PDF (18,7 MB) - Institut für Meteorologie und Klimatologie an der ...

3 Die CBL über homogenem und
idealisiert inhomogenem Untergrund
Um die Effekte von thermischen Inhomogenitäten der Landoberfläche auf die Grenzschicht
einschätzen zu können, ist ein Vergleich zu einer Grenzschicht über homogenem
Untergrund unerlässlich. In Experimenten gestaltet sich ein solcher Vergleich schwierig,
da zwar gleiche Experimentaufbauten an zwei Orten über unterschiedlichem Untergrund
realisierbar sind, jedoch an diesen Orten nie exakt gleiche Randbedingungen herrschen
(lokale Umgebung, Höhe über dem Meeresspiegel, Wetter, Temperatur- und Feuchteschichtung,
etc.). Somit obliegt es der Modellierung, quantitative Abschätzungen dieser
Effekte zu geben.
Als Basis für diese Vergleiche sollen nun zunächst die allgemeinen Eigenschaften der
mit PALM simulierten Grenzschicht über homogenem Untergrund vorgestellt werden 1 .
Zur Vorbereitung der LITFASS-Simulationen und zur Einschätzung der dort auftretenden
Effekte werden anschließend Ergebnisse aus PALM-Simulationen unter Annahme
einer idealisiert inhomogenen Oberfläche aufgeführt und mit den Ergebnissen des entsprechenden
homogenen Laufes verglichen (diese sollen abkürzend mit „HCR“ für „homogeneous
control run“ bezeichnet werden).
3.1 Eigenschaften der konvektiven Grenzschicht über
homogenem Untergrund
Nachdem man im KANSAS-Experiment 1968 die bodennahe Prandtl-Schicht sehr genau
untersucht hatte, um die praktische Verwendbarkeit der MO-Theorie zu beweisen
(Haugen et al., 1971), war man im Anschluss sehr an der Struktur der darüberliegenden
Mischungsschicht interessiert, weil man eine starke Beeinflussung der Prandtl-
Schicht durch große, die gesamte vertikale Grenzschicht umfassende Turbulenzelemente
vermutete. Als wesentliches Ergebnis eines Experimentes, bei dem 1973 in Minnesota die
konvektive Grenzschicht mit Hilfe von Türmen und Ballonen vermessen wurde, veröffentlichten
Kaimal et al. (1976) einen Artikel, in dem die Eigenschaften der konvektiven
Grenzschicht zusammengefasst wurden.
Gleichzeitig erschienen vergleichbare Ergebnisse aus Wassertankexperimenten von
Willis und Deardorff (1974) und ersten numerischen Untersuchungen einer konvektiven
Grenzschicht mit einem LES-Modell (Deardorff, 1974a,b). Deardorff (1970)
1 Die Ergebnisse sind dem Lauf H(0.12) entnommen, der im Rahmen einer Parameterstudie durchge-
führt wurde (siehe Kap. 3.2).
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