmodell“ geeignet sind. Diese Interpolation in die Fläche (in der Meteorologie auch „upscaling“ genannt) wurde mit Hilfe des „Geografischen Informationssystems“ (GIS) ArcView 3.2 durchgeführt.

Abbildung 58: Residuen der einzelnen Stationen für die Bodentrocknung in der zweiten Julihälfte. Die Residuen stellen die regionalen Abweichungen vom österreichischen Mittelwert für die jeweilige Seehöhe dar. In dieses GIS wurden ein digitales Höhenmodell von Österreich mit einer räumlichen Auflösung von rund 300 m und die Ergebnisse der Stationen (inklusive der Stationskoordinaten) eingelesen. Die Interpolation erfolgte in zwei Schritten. Im ersten Schritt wurde für jeden Schwellenwert und jeden Halbmonat aus allen Stationen die mittlere Seehöhenabhängigkeit für Österreich mittels exponentieller Regression berechnet. Aus dieser Regression wurde der theoretische Wert für jede Station berechnet. Dieser aus der Seehöhenregression berechnete Stationswert wurde vom realen Stationswert abgezogen. Dadurch bekommt man für jede Station einen Residuenwert, der angibt, ob diese Station mehr oder weniger Erntegelegenheiten aufweist als dem österreichischen Durchschnitt in dieser Seehöhe entspricht. Diese Residuen geben daher den regionalen Einfluß auf die Erntegelegenheiten wieder. Ein Beispiel ist in Abbildung 58 dargestellt. Diese Residuen

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besitzen keine Seehöhenabhängigkeit mehr und können dadurch mit einem Standardverfahren in die Fläche interpoliert werden. Wir haben dafür das „Kriging“-Verfahren gewählt. Diese geostatistische Methode interpoliert unter der Bedingung, das die Varianz der geschätzten Werte minimiert wird. Eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens findet sich bei WAKERNAGEL (1995). Ein Beispiel dieser Residuenfläche ist in Abbildung 59 zu sehen. Als letzter Schritt wurden das Feld, berechnet aus der mittleren Seehöhenabhängigkeit und das Residuenfeld miteinander addiert. Dadurch kann für jeden Gitterpunkt (Größe rund 10 ha) ein Wert für die Anzahl der Erntegelegenheiten angegeben werden.

Abbildung 59: Die durch Kriging in die Fläche interpolierten Residuen für die Bodentrocknung zweite Julihälfte und die dafür verwendeten Stationswerte. Die dunkelgrünen Flächen bedeuten eine positive Abweichung und die hellen bis weißen Flächen eine negative Abweichung.

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10. Interpretation der Interpolationsergebnisse Diesem Endbericht werden nach Rücksprache mit dem Auftraggeber auch 16 Karten mit Ergebnissen in gedruckter Form beigelegt. Dabei handelt es sich um eine Auswahl der wichtigsten Termine und Ertragsmengen für die Rauhfutterente und die Getreideernte. Insgesamt wurden 114 Österreichkarten für verschiedene Verfahren und Ertragsstufen erstellt. Die verfügbaren Feldarbeitstage sind für alle Halbmonate von Mai bis Oktober vorhanden. Für den Endbericht erschien es sinnvoll, nicht alle 114 Karten, sondern nur eine Auswahl der wichtigsten Karten auszudrucken und zu diskutieren. Die nicht ausgewählten Karten sind auf der beigelegten CD im JPEG - Format abgespeichert und können mit einem GraphikProgramm (z.B. Photo-Shop) oder mit einem Internet-Browser geöffnet werden. Folgende Karten werden dem Endbericht in gedruckter Form beigelegt: Für den ersten Schnitt: Zweite Maihälfte Silage, Belüftungsheu und Bodenheu jeweils mittlere Ertragsstufe Für den 2. und 3. Schnitt: Zweite Junihälfte Silage, Belüftungsheu und Bodenheu jeweils niedrige Ertragsstufe Erste Julihälfte Bodenheu niedrige Ertragsstufe Zweite Julihälfte Silage, Belüftungsheu und Bodenheu jeweils niedrige Ertragsstufe Erste Augusthälfte Silage, Belüftungsheu und Bodenheu jeweils niedrige Ertragsstufe Zweite Septemberhälfte Silage, Belüftungsheu und Bodenheu jeweils niedrige Ertragsstufe -

