Doktorarbeit
Impact of time and spatial average on the energy balance closure
Doojdao Charuchittipan (08/2009-07/2013)
Betreuer: Thomas Foken
Sekundäre Zirkulationen sind große, nahe zu stationäre Eddies, die durch Oberflächenheterogenitäten verursacht werden und sich normalerweise entfernt vom Boden befinden. Es wird angenommen, dass sie die Ursache für das Energiebilanzschließungsproblem an der Erdoberfläche sind, da ihre Beiträge zu den turbulenten Flüssen nicht von den räumlich stationären Masten der Eddy-Kovarianz-Messung, deren typisches Mittelungsintervall 30 Minuten ist, erfasst werden. In dieser Arbeit werden Daten aus dem LITFASS-2003 Experiment verwendet, um den Einfluss der zeitlichen und räumlichen Mittelung auf die Energiebilanzschließung zu untersuchen. Das Experiment bestand aus umfassenden Messungen über stark heterogener Landschaft und bot somit die Möglichkeit, eine Vielzahl an Aspekten sekundärer Zirkulationen zu untersuchen.
In Bezug auf die zeitliche Mittelung wurde das Mittelungsintervall ausgedehnt, um den Beitrag potentieller sekundärer Zirkulationen zu berücksichtigen. Zwei Ansätze wurden mit Hilfe der Bodenmessungen angewandt: die modifizierte Ogivenanalyse und die Blockmittelungsmethode. Die modifizierte Ogivenanalyse, die stationäre Bedingungen benötigt, kann die Mittelungszeit bis zu mehreren Stunden ausdehnen und zeigt, dass die Mittelungszeit von 30 Minuten im Allgemeinen für Eddy-Kovarianz-Messungen ausreicht. Die Blockmittelungsmethode, die keine stationären Bedingungen benötigt, kann die Mittelungszeit auf mehrere Tage ausdehnen. Jedoch kann sie die Energiebilanzschließung nur für einige Standorte und nur zu bestimmten Zeiten, in denen sich die sekundären Zirkulationen in der Nähe des Sensors befinden, verbessern. Diese bodennahen sekundären Zirkulationen transportieren hauptsächlich fühlbare Wärme. Diese Ergebnisse führen zu einer alternativen Korrektur der Energiebilanzschließung durch die Methode des Auftriebsstromverhältnisses, welches den grßeren Anteil des Residuums dem fühlbarenWärmestrom zuordnet.
Bei der räumlichen Mittelung wurde die Energiebilanzschließungskorrektur auf die flächengemittelten oder zusammengesetzten Flüsse, die aus mehreren Bodenmessungen zusammengefasst wurden, angewandt, um Beiträge von sekundären Zirkulationen mit einzubeziehen. Diese energiebilanzkorrigierten Flüsse wurden gegen Flugzeugmessungen und einem Grossflächen-Scintillometer (LAS), die beide flächengemittelte Flüsse liefern, unter Zuhilfenahme eines Footprintmodells validiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Energiebilanzkorrektur die Übereinstimmung zwischen zeitlich und räumlich gemittelten Flüssen verbessert.
Alle Ergebnisse dieser Arbeit lassen darauf schließen, dass sekundäre Zirkulationen einen signifikanten Anteil der Energie in der Bodenschicht transportieren. Folglich ist eine Energiebilanzkorrektur notwendig, um den tats¨achlichen vertikalen Transport in der Bodenschicht zu bestimmen.