Uni-Bayreuth

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Diplomarbeit

Integral Turbulence Characteristics and Their Parameterisations

Christoph Thomas (06/2001-11/2001)

Betreuer: Thomas Foken

Die vorliegende Arbeit bietet eine Neubewertung bekannter Parametrisierungen der integralen Turbulenzcharakteristiken für die Vertikal- und Horizontalwindgeschwindigkeit und die Temperatur in der bodennahen Grenzschicht. Basierend auf den Ergebnissen der Neubewertung werden Empfehlungen für praktische Anwendungen gegeben, die einen neu abgeleiteten Parameter enthalten. Integrale Turbulenzcharakteristiken haben eine große Bedeutung für zahlreiche Anwendungen in der Meteorologie, so z.B. für die Modellierung von Luftschadstoffausbreitung oder die Qualitätsbewertung von Turbulenzdaten. Die Datengrundlage für die durchgeführte Neubewertung der Parametrisierungen lieferten 5 Turbulenzdatensätze von verschiedenen Experimenten, die über homogenem oder nur leicht heterogenem Gelände durchgeführt worden sind. Die Experimente decken dabei einen Bereich von 52° N bis 70° S ab. Die verwendeten Parametrisierungen enthalten Abhängigkeiten sowohl von lokalen Einflussgrößen wie der atmosphärischen Stabilität und Geländeeigenschaften, als auch nicht lokaler Einflussfaktoren wie der geographischen Breite und der Mischungsschichthöhe. Bei neutraler und leicht stabiler Schichtung zeigen die integralen Turbulenzcharakteristiken des Vertikal- und des Horizontalwindes eine deutliche Abhängigkeit von der geographischen Breite. Die besten Ergebnisse liefert eine Parametrisierung, die den Parameter z+ .f/u* enthält, der aus der Rossbyzahl-Ähnlichkeitsthoerie abgeleitet ist. Bei labiler Schichtung skalieren die integralen Charakteristiken der Windvektoren mit der atmosphärischen Stabilität, die mit Hilfe der aus der Monin-Obukhov-Ähnlichkeitstheorie abgeleiteten dimensionslosen Höhe ζ ausgedrückt wird. Die integralen Turbulenzcharakteristiken der Temperatur zeigen unabhängig von der Schichtung eine deutliche Abhängigkeit von der atmosphärischen Stabilität. Daraus folgt, dass sowohl lokale, als auch nicht lokale Parameter einen Einfluss auf das turbulente Wind- und Temperaturfeld haben.

Letzte Änderung 19.11.2007