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WWK (Fach) / WWK 1 (6) (Lektion)

WWK 1 (6)

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  • Monin-Obukhov-Ähnlichkeitstheorie - auch MOS- modelliert den Einfluss der diabatischen Schichtung (labil, stabil) auf das vertikale Windprofil (-> Eigenschaften der turbulenten Strömung in der Surface Layer bei quasistatiönärem Zustand)- das logarithmische Windprofil wird um die (empirisch abgeleitete) Stabilitätsfunktion Φm(ζ) (abhängig von Höhe z und Parameter zur Beschreibung der thermischen Schichtung, Monin-Obukhov-Länge L) korrigiert
  • Ziel der Monin-Obhukov-Ähnlichkeitstheorie - basiert auf meteorologischen Variablen in dimensionslosen Gruppen - Gewinnung universeller Beziehungen zwischen den Gruppen, die unabhängig von Art der Unterlage, Höhe, Windgeschwindigkeit, Tageszeit, etc. sind.
  • Variablen von denen die turbulente Strömung nach Monin-Obukhov abhängt - z (Höhe über Grund -> Achtung, bei rauen OFs vermindert sich die Referenzhöhe um die Nullpunktsverschiebung auf z-d)- u* (Schubspannungsgeschwindigkeit)- w'Θv' [Strich drüber] kinematischer Wärmefluss der Oberfläche (Maß für turbulenten Austauch thermischer Energie)- (g/Θv) [Strich drüber] zur Berücksichtigung von Auftriebskräften infolge von Temperaturschwankungen Θv = virtuelle potentielle Temperatur, berücksichtigt den Auftriebseffekt des Wassersdampfs
  • Aussagen der MOS - mittlere Strömungen in der Surface Layer haben verschiedene Eigenschaften- die statistischen Momente dieser Eigenschaften sind universelle Funktionen von ζ (jeweils normiert mit den entsprechenden Skalierungsgrößen) In Bezug auf die Strömung wird die Schubspannungsgeschwindigkeit u* als Skalierungsgröße verwendet
  • Stabilitätsmaß ζ (Zeta) - aus der MOS- ζ = (z-d)/L L: Obhukov-Länge
  • Thermische Schichtung der Atmosphäre - labil = Θ(0) > Θ(z) ; ζ < 0 ; L > 0- neutral (adiabatisch) = Θ(0) ~ Θ(z) ; ζ ~ 0 ; L → ± ∞- stabil = Θ(0) < Θ(z) ; ζ > 0 ; L < 0 - z < L -> Windschereffekte dominieren- z > L -> thermisch erzeugte Turbulenz dominiert
  • vertikales Windprofil bei diabatischer Schichtung - die Gleichung ist nur eine funktionale Beziehung- sagt nichts über die Form der Beziehung aus (die musste aus Experimenten gewonnen werden) - heute werden üblicherweise die Businger-Dyer-Gleichungen verwendet - Standartabweichung Sigma ist ebenfalls universelle Funktion von Zetaz.B. Vertikale Windgeschwindigkeit:Φw (ζ) = Sigma(w) / u*
  • Vorzeichenregelung nach Geiger +: Energieströme zur Energieumsatzfläche hin gerichtet-: Energieströme von der Energieumsatzfläche weg gerichtet
  • Windprofil in der Surface Layer - neutrale Schichtung: auf logarithmischer skala gerade, über labil und unter stabil Messstelle Hartheim (Messung über Wald, unten U ganz niedrig)- labil am niedrigsten (U in m/s)- stabil mehr- neutral am meisten)
  • Obhukov-Länge - L- berücksichtigt mechanische Produktion von Turbulenz über u*- repräsentiert die Mächtigkeit der Schicht in der SL, in der die mechanisch erzeugte Turbulenz eine Bedeutung hat
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  • Businger-Dyer-Gleichungen labile Schichtung: Φm (ζ) = (1-16*ζ) ^(-1/4)stabile Schichtung: Φm (ζ) = (1+5*ζ)neutrale Schichtung: Φm (ζ) = 1

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