Bild 9: Meßkopf des Turbulenzmeßsystem ES93

Die Aufnahme zeigt detailliert den Meßkopf der Kovarianzmeßeinrichtung ES93 des meteorologischen Instituts der Universität München. Der Aufbau auf der Mastspitze ist in der Realität ca. 1 m hoch.

Die Version des Ultraschallanemometers Solent Research R2A von Gill Instruments dient wegen seiner Meßgenauigkeit überwiegend zu Forschungszwecken. Es liefert die drei Komponenten der Windgeschwindigkeit in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, das an den Halterungen für die Ultraschallsensoren ausgerichtet ist. Das R2A ist ähnlich dem Anemometerkopf TR61-A des japanischen Herstellers Kaijo Denki asymmetrisch aufgebaut, um die Störungseinflüsse durch Wirbelbildung an den Halterungen der Sensoren zu minimieren. Die Meßgenauigkeit ist relativ gut (besser als 1%), sofern der Meßkopf im Winkel von +/-45° bezogen auf die Verbindung zur mittleren hinteren Strebe angeströmt wird. Außerhalb dieses Sektors steigt die Ungenauigkeit je nach Charakter der Strömung stark an. Im Gegensatz zu den sogenannten omnidirektionalen Meßköpfen  muß dieser Sensor möglichst optimal in die aktuell herrschende Windrichtung ausgerichtet werden, liefert dann aber genauere Meßwerte.

Um dies zu realisieren, wird die gesamte Montagevorrichtung auf einem an der Mastspitze installierten Antennenrotor montiert. Dieser handelsübliche Rotor wurde durch N. Beier am Met. Institut mit einem Winkelgeber ausgerüstet und so modifiziert , daß er digital mit einer nominellen Genauigkeit von ca. 0,15° sowohl in eine bestimme Richtung gestellt werden kann als auch die aktuelle Stellposition zurückmelden kann. Die Anordnung der Ausleger des Rotorkopfes ist so gewählt, daß auch die Vertikalkomponente des Windes möglichst störungsfrei gemessen werden kann. Die dreidimensionalen Komponenten des Windvektors und deren Änderungen können mit dieser Anordnung  bezüglich der aktuellen Ausrichtung der Montageeinrichtung sehr genau erfaßt werden.

Allerdings kann der Aufbau bei den Bewegungen in leichte Schwingungen geraten. Deshalb ist direkt am Sensor ein sogenanntes Inklinometer (Neigungsmesser) angebracht, das mit einem gefesselten Pendel die Abweichung der vertikalen Achse des Meßgerätes gegenüber dem Lot bestimmt. Das Gerät, eine Modifikation des Inklinometers der Fa. Kaijo Denki, liefert eine Winkelauflösung von etwa 0.05° und eine zeitliche Auflösung von 5 Hz. Die Parallelregistrierung der Meßwerte dieses Gerätes ermöglicht die weitgehende Elimination von Schwankungsbewegungen des Turms bzw. des Aufbaus, die praktisch nicht vermieden werden können.

Die optimale Ausrichtung des Aufbaus in den Wind erfolgt mit Hilfe des Rotors automatisch. Dazu wird im Erfassungscomputer über einen wählbaren Zeitraum (300 Sekunden)eine Häufigkeitsverteilung der Windrichtung relativ zur aktuellen Rotorposition ermittelt und anschließend der Rotor durch einen Computerbefehl in die häufigste Richtung gefahren. Bei den Messungen am Vernagtferner ist die automatische Rotorsteuerung jedoch von untergeordneter Bedeutung, da sich die Richtung des Gletscherwindes als  sehr beständig erwieß, und daher nur wenige Korrekturen erforderlich waren.

Das Meßprinzip des Ultraschallanemometers liefert nicht nur die Windkomponenten, sondern auch die Fluktuation der Temperatur, genauer die der akkustischen Temperatur. Zusammen mit Informationen über den mittleren Zustand der Atmosphäre, die den Messungen des Profilturms entnommen werden können, und den ebenfalls gemessenen Feuchtefluktuationen läßt sich die akkustische Temperatur in die wirkliche Temperatur umrechnen.

In der Nähe des Anemometers, aber möglichst so, daß induzierte Wirbel dessen Messungen nicht zu sehr stören, ist das Hygrometer KH20 der Fa. Campbell für die Messung der Feuchtefluktuation angebracht. Dessen Meßprinzip basiert auf Absorption von UV-Licht im Bereich der Kryptonlinie durch den in der Luft enthaltenen Wasserdampf. Problematisch ist dabei der in diesen Höhenlagen hohe UV-Anteil des Sonnenlichts und die relativ niedrigen absoluten Konzentrationen des Wasserdampfes. Andererseits reduzieren sich durch letzteres die Probleme in Form von Kondensation an den hygroskopischen Filterfenstern, die sich bei Messungen in tieferen Lagen häufig als lästig erweisen. Die  weitgehend staubfreie Luft im Hochgebirge verhindert ferner  den sonst immer im Laufe der Zeit beobachteten Empfindlichkeitsabfall durch Verschmutzen der Sensoren.

Dennoch ist die Kalibrierung des Hygrometers ähnlich dem Lyman-alpha-Hygrometer  nicht stabil. Die Meßdaten müssen über die Psychrometermessungen am Profilturm nachträglich kalibriert werden. Daher ist eine Echzeitauswertung des latententen Wärmestroms praktisch nicht möglich. Die analogen Signale des Hygrometers und des Inklinometer werden zur synchronen Digitalisierung in die Eingangskanäle des Anemometers eingespeist und zusammen mit dessen Meßwerten an den Erfassungscomputer  digital übertragen. Zusätzlich wird noch die Messung des am Strahlungsmast (im Bild hinten) montierten Strahlungsthermometers KT 15 (siehe auch Bild 10) eingespeist, das mit einer zeitlichen Auflösung von ca. 2Hz die Temperatur der Eisoberfläche mißt.