Turbulence interactions in Earth's atmospheric boundary layer: A scale-crossing approach to disclose transport processes near the surface

地球大气边界层中的湍流相互作用:揭示地表附近传输过程的跨尺度方法

基本信息

项目摘要

The Earth's atmosphere and land regulate each other through bi-directional exchange processes. Weather and climate forecast models are built on a mechanistic understanding of that interaction. The forecast and theory work well in case of well-developed turbulence in the atmospheric boundary layer, but become unreliable towards more stable conditions. Atmospheric stability is very common when the contribution of convection diminishes, for example at night. Complementary theory is needed to describe the mechanisms that contribute to turbulent mixing in the stable case, which first requires an evolution of methodologies to observe and classify the (non-)turbulent processes near the surface. This project aims to bring together novel methods for the observation and characterization of the weakly understood near-surface processes in the (stable) atmospheric boundary layer. With a high-resolution in-situ sensing cube (20x20x5m) inside a remotely-sensed virtual box (500x500x1000m) we can observe motion and temperature structures simultaneously in space and time. This scale-crossing approach is key to elucidate the intermittent, mixed and spatially heterogeneous motions found near the surface in the atmospheric boundary layer. Second, novel stochastic data-mining methodologies are applied to these real-life data for a characterization of (non-)turbulent events and the turbulent mixing these cause. The scientific merits are a ground-braking approach for the validation of fluid-dynamic and earth-system models, that contributes to an improved understanding of the land-atmosphere interface we live in.
地球的大气层和陆地通过双向交换过程相互调节。天气和气候预报模型是建立在对这种相互作用的机械理解之上的。在大气边界层中湍流发展良好的情况下,预测和理论工作良好,但在更稳定的条件下变得不可靠。当对流的贡献减少时,例如在夜间,大气稳定性是非常常见的。需要补充的理论来描述的机制,有助于湍流混合的稳定的情况下,这首先需要一个进化的方法来观察和分类的(非)湍流过程的表面附近。该项目的目的是汇集新的方法来观测和表征(稳定)大气边界层中了解不多的近地表过程。通过在遥感虚拟盒子(500 × 500 × 1000米)中放置高分辨率的原位传感立方体(20 × 20 × 5米),我们可以同时观察空间和时间中的运动和温度结构。这种尺度交叉的方法是关键,以阐明间歇性的,混合的和空间异质性的运动发现近地面的大气边界层。第二,新的随机数据挖掘方法应用于这些现实生活中的数据(非)湍流事件和湍流混合这些原因的表征。其科学价值是为验证流体动力学和地球系统模型提供了一种地面制动方法,有助于更好地了解我们生活的陆地-大气界面。

项目成果

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