Alle Karten für den 2. Schnitt von Bodenheu geben auch die verfügbaren Feldarbeitstage für die Getreideernte wieder, d.h. daß durch unsere Kartenauswahl auch die Feldarbeitstage für die Getreideernte von der 2. Juni- bis zur ersten Augusthälfte berücksichtigt sind. Bei der Auswahl der Karten wurde für den ersten Schnitt jeweils die mittlere (40 – 45 dt TM/ha) und für den 2. Schnitt die niedrige Ertragsstufe (30 dt TM/ha) gewählt. BUCHGRABER (1998) gibt an, daß die Grünlanderträge in Österreich eher im mittleren bis unteren Bereich liegen. In Tallagen betragen die mittleren jährlichen TM-Erträge pro ha auf Einschnittflächen 43 dt, auf Zweischnittflächen 55 dt, auf Dreischnittflächen 80 dt und auf Mehrschnittflächen 95 dt. Rechnet man diese Zahlen auf die einzelnen Schnitte um, kommt man pro Schnitt auf ungefähr 25 – 30 dt TM-Ertrag/ha. Da man davon ausgehen kann, daß die Erträge beim ersten Schnitt etwas höher und bei den weiteren etwas niedriger sind, entschieden wir uns bei der Kartenauswahl dafür, für den ersten Schnitt jeweils die mittlere und für den zweiten Schnitt die niedrige Ertragsstufe exemplarisch darzustellen. Auch bei den eigenen Abtrocknungsversuchen in Gumpenstein lagen die TM-Erträge pro ha zwischen 25 und 35 dt, wobei die Erträge beim ersten Schnitt im Mai etwas höher als die im Juli waren. Aus diesen Ergebnissen und den Angaben von BUCHGRABER (1998) zeigt sich, daß die Grünlanderträge in Österreich, vor allem beim zweiten und allen weiteren Schnitten, noch unterhalb der niedrigsten von LUDER (1982) angegebenen Ertragsklasse liegen können. Da bei geringeren Erträgen auch die benötigte SDS abnimmt, kann es sein, daß für niedrige Erträge tatsächlich mehr Erntegelegenheiten zur Verfügung stehen, als mit dem niedrigsten Schwellenwert nach LUDER (1982) berechnet wurden. Zu den Schnittzeitpunkten findet sich bei BUCHGRABER (1998) eine Übersicht über mittlere Schnittzeitpunkte (Durchschnitt von 5 Jahren) von 6 Standorten in Niederösterreich. Bei den 88

Dreischnittflächen wären dies die zweite Maihälfte für den ersten Schnitt, sowie die zweite Juli- und zweite Septemberhälfte für den zweiten und dritten Schnitt. Für die Zwei- und Vierschnittflächen kommen noch die 2. Junihälfte und die 1. Augusthälfte dazu. Das bestätigt unsere Auswahl. Auch die eigene Auswertung von Tagebuchaufzeichnungen, die zur Evaluierung der Ergebnisse durchgeführt wurde, zeigt ein ähnliches Ergebnis. Es wurden bei 9 landwirtschaftlichen Betrieben aus verschiedenen Bundesländern die Schnittzeitpunkte für Heu und Silage aus den Arbeitstagebüchern ermittelt. Die Aufzeichnungen umfassen je nach Betrieb zwischen 3 und 25 Jahre. Auf den meisten Standorten wird sowohl Heu als auch Silage am häufigsten in der zweiten Maihälfte geschnitten. Der zweite Schnitt Heu wurde zum Großteil in der zweiten Julihälfte eingebracht. Bei der Silage konnte keine eindeutige Tendenz mehr festgestellt werden. Für die Kartendarstellung wurde eine Klassenbreite von einer Erntegelegenheit gewählt. Dies ergibt 13 verschiedene Farbabstufungen. Die Gebiete über 2000 m Seehöhe werden weiß dargestellt, da für die Höhenregression nur Stationen bis zu einer Höhe von 2200 m verwendet wurden und daher die Regression in höheren Gebieten nicht mehr unbedingt gelten muß. Auch sind die Gebiete über 2000 m nicht mehr relevant für die Rauhfutterernte. Es wurde für alle Karten die gleiche Farbskala verwendet. Dadurch können die verschiedenen Ernteverfahren und Halbmonate direkt verglichen werden. In den Karten für die zweite Maihälfte erkennt man sehr gut, daß in den höheren Regionen noch ziemlich schlechte Erntebedingungen vorherrschen. Für Bodentrocknung werden in diesen Höhenlagen verbreitet weniger als eine Erntegelegenheit berechnet. Auch die klimatologisch benachteiligten Gebiete des Wald- und Mühlviertels kommen sehr schön heraus. In den inneralpinen Tälern, dem Grazer und Klagenfurter Becken und dem Donautal hingegen werden Werte um 3 Erntegelegenheiten erreicht und im Marchfeld und dem Weinviertel werden sogar verbreitet bis zu 4 Erntegelegenheiten erreicht. Für Silage und Belüftungstrocknung ergibt sich ein ähnliches Bild, wobei die Absolutwerte natürlich zunehmen. In diesen Karten kommen die Strukturen stärker hervor, da hier auch in höheren Lagen mehr als eine Erntegelegenheit erreicht wird. Sehr deutlich erkennt man die inneralpinen Tallagen wie Rhein-, Inn- und Salzachtal, die durch die Abschattung der Gebirge weniger häufig Niederschlag abbekommen als die umliegenden Berge. Für die anderen Halbmonate bis August ergibt sich ein ähnliches Bild, wobei sich die Absolutwerte ungefähr so verändern, wie in den Jahresgängen für die einzelnen Stationen in Kapitel 8 beschrieben. Generell weisen diese Karten eine sehr große Ähnlichkeit mit der Karte für die Niederschlagshäufigkeit in Österreich (AUER 1991) auf. Dies ist auch nicht verwunderlich, da der Niederschlag eines der Hauptkriterien des Auswertemodells ist. In der zweiten Septemberhälfte herrschen wieder sehr schlechte Erntebedingungen. Nur im Osten Österreichs und auf den ersten Blick überraschend im oberen Inntal kommen bei Silage mehr als 2 Erntegelegenheiten vor. Die relativ guten Bedingungen im oberen Inntal können durch die zu dieser Jahreszeit recht häufigen Föhnsituationen erklärt werden. Generell kann gesagt werden, daß die Karten sehr übersichtlich die unterschiedlichen Erntebedingungen in den verschiedenen Regionen Österreichs darstellen. Natürlich kann durch die Interpolation in die Fläche ein zusätzlicher Fehler für die Gebiete zwischen den Stationen verursacht werden. Durch die große Dichte der Stationen und das zweistufige Interpolationsverfahren sollte dieser Fehler bei den vorliegenden Karten jedoch gering sein.

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11. Möglichkeiten und Grenzen des Auswerteverfahrens Die Ergebnisse der verfügbaren Erntegelegenheiten für die Rauhfutter- und Getreideernte stellen eine wichtige Information für die betriebliche Planung in der Landwirtschaft dar. Für die richtige Interpretation der Ergebnisse müssen jedoch folgende Punkte berücksichtigt werden: Unser Auswerteverfahren ist objektiv. Das heißt es werden die meteorologischen Informationen, die Schwellenwerte für die Erntegelegenheiten und die Seehöhe (für die Interpolation in die Fläche) ohne zusätzliche empirische Informationen für bestimmte Regionen miteinander verknüpft. Nach unseren Kenntnissen entsprechen die Ergebnisse durchaus der Realität, wobei die Validierung jedoch äußerst schwierig bzw. kaum möglich ist. Die Ergebnisse müssen und sollen daher von erfahrenen Praktikern für ihre Regionen auf die Plausibilität überprüft werden. Sollten hierbei gröbere Diskrepanzen zwischen Modell und Beobachtungen auftreten, müßten weitere Untersuchungen bezüglich der Schwellenwerte der Ernteverfahren und/oder der Tauparametrisierung gemacht werden. Die Ergebnisse erlauben einen objektiven Vergleich zwischen verschiedenen Ernteverfahren, verschiedenen Regionen und Ernteterminen in Österreich. Der direkte Vergleich der Absolutwerte mit Ergebnissen aus anderen Ländern ist nur bedingt möglich, da diese eine andere räumliche und zeitliche Auflösung besitzen. Durch die Interpolation in die Fläche kann zwar für jeden Gitterpunkt mit der Größe von rund 10 ha ein Wert angegeben werden, die wirkliche meteorologische Information liegt jedoch in einer räumlichen Auflösung von einigen zehn Kilometern vor. Lokale Besonderheiten die unter dieser räumlichen Größenordnung liegen, können durch das Interpolationsverfahren nicht berücksichtigt werden. Die berechneten Ergebnisse beziehen sich immer auf eine horizontale Fläche die nicht abgeschattet ist (außer durch Gebirge). Für die Abtrocknung spielt natürlich die Abschattung, die Ausrichtung und die Hangneigung eine wichtige Rolle. Diese Faktoren müssen durch den Benutzer berücksichtigt werden. Die Ergebnisse dürfen nur klimatologisch interpretiert werden. Das heißt, sie geben einen mittleren Zustand für einen Punkt an. Aussagen über einzelne Jahre sind nicht möglich. Im Auswerteverfahren wird die Futterzusammensetzung nicht berücksichtigt. Auch der Einfluß des Untergrundes (Bodenart und Feuchtigkeit) wird vernachlässigt. Die Ergebnisse des Auswerteverfahrens hängen stark von den verwendeten Schwellenwerten ab. Diese Schwellenwerte wurden aus der Literatur übernommen und adaptiert. Nun sind die Schwellenwerte der einzelnen Autoren zwar von der gleichen Größenordnung, aber es ergibt sich doch eine gewisse Bandbreite, da jeder Abtrocknungsversuch unterschiedliche Bedingungen aufweist. Dies kann unser Modell nicht berücksichtigen. Dazu wäre ein „Fuzzylogic“ Ansatz eine adequate Alternative. Um diesen Ansatz umsetzen zu können, müßten sehr viele Abtrocknungsversuche zu unterschiedlichen meteorologischen und räumlichen Bedingungen für die Kalibrierung des Modells vorhanden sein, was jedoch nicht der Fall ist. 90

12. Datenstruktur auf der Ergebnis-CD Auf der Ergebnis – CD sind die Ergebnisse von allen Stationen für die Perzentile 50, 60,70,80 und 90 Prozent im Verzeichnis „data“ als Excel – file (Stationsergebnisse.xls) abgespeichert. Die Ergebnisse für das 80 Prozent Perzentil sind auch als Access Datenbank abgespeichert. Diese beinhaltet auch die berechneten Höhenregressionen. Weiters ist im Verzeichnis „data“ eine Access-Datenbank (vfat.mdb) gespeichert, welches in der Tabelle „Regression“ alle Höhenregressionen für die flächige Interpolation beinhaltet. Die Regressionsgleichung hat die Form f(z) =a *exp(b*z). In der Tabelle sind sowohl die Werte für a und b als auch der dazugehörende Regressionskoeffizient (R²) angegeben. Im Verzeichnis „vfat-image“ sind alle 114 Ergebniskarten als Bilddateien (JPEG-Format) abgespeichert. Diese können von jedem PC zum Beispiel mittels Internet – Browser angeschaut werden. Auf der CD sind auch alle Ergebnisse als ArcView Shape files abgespeichert. Diese können mit dem Programm ArcView im vollen Umfang betrachtet und auch bearbeitet werden. Die Karten im Shape – Format liegen im Verzeichnis „vfat-shape“. Im Verzeichnis „shape“ befinden sich die Dateien, die für das Layout notwendig sind, wie die Staats- und Landesgrenzen usw., aber auch die gesamte Information der Stationen. Das Gesamtergebnis in gegriddeter Form, wo wirklich für jeden Gitterpunkt ein Wert vorliegt übersteigt die Speicherkapazität einer CD. Dafür werden 3 CDs benötigt. Diese werden gesondert dem Auftraggeber übergeben. Auf der CD ist auch das Programm „Arcexplorer“ abgespeichert. Dieses erlaubt in eingeschränktem Umfang ArcView Shape-files zu betrachten.

