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Abstract:
Die Reaktion der bodennahen Luftströmung auf Änderungen der Rauhigkeit sowie op-
tischer und thermischer Eigenschaften einer nahezu ebenen Oberfläche wird mit Hilfe
numerischer Simulationen untersucht. Die physikalischen Prozesse, die die Entwicklung
interner Grenzschichten bestimmen, werden eingehend beschrieben. Insbesondere wer-
den untersucht' die Bedeutung der turbulenten Diffusion bei -der Entwicklunginterner
Grenzschichten, die Reaktion des turbulenten Austauschkoeffizienten auf Anderungen
der Bodeneigenschaften, der Einfluß des Druckfeldes auf die bodennahe Strömung strom-
auf von einer Rauhigkeitsänderung, der Haushalt der turbulenten kinetischen Energie
innerhalb einer internen Grenzschicht, die Entwicklung interner Massengrenzschichten,
der Aufbau interner Grenzschichten in einer nichtneutral geschichteten Atmosphäre, die
horizontale und vertikale Ausdehnung von Nachlaufgrenzschichten stromab von isolier-
ten Rauhigkeitsstreifen, das Verschmelzen mehrerer interner Grenzschichten sowie die
Entwicklung einer einhüllenden internen Grenzschicht.
Auf der detaillierten Untersuchung der horizontal inhomogenen, bodennahen Luftströ-
mung aufbauend, wird ein Verfahren zur Berechnung räumlich gemittelte, bodenna-
her Impuls-, Energie- und Stoffflüsse in einem größerskaligen Strömungsmodell entwik-
kelt, das die Inhomogenität einer Oberfläche nicht aufzulösen gestattet. Ferner wird
die Größenordnung der sogenannten mesoturbulenten Transporte abgeschätzt, also der
Transporte, die durch Luftbewegungen hervorgerufen werden, die sich nicht als Mi-
kroturbulenz erfassen lassen und deren charakteristische Ausdehnung kleiner als die
Gittermaschenweite eines numerischen Modells ist.
Abstract:
The atmospheric surface layer over inhomogeneous terrain
The response of the atmospheric surface-layer flow to changes in roughness, optical
and thermal conditions of an almost flat surface are investigated by use of numerical
simulations. The physical processes, which dominate the development of internal boun-
dary layers, are described in detail. Attention is foccussed on: the role of turbulent
diffusion in the development of internal boundary layers, the respond of the eddy visco-
sity to changes of surface conditions, the influence of pressure on the surface-layer flow
upstream of a change in roughness, the budget of turbulent kinetic energy within an
internal boundary layer, the development of internal boundary layers of constituents,
the horizontal and vertical extent of wakes downstream of isolated roughness strips,
the blending of multiple internal boundary layers, and the development of enveloping
internal boundary layers.
Based on the detailed investigation of the horizontally inhomogeneous surface-layer How,
a method for computation of spatially-averaged surface fluxes of momentum, energy,
and constituents in a larger scale model, which does not resolve the inhomogeneity of
the surface, is developed. Furthermore, the magnitude of the so-called mesoturbulent
transports, i.e., transports originated by motions at scales larger than micro turbulence,
but smaller than the grid size of a numerical model, are estimated.
