Angewandte Meteorologie: Mikrometeorologische Methoden
Gespeichert in:
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| Format: | Elektronisch E-Book |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin ; Heidelberg
Springer Spektrum
[2016]
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| Ausgabe: | 3. Auflage |
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| DOI: | 10.1007/978-3-642-25525-0 |
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| adam_text | Titel: Angewandte Meteorologie
Autor: Foken, Thomas
Jahr: 2016
Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeine Grundlagen 1
1.1 Mikrometeorologie 1
1.2 Atmosphärische Maßstäbe 6
1.3 Atmosphärische Grenzschicht 8
1.4 Energiebilanz an der Erdoberfläche 11
1.4.1 Strahlungsbilanz an der Erdoberfläche 13
1.4.2 Bodenwärmestrom und Bodenwärmespeicherung 19
1.4.3 Turbulente Austauschströme 23
1.5 Wasserbilanzgleichung 28
Literatur 29
2 Grundgleichungen der atmosphärischen Turbulenz 35
2.1 Bewegungsgleichung 35
2.1.1 Navier-Stokes-Gleichung für mittlere Bewegung 35
2.1.2 Turbulente Bewegungsgleichung 36
2.1.3 Schließungsansätze 42
2.2 Gleichung der turbulenten kinetischen Energie 47
2.3 Fluss-Gradient-Ähnlichkeit 49
2.3.1 Profilgleichungen für neutrale Schichtung 49
2.3.2 Integration der Profilgleichungen - Rauigkeit und
Verschiebungshöhe 53
2.3.3 Monin-Obukhov sehe Ähnlichkeitstheorie 57
2.3.4 Bowen-Verhältnis-Ähnlichkeit 65
2.4 Fluss-Varianz-Ähnlichkeit 66
2.5 Turbulenzspektrum 68
2.6 Atmosphärische Grenzschicht 76
2.6.1 Mischungsschichthöhe 76
2.6.2 Widerstandsgesetz 78
2.6.3 Integrale Turbulenzcharakteristiken 79
Literatur 80
3 Besonderheiten der bodennahen Turbulenz 87
3.1 Eigenschaften der Unterlage 87
3.1.1 Rauigkeit - ergänzende Anmerkungen 88
xi
xii
Inhaltsverzeichnis
3.1.2 Verschiebungshöhe - ergänzende Anmerkungen 91
3.1.3 Profile in Pflanzenbeständen 93
3.2 Interne Grenzschichten 96
3.2.1 Definition 96
3.2.2 Experimentelle Befunde 100
3.2.3 Thermische interne Grenzschicht 103
3.2.4 Das „Blending-height -Konzept 105
3.2.5 Praktische Bedeutung interner Grenzschichten 106
3.3 Hindernisse 107
3.4 Footprint 110
3.4.1 Definition 110
3.4.2 Footprint-Modelle 111
3.4.3 Anwendung von Footprint-Modellen 113
3.5 Hohe Vegetation 117
3.5.1 Verhalten meteorologischer Größen im Wald 117
3.5.2 Flüsse gegen den Gradienten - kohärente Strukturen 119
3.5.3 Raue Unterschicht - Verwirbelungsschicht 125
3.5.4 Kopplung zwischen Atmosphäre und
Pflanzenbeständen 128
3.6 Advektion 130
3.7 Bedingungen bei stabiler Schichtung 133
3.8 Schließung der Energiebilanz 135
Literatur 140
4 Experimentelle Bestimmung des Energie- und
Stoffaustausches 151
4.1 Profilmethode 151
4.1.1 Profilmethode mit zwei Messhöhen 152
4.1.2 Profilmessung mit mehreren Messhöhen 163
4.1.3 Potenzansätze 165
4.2 Eddy-Kovarianz-Methode 167
4.2.1 Allgemeine Grundlagen 167
4.2.2 Messtechnische Grundlagen 169
4.2.3 Anzuwendende Korrekturverfahren 172
4.2.4 Nicht oder nur mit Vorsicht anzuwendende
Korrekturverfahren 182
4.2.5 Qualitätssicherung 184
4.2.6 Ergänzen von Datenlücken 187
4.2.7 Gesamteinschätzung 189
4.3 Fluss-Varianz-Beziehungen 191
4.4 Akkumulationsverfahren 192
4.4.1 Eddy-Akkumulations-Methode (EA) 192
4.4.2 Relaxed Eddy-Akkumulations-Methode (REA) 193
4.4.3 Disjunct Eddy-Kovarianz-Methode (DEC) 198
4.4.4 Boden Renewal-Methode 198