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13. Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Gesamterntemengen an Silage, Heu und Grünfutter in Österreich 1995 (BUCHGRABER 1998) ........................................................................................................... 4 Tabelle 2: Endfeuchten für verschiedene Konservierungsarten von Halmgut (LUDER 1982). 15 Tabelle 3: Erforderliche Sättigungsdefizitsummen (hPa*h) zur Trocknung des Grüngutes für verschiedene Konservierungsverfahren (SPATZ ET AL. 1970). .......................................... 17 Tabelle 4: Erforderliche Sättigungsdefizitsummen in g Wasser/m³ Luft *h bei verschiedenen Konservierungsverfahren, Hektarerträgen und Altersstadien – bezogen auf eine Seehöhe von 400 masl (LUDER 1982)............................................................................................. 22 Tabelle 5: Durch den Verlust an Trocknungszeit bedingte Zuschläge für die Einbringung von Anwelksilage, Belüftungsheu und Bodenheu in g/m3*h (LUDER 1982). ........................... 22 Tabelle 6: Vergleich verschiedener Schwellenwerte aus der Literatur für die Erzeugung von Anwelksilage, Belüftungs- und Bodenheu. ....................................................................... 29 Tabelle 7: Anfangs- und Endtrockensubstanzgehalte von Bodenheu im Mai und im Juli...... 52 Tabelle 8: Ergebnisse der Taumessungen durch Wiegung einer Heuprobe während der Abtrocknungsversuche im Mai und im Juli. ..................................................................... 56 Tabelle 9: Benötigte SDS [gm-3h] zur Trocknung von Bodenheu (Restfeuchte Ft: 33,3%); SDS gesamt (01-24 h), SDS ermittelt nach der Methode von LUDER (09-18 h) und SDS korrigiert aufgrund der Ergebnisse der eigenen Taumessungen ..................................... 59 Tabelle 10: Modifizierte Schwellenwerte für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Rauhfutter- und Getreideernte (= 2. Schnitt Bodenheu) in Österreich. ............... 61 Tabelle 11: Übersicht über den Ablauf und die Vorgangsweise bei der Tauparametrisierung. .......................................................................................................................................... 63 Tabelle 12: Vergleich von Schnitterminen im Jahr 1998 aus Arbeitstagebuchaufzeichnungen von 3 Betrieben mit den Stationsergebnissen der nächstgelegenen Wetterstationen. ..... 71 Tabelle 13: Übersicht über alle zur Berechnung der verfügbaren Erntegelegenheiten verwendeten Klimastationen in Österreich .................................................................... 100

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14. Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Meteorologische Einflußfaktoren auf die verfügbaren Feldarbeitstage.............. 7 Abbildung 2: Einfaches Modell des Transfers von Wärme und Wasserdampf aus einem Schwad (THOMPSON 1981)................................................................................................. 9 Abbildung 3: Der Sättigungsdampfdruck des Wasserdampfes als Funktion der Temperatur, die aktuelle Dampfdruckkurve in Abhängigkeit von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte und das Sättigungsdefizit als deren Differenz .............................................. 13 Abbildung 4: Beispiel für einen Tagesverlauf der Sättigungsdefizite (Hohe Warte, gemittelte Werte für Mai 1959 bis Mai 1989) Typischer Tagesgang für eine Flachlandstation ...... 14 Abbildung 5: Verlauf von Abtrocknungskurven (SDS 9 – 18 Uhr) ohne Aufbereiter und mit Aufbereitern (PÖLLINGER 1997) ....................................................................................... 16 Abbildung 6: Die Abnahme des Wassergehaltes von Heu und Grummet bei der Bodentrocknung in Abhängigkeit von der SDS (VON SPATZ ET AL. 1970) ..................... 17 Abbildung 7: Übertragung der Versuchsergebnisse des 1. Schnittes auf die übrigen Höhenstufen (LUDER 1982) .............................................................................................. 19 Abbildung 8: Modellschema zur Klassierung der Kalendertage aufgrund von 5 Parametern (LUDER, 1982) .................................................................................................................. 24 Abbildung 9: Relative Häufigkeit der Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme von der gemessenen SDS in Wien Hohe Warte............................................................... 31 Abbildung 10: Zusammenhang zwischen Tages–SDS und dem durch die Schätzung mittels linearer Regression begangenen Fehler............................................................................ 32 Abbildung 11: Tagesgang eines „Ausreißertages“ am Feuerkogel.......................................... 33 Abbildung 12: Extreme und Mittelwert der mittleren Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, aus der Periode 1959 bis 1991 in Wien Hohe Warte.................................... 34 Abbildung 13: Extreme und Mittelwert der mittleren Streuung der Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, Periode 1959 bis 1991 in Wien Hohe Warte.......... 34 Abbildung 14: Extreme und Mittelwert der mittleren Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, aus der Periode 1961 bis 1990 in Feldkirch (Vorarlberg). ........................... 35 Abbildung 15: Extreme und Mittelwert der mittleren Streuung der Abweichung der geschätzten Sättigungsdefizitsumme unter Verwendung verschieden langer Datenkollektive für die Regression, Periode 1961 bis 1990 in Feldkirch (Vorarlberg) .. 35 Abbildung 16: Mittlerer Tagesgang des Sättigungsdefizites der einzelnen Monate während der Vegetationsperiode in Wien Hohe Warte......................................................................... 36 Abbildung 17: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Sättigungsdefizitsumme für die einzelnen Monate und im Mittel über die Vegetationsperiode in Wien Hohe Warte.37 Abbildung 18: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Tagessättigungsdefizitsumme für die einzelnen Monate und im Mittel über die Vegetationsperiode am Feuerkogel.... 38 Abbildung 19: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode in Graz (Talstation) und am Schöckl (Bergstation). ... 38 Abbildung 20: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode in Salzburg (Talstation) und St. Kolomann (Bergstation)..................................................................................................................... 39

