Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Instrumentenpraktikum Theoretische Grundlagen: Bodenenergiebilanz und turbulenter Transport Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Instrumentenpraktikum Theoretische Grundlagen: Bodenenergiebilanz und turbulenter Transport Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie."—  Präsentation transkript:

1 Instrumentenpraktikum Theoretische Grundlagen: Bodenenergiebilanz und turbulenter Transport Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie

2 Kapitel 1 Die Bodenenergiebilanz 1.1 Energieflüsse am Erdboden 1.2 Energiebilanz LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler

3 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 3 Solare Strahlung 1 Die Bodenenergiebilanz 1.1 Energieflüsse am Erdboden Boden Solare Einstrahlung S↓ Albedo A Reflektierte Strahlung S↑ = A S↓ Kurzwellige Strahlungsbilanz Q S = S↓ – S↑ = (1 – A) S↓ Atmosphäre

4 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 4 Terrestrische Strahlung 1 Die Bodenenergiebilanz 1.1 Energieflüsse am Erdboden Boden Albedo A Q S = S↓ – S↑ Atmosphäre Thermische Ausstrahlung L ↑ Atmosphärische Gegenstrahlung L ↓ Langwellige Strahlungsbilanz Q L = L↓ – L↑ TS =Temperatur der Oberfläche TA =Temperatur der Atmosphäre

5 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Sensibler und Latenter Wärmefluss 1 Die Bodenenergiebilanz 1.1 Energieflüsse am Erdboden Boden Albedo A Q S = S↓ – S↑ Atmosphäre Q L = L↓ – L↑ Wärmeabgabe Verdunstung Fühlbarer Wärmestrom H Latenter Wärmestrom E TS TA Wasser

6 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 6 Bodenwärmestrom 1 Die Bodenenergiebilanz 1.1 Energieflüsse am Erdboden Bodentemperatur TB Albedo A Q S = S↓ – S↑ Atmosphäre Q L = L↓ – L↑ HE Wärmefluss in Erdboden B TS TA Wasser

7 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 7 Bilanzierung von Flüssen Eine Grenzfläche kann keine Energie speichern –Sie kann Energieflüsse nur umwandeln An der Erdoberfläche muss daher die Summe der zufließenden Energie gleich der Summe der abfließenden Energie sein 1 Die Bodenenergiebilanz 1.2 Energiebilanz Die Summe aller Energieflüsse an der Erdoberfläche muss Null ergeben

8 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 8 Die Bodenenergiebilanz Die Summe aller Energieflüsse an der Erdoberfläche muss Null ergeben 1 Die Bodenenergiebilanz 1.2 Energiebilanz Q S > 0Q L < 0H > 0E > 0 B > 0 Q = H + E + B Strahlungsbilanz Q = Q S + Q L Q – H – E – B = 0 

9 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 9 Änderung der Flussbilanzen Vorzeichen der Wärmeflüsse und Strahlungs- bilanzen können wechseln Beispiel: Wolkenfreie (Strahlungs-) Nacht 1 Die Bodenenergiebilanz 1.2 Energiebilanz Q S = 0Q L < 0H < 0E < 0 B < 0 Q – H – E – B = 0 TS < TA TS < TBTS

10 Kapitel 2 Turbulente Energieflüsse 2.1 Turbulente Schwankungen 2.2 Transport durch Turbulenz 2.3 Turbulente Flüsse LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler

11 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 11 Beispiel: Temperaturmessung 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.1 Turbulente Schwankungen = ↑ + ↓

12 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 12 Reynolds-Zerlegung Ursache der schnellen Schwankungen –turbulente Bewegung in der Atmosphäre Skalentrennung der Variablen in –langsam variierenden zeitlich gemittelten Anteil –schnelle ‚stochastische‘ Fluktuationen 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.1 Turbulente Schwankungen

13 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 13 Reynolds-Zerlegung Analoge Skalentrennung für alle meteorologischen Variablen –Temperatur (T), Dichte (ρ), Druck (P) –Geschwindigkeitskomponenten (u,v,w) –Spezifische Feuchte (q) 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.1 Turbulente Schwankungen

14 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 14 Turbulenter Austausch 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.2 Transport durch Turbulenz z ‘Lufttpakete‘ in verschiedenen Höhen mit unterschiedlichen Temperaturen z1z1 z2z2 z3z3 Schichtmitteltemperatur = turbulenter Austausch

15 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 15 Turbulenter Austausch 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.2 Transport durch Turbulenz z Luftteilchen in verschiedenen Höhen mit unterschiedlichen Temperaturen z1z1 z2z2 z3z3 Schichtmitteltemperatur = turbulenter Austausch

16 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 16 Turbulente Durchmischung Turbulenter Austausch von Luftteilchen zwischen verschiedenen Schichten bewirkt: –vertikale Durchmischung der Atmosphäre –Austausch von Eigenschaften (Temperatur z.B.) Durch Austausch von Teilchen entsteht ein turbulenter Wärmefluss der –wärmere Luft von unten nach oben –und kältere Luft von oben nach unten transportiert Stärke des Wärmeflusses hängt ab von –Intensität des Austausches –Temperaturunterschied zwischen Schichten 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.2 Transport durch Turbulenz

17 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 17 Turbulenzterme z Mathematische Beschreibung der turbulenten Flüsse z1z1 z2z2 z3z3 Schichtmitteltemperatur = T 2 = T 3 = T′ > 0 w ′ > 0 T′ < 0 w ′ < 0 T′w ′ > 0 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.3 Turbulente Flüsse

18 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 18 Turbulenter Wärmefluss Repräsentiert zeitliches Mittel des Produktes der turbulenten Fluktuationen T′ und w ′ Ist > 0 wenn T mit Höhe (z) abnimmt –Wärmefluss von unten nach oben Ist < 0 wenn T mit Höhe (z) zunimmt –Wärmefluss von oben nach unten Nimmt zu, wenn Fluktuationen T′, w ′ zunehmen Ist Maß für turbulenten Wärmefluss 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.3 Turbulente Flüsse

19 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 19 Turbulente Flüsse Turbulenter sensibler Wärmefluss –  = Dichte –c p = spezif. Wärmekapazität der Luft Analog folgen der turbulente latente Wärmefluss –q = spezifische Feuchte –L = Kondensationswärme von Wasserdampf turbulente Impulsfluss –u′, v′, w′ Geschwindigkeitsfluktuationen –als Maß für die Reibung durch Turbulenz 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.3 Turbulente Flüsse

20 LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 20 Turbulenter Impulsfluss Luftteilchen in verschiedenen Höhen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten Mittlere Geschwindigkeits- komponenten 2 Parametrisierung der Energieflüsse 2.3 Turbulente Flüsse = u 3 = 0 = u 2 = 0 = u 1 = 0 u 3 > u 2 > u 1 z z1z1 z2z2 z3z3 u 2 = u 3 = u′ < 0 w ′ > 0 u′ > 0 w ′ < 0 u′w ′ < 0


Herunterladen ppt "Instrumentenpraktikum Theoretische Grundlagen: Bodenenergiebilanz und turbulenter Transport Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen