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Titelaufnahme

Titel
Raman spectra fiber optic distributed temperature sensing in avalanche research / ausgeführt von Michaela Wörndl
VerfasserWörndl, Michaela
Betreuer / BetreuerinHübl, Johannes
Erschienen2010
Umfang196 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Dipl.-Arb., 2010
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Distributed Temperature Sensing, Alpine Naturgefahren, Lawinenkunde, Schneetemperaturen
Schlagwörter (EN)Distributed Temperature Sensing, Alpine Natural Hazards, Avalanche Research, Snow Temperatures
Schlagwörter (GND)Schnee / Temperaturmessung / Raman-Spektroskopie / Faseroptik
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-8778 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Raman spectra fiber optic distributed temperature sensing in avalanche research [10 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die räumliche Verteilung von Schneeeigenschaften kann sich schnell über die Zeit ändern und/oder ihre Entwicklung über die Zeit kann an verschieden Orten unterschiedlich ablaufen. Geeignete Mess- und Monitoringmethoden, die es erlauben dieses komplexe Verhalten, bei angemessenem finanziellen Aufwand und Arbeitsaufwand, zu Beobachten/Analysieren, sind schwer zu finden. Raman Spectra Fiber Optic Distributed Temperature Sensing (DTS) ist eine Laser-basierte Methode, mit der Temperaturen gleichzeitig und kontinuierlich in zahlreichen Punkten und über Zeiträume mehrerer Wochen oder länger, entlang eines Fiberglaskabels gemessen werden können. Die Anschaffung der Kabel ist mit geringen Kosten verbunden. Die Instrumente sind in der Anschaffung teuer und ihre Handhabung erfordert ein hohes Niveau an Fachkenntnis und Erfahrung. In Verbindung mit ähnlich räumlich und zeitlich verteilten Messungen weiterer Schneeeigenschaften oder in Kombination mit Schneedeckenmodellen können Schneetemperaturmessungen verwendet werden um die Schneefestigkeit und deren Verteilung abzuschätzen. In einer Feldstudie in Mammoth Mountain, CA, U.S.A. wurde ein DTS System installiert um Schneetemperaturen entlang eines 2 km langen Kabels zu messen. Verschiedene Teile des Kabels maßen Temperaturen an der Basis und in unterschiedlichen Tiefen der Schneedecke, mit einer räumlichen Wiederholpräzision von 0.06 C und einer zeitlichen Wiederholpräzision von 0.04 C und besser. Beobachtete Temperaturen variierten räumlich um mehrere C. Unterschiedliche zeitliche Entwicklungen der thermischen Verhältnisse in verschiedenen Teilen der Schneedecke und an verschiedenen Punkten des Untersuchungsgeländes wurden gemessen und dokumentiert. Unterschiedliche Schneetiefen und Änderungen des Geländes und der Vegetation wurden als Hauptursachen der für die räumliche Variabilität vermutet. Zeitliche Änderungen der Schneetemperaturen deckten sich teilweise mit Änderungen der Umgebungstemperatur oder der Schneeoberflächentemperatur und der Schneetiefe. Erfahrungen bei der Anwendung eines DTS Systems in Schnee und die Anwendbarkeit der Methode für die Lawinenforschung werden diskutiert. Eine Einleitung in die Methodik des Ramans Spectra Fiber Optic Distributed Temperature Sensing ist enthalten.

Zusammenfassung (Englisch)

Snowpack properties can vary spatially on scales smaller than slopes and temporally within hours or less. The pattern of spatial variability can vary in time and the character of temporal variability can vary in space. It is difficult to find appropriate monitoring techniques that allow covering this complex behavior at reasonable expenditures of human resources, time and money. Raman spectra fiber optic distributed temperature sensing (DTS) is a laser-light based measurement technology measuring temperatures. Temperatures can be measured simultaneously and continuously in a multitude of sample spots along a fiber-optic cable over several weeks or longer. The cables are cheap but the instruments are expensive and their handling requires a high level of expertise and experience. Snow temperature measurements in combination with other distributed measurements or models can help derive estimates of snow stability and its distribution. A field study was conducted on Mammoth Mountain, CA, U.S.A, using the DTS technology in a snow environment. Temperatures were measured along a 2 km cable, during four distinct measurement sessions over several days. Parts of the cable were deployed at the soil snow interface, and in two different snow depths. Relative accuracies of 0.06 C in space (spatial repeatability) and of 0.04 C in time (temporal repeatability) could be achieved. Horizontal spatial temperature variations in the range of several C at the base of the snowpack and within the snow cover could be detected. Differences in the evolution of temperatures in different snow depths and different locations across the study field could be successfully monitored. Variations in snow depths and changes in terrain features seemed to be the major driving forces for spatial temperature variations. The temporal evolution of the snows thermal settings corresponded either to changes in ambient air temperatures or in snow surface temperatures and depth of the snow cover. Experiences with a DTS system in a snow environment and its applicability in avalanche research are discussed. A general introduction to Raman Spectra Fiber Optic Temperature Sensing is provided.