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Abbildung 21: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode (April - Oktober) an ausgewählten Hügelstationen (braun) und Talstationen (gelb) in Österreich. ................................................................. 40 Abbildung 22: Mittlerer Tagesgang des relativen Anteils an der Sättigungsdefizitsumme während der Vegetationsperiode (April - Oktober) in St. Kolomann (1000 masl) und Mariapfarr (1120 masl). ................................................................................................... 40 Abbildung 23: Der Tagesgang des Sättigungsdefizites (absolut und relativ) am Feuerkogel im Mittel über die Vegetationsperiode und als Mittel von 59 Schönwettertagen ................. 41 Abbildung 24: Vergleich der durch Schätzung der Tagessättigungsdefizitsumme entstehenden Fehler am Feuerkogel....................................................................................................... 42 Abbildung 25: Langjähriger Monatsmittelwert der relativen Sonnenscheindauer in Graz und am Schöckl während der Vegetationsperiode .................................................................. 43 Abbildung 26: Mittlere monatliche Transmissivität der Globalstrahlung im Mai in Österreich. .......................................................................................................................................... 44 Abbildung 27: Mittlere monatliche Transmissivität der Globalstrahlung im August in Österreich ......................................................................................................................... 44 Abbildung 28: Höhenabhängigkeit der Transmissivität für die Monate Mai und August in Österreich.. ....................................................................................................................... 45 Abbildung 29: Tagesverlauf der Sättigungsdefizite von 26. – 28. Mai 1999 in Gumpenstein.51 Abbildung 30: Tagesverlauf der Sättigungsdefizite von 19. – 21. Juli 1999 in Gumpenstein. 51 Abbildung 31 : Vergleich der Sättigungsdefizite bei den Abtrocknungsversuchen im Mai und im Juli 1999............................................................................................................... 52 Abbildung 32: Veränderung des Feuchtegehaltes auf den Großparzellen während des zweiten Abtrocknungsversuches (19.-21. Juli).............................................................................. 53 Abbildung 33: Verlauf der Abtrocknungskurve auf den Groß- bzw. Kleinparzellen: 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999. ........................................................................................................... 54 Abbildung 34: Verlauf der Differenz zwischen Taupunktstemperatur in 20 cm Höhe und der gemessenen Oberflächentemperatur: 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999. ............................... 55 Abbildung 35: Ergebnisse der Taumessung durch Wiegung einer Heuprobe in der Nacht von 26.05. auf 27.05................................................................................................................ 56 Abbildung 36: Verlauf der Abtrocknungskurve auf den Groß- bzw. Kleinparzellen korrigiert nach der Methode von LUDER (1982): 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999............................ 57 Abbildung 37: Verlauf der Abtrocknungskurve auf den Groß- bzw. Kleinparzellen korrigiert nach eigenen Taumessungen: 2. Schnitt 19. – 21. Juli 1999............................................ 58 Abbildung 38: Mittlerer relativer Tagesgang des Sättigungdefizites von 6 ausgewählten Flachlandstationen für den Zeitraum April bis Oktober. ................................................. 60 Abbildung 39: Mittlerer Tagesgang der Temperatur in Gumpenstein in der Periode Mai bis Oktober............................................................................................................................. 62 Abbildung 40: Die Anzahl der verwendeten Jahre an Tages- und Stundendaten aller 188 (Tag) und 83 (Stunden) meteorologischen Stationen................................................................. 66 Abbildung 41: Höhenverteilung der verwendeten meteorologischen Stationen mit Tagesdaten. .......................................................................................................................................... 66 Abbildung 42: Das verwendete digitale Höhenmodell von Österreich und die Verteilung der verwendeten meteorologischen Stationen........................................................................ 67 Abbildung 43: Schematische Darstellung des Auswahlverfahrens.......................................... 69 Abbildung 44: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftung- und Bodentrocknung in Groß Enzersdorf (Datenbasis 48 Jahre) in der zweiten Maihälfte............................................................................................................. 73

94

Abbildung 45: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Gumpenstein (45 Jahre) in der zweiten Maihälfte. .......................................................................................................................................... 75 Abbildung 46: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Groß Enzersdorf (Datenbasis 48 Jahre) in der zweiten Julihälfte.............................................................................................................. 76 Abbildung 47: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Gumpenstein (Datenbasis 45 Jahre) in der zweiten .......................................................................................................................................... 76 Abbildung 48: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Groß Enzersdorf (Datenbasis 48 Jahre) in der zweiten Septemberhälfte. ................................................................................................. 77 Abbildung 49: Relative und kumulative Häufigkeit der Erntegelegenheiten für Silage, Belüftungs- und Bodentrocknung in Gumpenstein (Datenbasis 45 Jahre) in der zweiten Septemberhälfte................................................................................................................ 78 Abbildung 50: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) in Groß Enzersdorf als Beispiel für den pannonischen Raum............................................................................... 79 Abbildung 51: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) in Gumpenstein im Ennstal als Beispiel für die inneralpinen Tallagen .......................................................... 80 Abbildung 52: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) in Preitenegg als Beispiel für alpine Hügellagen......................................................................................... 80 Abbildung 53: Jahresgang der Anzahl der Erntegelegenheiten (80%) am Feuerkogel als Beispiel für hochalpine Lagen.......................................................................................... 81 Abbildung 54: Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung ( Stationswerte und exponentielle Regression) in der zweiten Maihälfte....................... 82 Abbildung 55: Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung ( Stationswerte und exponentielle Regression) in der zweiten Julihälfte........................ 83 Abbildung 56: Seehöhenabhängigkeit der Erntegelegenheiten für Silage und Bodentrocknung ( Stationswerte und exponentielle Regression) in der zweiten Septemberhälfte ............ 83 Abbildung 57: Jahresgang des Bestimmtheitsmaßes (r²) für die Höhenregression der Erntegelegenheiten. .......................................................................................................... 84 Abbildung 58: Residuen der einzelnen Stationen für die Bodentrocknung in der zweiten Julihälfte ........................................................................................................................... 86 Abbildung 59: Die durch Kriging in die Fläche interpolierten Residuen für die Bodentrocknung zweite Julihälfte und die dafür verwendeten Stationswerte. ................ 87

