11.04.2008 Kick-off Meeting 3.Phase SPP 1167 / Bonn

Turbulente Flüsse und thermische Konvektion

Björn Brötz, Volkmar Wirth

Institut für Physik der Atmosphäre

Universität Mainz

Modellierungsteil

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Vorhaben

• Untersuchung des Energieaustausches zwischen

Atmosphäre und Boden während des COPS-Experimentes

• Untersuchung der vom Tal ausgehenden freien Konvektion und ihr Abhängigkeit von der Landnutzung und der Breite des Tals

WerkzeugLES-Modell der Uni Mainz (Reinert et al. 2007)

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Large Eddy Simulation LES

Energiespektrum3D-Turbulenz LES bedeutet:LES bedeutet:

• Explizite Explizite SimulationSimulation der der großengroßen, energiereichsten , energiereichsten turbulenten Strukturenturbulenten Strukturen

• ParametrisierungParametrisierung der der kleinenkleinen, , subgitterskaligen turbulenten subgitterskaligen turbulenten Strukturen Strukturen

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LES-Modell der Uni Mainz

• Standard Large Eddy-Modell Standard Large Eddy-Modell • Warme Wolkenphysik (keine Eisphase)Warme Wolkenphysik (keine Eisphase)• Komplexe Topographie (Methode der „viskosen Komplexe Topographie (Methode der „viskosen

Topographie“)Topographie“)• Turbulente Einström/Ausström-Randbedingungen Turbulente Einström/Ausström-Randbedingungen

anstelle periodischer Randbedingungenanstelle periodischer Randbedingungen

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Bisherige Anwendung des Modells

Bannerwolkenprojekt: Förderung durch die DFGBeteiligte Universitäten Mainz und München

Isofläche: Wolkenwasser q=0.01 g/kg

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Simuliertes Strömungsfeld

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Freie Atmosphäre

Grenzschicht

Scherung

Freie Konvektionin der Grenzschicht

Talwinde:

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Notwendige Modifikationen des LES-Modells für dieses Projekt

• Oberflächen-Energie Bilanz • realistische Topographie • realistische Einströmungsbedingungen durch:

– Messungen der Gruppe Bayreuth– Mesoskalige Modelldaten

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mean inflowconditionstaken fromobservations

generation of modelconsistentturbulence

inflo

w b

ound

ary

outfl

ow b

ound

ary

section of valley

along-valley direction

different types of land use, soil, and vegetation

mesoscalecirculations

virtualtower

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Geplante Untersuchungen

• Interpretation der Fluss-Messungen der Gruppe Bayreuth mit Hilfe der Modellergebnisse

• Untersuchung von Unterdrückung freier Konvektion durch Scherströmungen

• Sensitivitätsstudien, z.B.– Einfluss von Details der Orographie– Einfluss von Inhomogenitäten des Bodens

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Ort und Zeit von Konvektion hängt stark von der Struktur des Feuchte Feldes in der PBL ab

• Was beeinflusst die Heterogenität der Grenzschichtfelder von Temperatur, Feuchte, etc. am stärksten? (Unterschiede in der Bodenfeuchte, Vegetation, Orographie, etc.)

• Wie ist die Verbindung von kleinskaligen Inhomogenitäten von Feuchte, Temperatur und Wind in komplexem Gelände in Bezug auf die Auslösung von Konvektion?

• Wie ist der Tagesgang von Konvektionsauslösung mit den Prozessen an der Oberfläche und in der PBL verbunden?