The Effect of Land-Surface Heterogeneity on the Atmospheric Boundary-Layer Structure and Measurements

DFG Fo 226/20-1

Von 03/2009 bis 12/2012

Projektleiter: Thomas Foken
Mitarbeiter: Doojdao Charuchittipan

Lindenberg_Sonnenuntergang

Im Rahmen der LITFASS-2003 Feldkampagne wurde ein umfassender experimenteller Datensatz zur Struktur der atmosphärischen Grenzschicht (ABL) gewonnen. Das Feldexperiment wurde im Projekt EVA GRIPS des Deutschen Klimaforschungsprogramms DEKLIM im Frühsommer 2003 in der Nähe des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg des DWD durchgeführt. Zum Messprogramm gehörten 14 mikro-meteorologische Bodenstationen, zwei Turbulenzmesskomplexe auf einem 99 m Mast, drei Großapertur-Szintillometer (LAS) und 35 Messflüge mit der hubschraubergestützten Turbulenzsonde Helipod. Im Projekt EVA GRIPS (das bis Ende 2004 befristet war) erfolgte eine Auswertung der Messdaten im wesentlichen im Hinblick auf eine Bestimmung der flächengemittelten Verdunstung.

Der vorliegende Antrag zielt auf eine weiterführende Auswertung des LITFASS-2003 Datensatzes hinsichtlich der Struktur der turbulenten ABL über einer für Mitteleuropa typischen heterogenen Landoberfläche. Dabei sollen insbesondere die folgenden Fragestellungen bearbeitet werden:

1. Welchen relativen Einfluss haben Orografie, Landnutzung und ein heterogener atmosphärischer Antrieb auf die Struktur der ABL?

2. Unter welchen Bedingungen und in welchen Höhen tritt eine horizontale Durchmischung der ABL über der heterogenen Landoberfläche auf?

3. Kann die beobachtete Nicht-Schließung der Energiebilanz auf die Heterogenität der Landoberfläche zurückgeführt werden?

4. Wie beeinflussen verschiedene Zeitskalen, skalare (Un-)Ähnlichkeit sowie thermisch bedingte Sekundär-Zirkulationen die Messung turbulenter Flüsse, und welche Konsequenzen ergeben sich für die Parametrisierung turbulenter Flüsse in Atmosphärenmodellen?

Die Auswertung der Messdaten soll durch Grobstruktursimulationen (LES) unterstützt werden. Dabei sollen die Ergebnisse bereits durchgeführter LES weiterführend analysiert und neue Modellläufe für weitere Fallstudien aus dem LITFASS-2003 Experiment und mit angepassten Randbedingungen durchgeführt werden. Letztere berücksichtigen sowohl die Ergebnisse aus dem Projekt EVA GRIPS als auch die spezifischen Ziele des vorliegenden Projektes.

Die Ergebnisse des Vorhabens sollen der Verbesserung von Mess- und Modellstrategien sowie von Auswerteverfahren in Feldexperimenten dienen. Dies schließt Empfehlungen zur geeigneten Positionierung von Messsystemen für Boden- und Profilmessungen in der ABL über einer heterogenen Landoberfläche und die Entwicklung eines Algorithmus zur Korrektur lokal gemessener turbulenter Flüsse zur Erreichung der Energiebilanz-Schließung ein.



Homepage: http://www.bayceer.uni-bayreuth.de/LITFASS/

Publikationsliste dieses Projekts

Foken, T; Mauder, M; Liebethal, C; Wimmer, F; Beyrich, F; Leps, J-P; Raasch, S; DeBruin, H; Meijninger, WML; Bange, J: Energy balance closure for the LITFASS-2003 experiment, Theoretical and Applied Climatology, 101, 149-160 (2010), doi:DOI: 10.1007/s00704-009-0216-8 -- Details
Mengelkamp, H-T; Beyrich, F; Heinemann, G; Ament, F; Bange, J; Berger, FH; Bösenberg, J; Foken, T; Hennemuth, B; Heret, C; Huneke, S; Johnsen, K-P; Kerschgens, M; Kohsiek, W; Leps, J-P; Liebethal, C; Lohse, H; Mauder, M; Meijninger, WML; Raasch, S; Simmer, C; Spieß, T; Tittebrand, A; Uhlenbrook, S; Zittel, P: Evaporation over a heterogeneous land surface: The EVA_GRIPS project, Bulletin of the American Meteorological Society, 87, 775-786 (2006) [Link] -- Details
Beyrich, F; DeBruin, H; Etling, D; Foken, T: Preface: The LITFASS-2003 experiment, Boundary-Layer Meteorology, 121, 1-4 (2006), doi:DOI 10.1007/s10546-006-9082-4
Beyrich, F; Leps, J-P; Mauder, M; Bange, J; Foken, T; Huneke, S; Lohse, H; Lüdi, A; Meijninger, WML; Mironov, D; Weisensee, U; Zittel, P: Area-averaged surface fluxes over the LITFASS region on eddy-covariance measurements, Boundary-Layer Meteorology, 121, 33-65 (2006), doi:DOI 10.1007/s10546-005-9052-2 -- Details
Foken, T; Wimmer, F; Mauder, M; Thomas, C; Liebethal, C: Some aspects of the energy balance closure problem, Atmospheric Chemistry and Physics, 6, 4395-4402 (2006) [Link] -- Details
Mauder, M; Foken, T: Impact of post-field data processing on eddy covariance flux estimates and energy balance closure, Meteorol. Zeitschrift, 15, 597-609 (2006) -- Details
Mauder, M; Liebethal, C; Göckede, M; Leps, J-P; Beyrich, F; Foken, T: Processing and quality control flux data during LITFASS-2003, Boundary-Layer Meteorology, 121, 67-88 (2006), doi:10.1007/s10546-006-9094-0 -- Details
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