95

15. Literaturverzeichnis ABTEW, W. und J. OBEYSEKERA (1995): Estimation of Energy-Requirement of Morning Dew Evaporation from Leaf Surfaces. In: Water Resources Bulletin, vol. 31/2 S. 217-225. AGENA, M. U., BÄTJER, D. und D. WESSELS (1968): Wieviel Einfuhrtage stehen im norddeutschen Raum für die Bergung von Winterfutter zur Verfügung? In: Meteorologische Rundschau, Nr. 21 S. 169-175. AUER, I. (1991): Mittlere jährliche Anzahl von Niederschlagstagen > 1,0 mm, ZAMG, Wien. AUGTER, G. (1991): Verfügbare Rauhfuttererntetage. In: Landtechnik, 46/6, S. 293-298. AUGTER, G. (1992): Verfügbare Mähdruschstunden. In: Landtechnik, 47/7-8, S. 392-395. ATZEMA, A. J.(1992): A Model for the Drying of Grass with Realtime Weather Data. In: Journal of agricultural engineering Research, vol. 53, S. 231-247. BAIER, W. (1966): Studies on Dew Formation under semi-arid Conditions. In: Agricultural Meteorology, vol. 3, S. 103-112. BENVENUTI, L., CAVALLI, R. UND OTT A. (1995): Forage Conditioning under Alpine Environmental Conditions. In: Journal of agricultural engineering Research, vol. 61, S. 107114. BMLF (1999): Bericht über die Lage der österreichischen Landwirtschaft 1998, 40. Grüner Bericht, Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Wien. BRÜCK, I. G. UND E. VAN ELDEREN (1969): Field Drying of Hay and Wheat. In: Journal of Agricultural Engineering Research, vol. 2, S. 105-116. BUCHGRABER K., DEUTSCH A. und G. GINDL (1994): Zeitgemäße Grünlandbewirtschaftung. Leopold Stocker Verlag, Graz. BUCHGRABER K. (1998): Nutzung und Konservierung des Grünlandfutters im österreichischen Alpenraum. Habilitationsschrift an der Universität für Bodenkultur, Wien. BURRAGE, S. W. (1972): Dew on Wheat. In: Agricultural Meteorology, vol. 10, S. 3-12. DYER,

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99

16. Anhang Tabelle 13: Übersicht über alle zur Berechnung der verfügbaren Erntegelegenheiten verwendeten Klimastationen in Österreich