Inhaltsverzeichnis xiii
4.5 Flüsse chemischer Beimengungen 200
Literatur 207
5 Modellierung des Energie- und Stoffaustausches 217
5.1 Energiebilanzverfahren 217
5.1.1 Bestimmung der potenziellen Verdunstung 218
5.1.2 Bestimmung der aktuellen Verdunstung 222
5.1.3 Bestimmung aus Routine-Wetterbeobachtungen 227
5.2 Hydrodynamische Mehrschichtenmodelle 229
5.3 Widerstandsansätze 231
5.4 Modellierung für Wasserflächen 236
5.5 Grenzschichtmodellierung 237
5.5.1 Prognostische Modelle für die
Mischungsschichthöhe 237
5.5.2 Parametrisierungen für das Windprofil in der
Grenzschicht 238
5.6 Modellierung in großmaßstäblichen Modellen 240
5.7 Large Eddy-Simulation 243
5.8 Flächenmittelung 244
5.8.1 Einfache Flächenmittelungsverfahren 246
5.8.2 Aufwändige Flächenmittelungsverfahren 248
5.8.3 Modellkopplung 249
Literatur 250
6 Messtechnik 259
6.1 Datenerfassung 259
6.1.1 Prinzip der digitalen Datenerfassung 260
6.1.2 Signalabtastung 262
6.1.3 Übertragungsfunktionen 265
6.1.4 Trägheit eines Messsystems 266
6.2 Messung meteorologischer Elemente 269
6.2.1 Strahlungsmessung 270
6.2.2 Windmessung 277
6.2.3 Temperatur- und Feuchtemessung 284
6.2.4 Niederschlagsmessung 293
6.2.5 Indirekte Messverfahren 294
6.2.6 Sonstige Messtechniken 298
6.3 Qualitätsmanagement 305
6.3.1 Messplanung 305
6.3.2 Qualitätskontrolle 307
6.3.3 Messgerätevergleiche 309
Literatur 311
7 Mikroklimatologie 319
7.1 Klimatologische Maßstäbe 319
7.2 Herausbildung lokaler Klimate 320
xiv
Inhaltsverzeichnis
7.2.1 Kleinräumige Veränderlichkeit von
Klimaelementen 320
7.2.2 Lokale Klimatypen 321
7.3 Mikroklimatologisch relevante Zirkulationen 324
7.3.1 Land-Seewind-Zirkulation 324
7.3.2 Berg-Talwind-Zirkulation 324
7.4 Lokale Kaltluftabflüsse 325
7.5 Landnutzungsänderungen und Lokalklima 329
7.5.1 Änderung der Oberflächenrauigkeit 329
7.5.2 Änderung der Verdunstung 331
7.5.3 Änderung der Albedo 331
7.5.4 Degradation 332
7.6 Mikroklimatologische Messungen 332
Literatur 334
8 Angewandte Meteorologie 337
8.1 Richtlinien im Bereich der Angewandten Meteorologie 337
8.2 Beispiele aus dem Bereich der Angewandten Meteorologie . . . 339
8.2.1 Ausbreitung von Luftbeimengungen 339
8.2.2 Meteorologische Bedingungen der
Windenergienutzung 342
8.2.3 Schallausbreitung in der Atmosphäre 344
8.2.4 Human-Biometeorologie 346
8.3 Perspektiven der Angewandten Meteorologie 349
Literatur 350
9 Anhang 353
9.1 Weiterführende Monografien 353
9.1.1 Deutschsprachige Meteorologie- und
Klimatologielehrbücher 353
9.1.2 Weiterführende mikrometeorologische Literatur 354
9.1.3 Weiterführende messtechnische Literatur 355
9.2 Gebrauch der SI-Einheiten 356
9.3 Konstanten und wichtige Parameter 356
9.4 Ergänzende Gleichungen 359
9.4.1 Berechnung astronomischer Größen 359
9.4.2 Universelle Funktionen 360
9.4.3 Integrale Turbulenzcharakteristiken in der
Bodenschicht 363
9.5 Übersicht zu Experimenten 364
9.5.1 Experimente zur Untersuchung der Bodenschicht 364
9.5.2 Experimente in heterogenen Landschaften 365
9.5.3 Experimente in der städtischen Grenzschicht 366
9.5.4 Sonstige Experimente, auf die Bezug
genommen wird 367
Inhaltsverzeichnis xv
9.6 Meteorologische Messstationen 367
9.7 Bearbeitungssoftware für Eddy-Kovarianz-Messungen 368
9.8 Glossar 371
9.9 Deutsch-Englisches-Wörterverzeichnis 374
Literatur 381
Sachwortverzeichnis 387
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