The Effect of Surface Heterogeneity on the Structure Parameters of Temperature and Specific Humidity: A Large-Eddy Simulation Case Study for the LITFASS-2003 Experiment
The Effect of Surface Heterogeneity on the Structure Parameters of Temperature and Specific Humidity: A Large-Eddy Simulation Case Study for the LITFASS-2003 Experiment
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表面异质性对温度和比湿结构参数的影响：LITFASS-2003 实验的大涡模拟案例研究
DOI：
10.1007/s10546-014-9955-x
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发表时间：
2003
影响因子：
4.3
通讯作者：
F. Beyrich
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maronga;O. K. Hartogensis;S. Raasch;F. Beyrich
我们进行了一个高分辨率大涡模拟(LES)的个例研究，以研究地面非均质性对对流边界层(CBL)位温和比湿(局部)结构参数的影响。在LITFASS-2003试验期间观察到的千米尺度的非均匀土地利用分布是在LES模式的表面规定的，以便模拟从清晨到下午早些时候的实际CBL发展。地表斑块呈不规则分布，代表不同的土地利用类型，表现出不同的粗糙度条件以及近地表的感热和潜热通量。在分析中，特别注意了Monin-Obukhov相似理论(MOST)关系和局地自由对流(LFC)尺度对表层结构参数的关系，以及与地面感热和潜热通量的关系。此外，我们还研究了表面非均质性对通常在表层进行的闪烁仪测量的可能影响。LES资料表明，局地结构参数反映了100-200米高度范围内的地表非均匀分布，并利用二维相关分析方法研究了混合高度的假设，即结构参数中地表非均匀分布不再可见的地表以上高度。我们表明，在所研究的情况下，在闪烁仪测量的典型高度上没有发现这样的混合高度。此外，并不是最多的，这归因于边界层顶部的干空气夹带。MOST和LFC尺度对高空资料的应用仍然给出了地面感热通量的可靠估计。然而，我们发现，这个来自闪烁仪数据的通量只代表了闪烁仪的足迹面积，其大小强烈地依赖于天气条件。
We conduct a high-resolution large-eddy simulation (LES) case study in order to investigate the effects of surface heterogeneity on the (local) structure parameters of potential temperatureand specific humidityin the convective boundary layer (CBL). The kilometre-scale heterogeneous land-use distribution as observed during the LITFASS-2003 experiment was prescribed at the surface of the LES model in order to simulate a realistic CBL development from the early morning until early afternoon. The surface patches are irregularly distributed and represent different land-use types that exhibit different roughness conditions as well as near-surface fluxes of sensible and latent heat. In the analysis, particular attention is given to the Monin–Obukhov similarity theory (MOST) relationships and local free convection (LFC) scaling for structure parameters in the surface layer, relatingandto the surface fluxes of sensible and latent heat, respectively. Moreover we study possible effects of surface heterogeneity on scintillometer measurements that are usually performed in the surface layer. The LES data show that the local structure parameters reflect the surface heterogeneity pattern up to heights of 100–200 m. The assumption of a blending height, i.e. the height above the surface where the surface heterogeneity pattern is no longer visible in the structure parameters, is studied by means of a two-dimensional correlation analysis. We show that no such blending height is found at typical heights of scintillometer measurements for the studied case. Moreover,does not follow MOST, which is ascribed to the entrainment of dry air at the top of the boundary layer. The application of MOST and LFC scaling to elevateddata still gives reliable estimates of the surface sensible heat flux. We show, however, that this flux, derived from scintillometer data, is only representative of the footprint area of the scintillometer, whose size depends strongly on the synoptic conditions.
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