Statnr

Name

Höhe

*Jahre mit Tagesdaten

Jahre mit Stundendaten

9500 ABTENAU

714

36

9900 ADMONT

646

31

784

32

3400 ALLERHEILIGEN

542

24

5700 ALTENMARKT/TRIESTING

397

21

5300 AMSTETTEN-GIESSHUEBL

318

48

7

3120 ASCHACH

282

32

15

4600 ASPACH

440

29

26

10600 ASPANG

498

28

9640 BAD AUSSEE

665

33

20000 BAD BLEIBERG

904

38

19200 BAD GLEICHENBERG

303

47

9600 BAD GOISERN

496

48

20

9610 BAD ISCHL

469

48

17

9700 BAD MITTERNDORF

808

28

17

5870 BADEN

249

43

19

1100

49

13700 BERNSTEIN

615

44

12500 BISCHOFSHOFEN

550

46

6

11100 BREGENZ

436

49

5

14800 BRENNER

1450

49

7

167

27

13300 BRUCK/MUR

489

49

14100 BUERS

567

41

19700 DELLACH

627

33

10800 DEUTSCHKREUTZ

192

27

18900 DEUTSCHLANDSBERG

410

38

18000 DOELLACH

1010

49

6600 EBENSEE

425

29

11600 EHRWALD

998

27

21300 EISENKAPPEL

623

32

18

7700 EISENSTADT

159

49

11

5101 ENNS

260

41

1480

28

439

49

10200 AFLENZ

15500 BADGASTEIN

6000 BRUCK/LEITHA

15300 ENZINGERBODEN 11110 FELDKIRCH

17

17 6

29

100

Jahre mit Tagesdaten

Jahre mit Stundendaten

1618

48

13

15800 FLATTNITZ

1438

29

1600 FREISTADT

548

48

20010 FRESACH

735

31

18600 FRIESACH

634

38

6020 FUCHSENBIGL

149

47

16600 FUERSTENFELD

273

30

400

32

1583

48

16500 GLEISDORF

375

38

6620 GMUNDEN

426

48

16400 GRAZ-FLUGHAFEN

340

49

16402 GRAZ-UNIVERSITAET

366

48

5970 GROSS-ENZERSDOERF

153

48

6910 GROSSRAMING

379

45

6700 GRUENAU

540

24

16700 GUESSING

240

22

Statnr

Name

6610 FEUERKOGEL

4800 GALLSPACH 17000 GALTUER

Höhe

21

20

12

5880 GUMPOLDSKIRCHEN

222

47

3600 GUTENBRUNN-MARTINSBERG

810

44

1760

47

14600 HAIMING

695

33

9410 HALLEIN

450

33

14500 HOCHSERFAUS

1815

37

5000 HOERSCHING

297

49

2600 HOHENAU/MARCH

155

49

14510 IMST

785

37

11801 INNSBRUCK-UNIV.

577

49

18

9810 IRDNING-GUMPENSTEIN

710

45

11

6400 IRRSDORF

570

25

700 JAPONS

520

44

11900 JENBACH

530

38

6

15340 KALS

1347

38

5

20100 KANZELHOEHE

1526

48

6

12210 HAHNENKAMM

13610 KIRCHBERG-GRAFENDORF

452

31

9000 KIRCHBICHL

498

32

12200 KITZBUEHEL

763

39

20210 KLAGENFURT

447

49

12800 KLEINSOELK

1005

22

608

30

603

37

725

40

1037

45

3500 KOENIGSWIESEN 18100 KOLBNITZ 1400 KOLLERSCHLAG 19710 KORNAT

10 8

7

9

101

Statnr

Name

Höhe

Jahre mit Tagesdaten

Jahre mit Stundendaten

3800 KREMS-LANDERSDORF

200

49

19

5010 KREMSMUENSTER

383

49

12

1062

38

2050

38

13

495

47

8

2400 LAA/THAYA

187

43

4900 LAMBACH

360

46

14400 LANDECK

818

49

1218

46

4080 LANGENLEBARN

175

36

3810 LANGENLOIS

210

33

11

19000 LEIBNITZ

275

38

8

17900 LIENZ

668

47

14

3200 LINZ/STADT

263

48

8

500 LITSCHAU

564

38

17

18200 LITZLHOF

580

17

16300 LOBMING

400

38

1067

38

612

49

1185

46

875

37

15100 KRIMML 9620 KRIPPENSTEIN 9010 KUFSTEIN

14310 LANGEN AM ARLBERG

21100 LOIBL-TUNNEL 7020 LUNZ 18110 MALLNITZ 7200 MARIAZELL 6410 MATTSEE

7

6 13

508

35

13

15000 MAYRHOFEN

643

47

8

18210 MILLSTATT

791

25

18

1503

22

13

991

37

17

491

43

2036

26

10400 MUERZZUSCHLAG

700

47

16000 NEUMARKT

842

47

7

133

46

16

1938

45

2410 OBERLEIS

420

26

4220 OBERSIEBENBRUNN

150

30

18120 OBERVELLACH

778

29

16900 OBERVERMUNT

2040

33

810

38

12520 MITTERBERG 10500 MOENICHKIRCHEN 6510 MONDSEE 15310 MOOSERBODEN

7900 NEUSIEDL AM SEE 17300 OBERGURGL

15900 OBERWOELZ 3410 PABNEUKIRCHEN 16910 PARTENEN 1210 PASSAU-OBERHAUS 14810 PATSCHERKOFEL

595

48

1028

34

409

30

2247

49

14

7

102

Statnr

Name

11910 PERTISAU

Höhe

Jahre mit Tagesdaten

Jahre mit Stundendaten

936

35

573

27

415

38

2500 POYSDORF

208

32

8

18800 PREITENEGG

1055

38

7 16

600 PFAFFENSCHLAG 10530 POTTSCHACH

580

48

18300 RADENTHEIN

7500 PUCHBERG/SCHNEEBERG

685

35

12610 RADSTADT

845

36

6

382

36

6

15400 RAURIS

945

46

8

13400 RECHBERG

926

31

8

685

26

10510 REICHENAU-RAX

486

48

2900 REICHERSBERG

350

45

646

38

900 RETZ

242

45

7

11500 REUTTE

870

29

6

4700 RIED IM INNKREIS

435

38

1410 ROHRBACH

602

48

6

6300 SALZBURG-FLUGHAFEN

430

49

8

12310 SCHMITTENHOEHE

1964

48

17

16420 SCHOECKL

1436

47

8

835

48

11300 SCHROECKEN

1263

29

12510 SCHWARZACH

600

20

7400 SCHWARZAU/GEBIRGE

612

43

5990 SCHWECHAT

178

49

13110 SECKAU

874

43

11700 SEEFELD

1200

48

185

38

855

31

19500 SILLIAN

1075

34

15410 SONNBLICK

3105

49

14

18220 SPITTAL/DRAU

524

22

19

18700 ST.ANDRAE-WINKLING

468

35

7

14300 ST.ANTON AM ARLBERG

1280

38

17700 ST.JAKOB/DEF.

1400

48

15700 ST.MICHAEL IM LUNGAU

1094

30

20400 ST.MICHAEL/BLEIBURG

500

29

272

49

33

725

27

14

4500 RANSHOFEN

3210 REICHENAU-OOE.

19800 REISACH

11200 SCHOPPERNAU

7710 SEIBERSDORF 10505 SEMMERING-MARIA SCHUTZ

5600 ST.POELTEN/HESSERK/H 16410 ST.RADEGUND

18

12

18

103

Statnr

Name

18620 ST.VEIT/GLAN

Höhe

Jahre mit Tagesdaten

Jahre mit Stundendaten

475

34

9510 ST.WOLFGANG

575

34

1910 STIFT ZWETTL

506

44

6

15910 STOLZALPE

1305

46

7

6900 TERNBERG

