| Diplomarbeit |
| Tobias Biermann (02/2008-03/2009) |
Parameterization of integral turbulence characteristics above and within a spruce stand |
| Betreuer: Thomas Foken, Andrei Serafimovich |
| Integrale Turbulenz Charakteristika, normierte Standardabweichung einer turbulenten Quantität, können verwendet werden, um die Struktur von Turbulenz zu beschreiben. Ein Vergleich zwischen gemessenen und modellierten Werten zeigt, wie stark Turbulenz entwickelt ist und wird folglich in der Qualitätskontrolle verwendet. Für diese Qualitätskontrolle und als Eingangswerte für Modelle, wenn keine Messwerte vorhanden sind, werden parametrisierte Profile benötigt. Da es keine einheitliche Theorie für Parametrisierungen innerhalb eines Waldes gibt, wurden verschiedene Ansätze mit Daten überprüft, die im Septembers und Oktober 2007 dem ersten intensiven Beobachtungszeitraums (IOP 1) im Rahmen des EGER (ExchanGE processes in mountainous Regions) Projektes erhoben wurden. Im EGER Projekt wurden verschiedene mikrometeorologische, chemische und biologische Prozesse in der Boden-Vegetation-Grenzeschicht untersucht, dazu wurden Turbulenzstruktur, Advektion und Gradienten der meteorologischen und chemischen Quantitäten gemessen. Die Feldexperimente wurden am BayCEER Forschungsstandort Waldstein/Weidenbrunnen, einem 23 m hohen Fichtenbestand (Picea abies), der im Fichtelgebirge im nordöstlichen Bayern liegt, durchgeführt. Die Turbulenzstruktur wurde durch ein vertikales Profil von Ultraschallanemometern, das alle Teile des Waldes bis zum unteren Teil der rauen Unterschicht umfasst, untersucht. Die Feldbeobachtungen werden durch Simulationen mit dem ACASA (Advanced Canopy- Atmosphere-Soil Algorithm) Modell ergänzt. Die Ergebnisse des Vergleichs zwischen Messungen und empfohlenen Parametrisierungsansätzen zeigen, dass um die Integrale Turbulenz Charakteristika der Windkomponenten und der Temperatur innerhalb der rauen Unterschicht zu parametrisieren, eine dimensionslose Höhe von &zeta = hc L-1 anstelle von &zeta = z L-1, die über kurzer Vegetation verwendet wird, benutzt werden sollte. Profile der Integrale Turbulenz Charakteristika von verschiedenen Ökosystemen zeigen, dass die Abnahme der integralen Turbulenz Charakteristika innerhalb der rauen Unterschicht ähnlich ist, aber dass Parametrisierungen von Profilen nicht generalisiert werden können, da diese von der Bestandesstruktur abhängen. Das Klassifizieren der Profile der Integrale Turbulenz Charakteristika anhand von Kopplungszustände zwischen der Atmosphäre über und innerhalb des Bestandes zeigte keine großen Unterschiede zu einer Klassifizierung anhand der atmosphärischen Schichtung über dem Bestand. Ein Vergleich zwischen den gemessenen Werten und den ACASA Modell Resultaten zeigte eine gute Übereinstimmung für die normalisierte Windgeschwindigkeit, aber die integralen Turbulenzeigenschaften der Windbestandteile wurden über der Bestand überschätzt und innerhalb des Stammraumes unterschätzt. |
Abteilung Mikrometeorologie
Prof. Dr. Thomas Foken
Letzte Änderung 26.06.2009