350

35

14630 UMHAUSEN

1036

38

545

39

12220 UTTENDORF

796

35

20110 VELDEN

535

20

17305 VENT

1908

25

20020 VILLACHER ALPE

2140

49

6

492

47

6

5112 WACHTBERG/STEYR

366

43

7010 WAIDHOFEN/YBBS

365

38

3110 WAIZENKIRCHEN

370

49

19820 WEISSENSEE-NEUSACH

941

28

18500 WEITENSFELD

705

38

580

44

465

34

410

30

9

900

28

7 9

9200 UNKEN

20120 VILLACH-SEEBACH

1800 WEITRA 16520 WEIZ 7000 WEYER 20600 WIEL

18

5901 WIEN-HOHE WARTE

202

49

5804 WIEN-MARIABRUNN

226

41

9920 WINDISCHGARSTEN

600

31

400

41

4810 WOLFSEGG

634

36

5

7603 WR.NEUSTADT-FLUGPL.

285

46

8

12320 ZELL AM SEE

753

48

16

15010 ZELL AM ZILLER

585

31

16100 ZELTWEG

669

37

8

39 17 49

12 5 33

16710 WOERTERBERG

Mittelwert Minimum Maximum

17

* Die Zahlenangabe bezieht sich auf die Anzahl an Halbmonaten (z. B. 1. Maihälfte) in denen kein Datenausfall stattfand. Dargestellt ist der Mittelwert aus den 12 Halbmonaten.

104

Zusammenfassung __________________________________________________________ I Summary_________________________________________________________________ II 1. Einleitung _______________________________________________________________ 1 2. Problemstellung __________________________________________________________ 6 3. Literaturübersicht und theoretische Grundlagen ________________________________ 7 3.1 Allgemeine Grundlagen von Abtrocknungsprozessen _________________________ 9 3.2 Das Sättigungsdefizit der Luft als Maß für die potentielle Verdunstung__________ 12 3.2.1 Grundlagen ______________________________________________________ 12 3.2.2 Einflußfaktoren auf die zur Abtrocknung benötigte Sättigungsdefizitsumme (SDS) ________________________________________________________________ 16 3.3 Wiederbefeuchtung durch Tau oder Niederschlag___________________________ 19 3.4 Ermittlung der verfügbaren Feldarbeitstage durch Verknüpfung der ___________ 21 Schwellenwerte mit Klimadaten_____________________________________________ 21 3.4.1 Ältere Modelle ___________________________________________________ 21 3.4.2 Das Modell nach LUDER____________________________________________ 21 3.4.3 Ermittlung der Verfügbaren Feldarbeitstage in Deutschland _____________ 25 3.5 Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage für die Getreideernte___________ 26 4. Auswahl des Modelles und der Schwellenwerte ________________________________ 28 5. Auswertung ausgewählter österreichischer Klimastationen ______________________ 30 5.1 Ergebnisse aus der Analyse österreichischer Klimadaten _____________________ 30 5.2 Schlußfolgerungen aus Analyse österreichischer Klimadaten__________________ 46 6. Modifizierung des Modelles nach Luder für die Berechnung der verfügbaren Feldarbeitstage in Österreich_________________________________________________ 48 6.1 Abtrocknungsversuche in Gumpenstein ___________________________________ 48 6.1.1 Material und Methode _______________________________________________ 48 6.1.2 Ergebnisse und Diskussion _________________________________________ 50 6.1.3 Schlußfolgerungen aus den Abtrocknungsversuchen in Gumpenstein______ 57 6.2 Anpassung der Schwellenwerte und Tauparametrisierung ____________________ 60 6.2.1 Anpassung der Schwellenwerte______________________________________ 60 6.2.2 Tauparametrisierung ______________________________________________ 61 7. Modellbeschreibung ______________________________________________________ 64 7.1 Allgemein ___________________________________________________________ 64 7.2 Stationsauswahl und Beschreibung ______________________________________ 64 7.3 Modellablauf_________________________________________________________ 67 7.3.1 Regression für die Tages SDS _______________________________________ 67 7.3.2 Berechnung der Tages SDS _________________________________________ 67 7.3.3 Taukorrektur ____________________________________________________ 68 7.3.4 Bestimmung der Tagesart (Schönwetter, Schlechtwetter usw.) ___________ 68 7.3.5 Auszählen der Erntegelegenheiten je Halbmonat _______________________ 69 7.3.6 Bestimmung der 80 Prozent Wahrscheinlichkeit für Erntegelegenheiten ___ 69 7.3.7 Ausgabe der Ergebnisse ____________________________________________ 70 105

7.3.8 Evaluierung des Auswertungsprogrammes ____________________________ 70 8. Interpretation der Stationsergebnisse ________________________________________ 73 9. Beschreibung des Interpolationsverfahrens ___________________________________ 86 10. Interpretation der Interpolationsergebnisse __________________________________ 88 11. Möglichkeiten und Grenzen des Auswerteverfahrens __________________________ 90 12. Datenstruktur auf der Ergebnis-CD ________________________________________ 91 13. Tabellenverzeichnis _____________________________________________________ 92 14. Abbildungsverzeichnis ___________________________________________________ 93 15. Literaturverzeichnis _____________________________________________________ 96 16. Anhang ______________________________________________________________ 100

106