1 / 15

Umweltmeteorologie

Umweltmeteorologie. Prof. Dr. Otto Klemm. 5. Stabilität. Entsprechend wurde die potenzielle Temperatur  als die Temperatur eingeführt, die ein Luftpaket annimmt, wenn es in einem adiabatischen Prozess auf einen Druck von 1000 hPa gebracht wird. .

waseem
Download Presentation

Umweltmeteorologie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Umweltmeteorologie Prof. Dr. Otto Klemm 5. Stabilität

  2. Entsprechend wurde die potenzielle Temperatur  als die Temperatur eingeführt, die ein Luftpaket annimmt, wenn es in einem adiabatischen Prozess auf einen Druck von 1000 hPa gebracht wird. Bei adiabatischer Schichtung ist  mit der Höhe konstant: Statische Stabilität Der trockenadiabatische Temperaturgradient  ist:

  3. Statische Stabilität der gemessene Temperaturgradient  oder der Gradient der potenziellen Temperatur  können nun dazu benutzt werden, um die (statische) Stabilität der atmosphärischen Schichtung zu beurteilen:

  4. Einfluss der Reibung logarithmisches Windprofil in Bodennähe nicht exakt an der Bodenoberfläche wird die Windgeschwindigkeit Null, sondern in einer Höhe z0 z0 ist die Rauigkeitslänge z0

  5. z0 Einfluss der Reibung der Impulsfluss findet auch turbulent statt. Das Windfeld ist extern angetrieben, durch die Bodenreibung wird Turbulenz produziert: mechanisch induzierte Turbulenz weitere Annahme in der bodennahen Schicht: Höhenkonstanz der vertikalen Flüsse

  6. Einfluss der Reibung die Voraussetzungen für die Annahme des logarithmischen Windprofiles gelten für idealisierte neutrale Stabilitätsbedingungen, mit Höhenkonstanz des Impulsflusses Das heißt, es tritt keine thermisch induzierte Turbulenz auf! unter stabilen und labilen Bedingungen wird das Windprofil in jedem Falle verändert. es ergeben sich allerdings sehr bedeutende weitergehende Konsequenzen: aus: Stull, 1995

  7. statische / dynamische Stabilität Die Interaktion zwischen dem extern angetriebenem Windfeld und der Bodenreibung bewirkt ein Windprofil. Für statisch neutrale Schichtungsbedingungen (dT/dz = ) resultiert das logarithmische Windprofil betrachtet. Es besteht Impulsfluss zum Boden hin, „turbulente Energie wird vernichtet“, Turbulenz wird mechanisch erzeugt. Aus unseren Überlegungen zur Erwärmung des Grenzschicht von unten her (als Folge der Einstrahlung) wissen wir aber, dass unter gegebenen Bedingungen der Auftriebstrom auch einen Einfluss auf das Windfeld haben muss. Hier entsteht Turbulenz Das Windprofil wird verändert, Turbulenz wird thermisch erzeugt. Bei der Betrachtung der Stabilität der Grenzschicht ist es folglich angebracht, sowohl das Windprofil als auch das Temperaturprofil zu begutachten. Dies führt zum Konzept der dynamischen Stabilität der Grenzschicht.

  8. dynamische Stabilität Die (Gradient-) Richardson-Zahl Ri ist eine Möglichkeit, die Stabilität der Grenzschicht zu beschreiben: Hinter der Richardson-Zahl steckt das Konzept des Gradient-Ansatzes. Streng genommen muss sie aus den Flüssen von Impuls und fühlbarer Wärme hergeleitet werden. Man kann Ri interpretieren als das Verhältnis der thermischen Kräfte zu den Scherkräften

  9. dynamische Stabilität Es wird die kritische Richardson-Zahl Ric 0.25 eingeführt. Ri < Ric: Turbulenz wird produziert Ri > Ric: Turbulenz stirbt aus Der Nenner ist i.d.R. positiv. D.h. labile dynamische Stabilität tritt genau dann ein, wenn statisch labile Schichtung besteht. Der zusätzliche Informationsgewinn der Richardson-Zahl entsteht bei leicht stabiler Schichtung: Bei 0 < Ri < 0.25 wird immer noch Turbulenz produziert. Für nicht zu große Höhenunterschiede z kann Ri (mit  und U) sinnvoll berechnet und interpretiert werden.

  10. Stabilitätsklassen VDI 3782 Blatt 1 Foken (2003) Mohan, M. & Siddiqui, T.A. (1988) Analysis of various schemes for the estimation of atmospheric stability classification Atm. Env. 32., 3775-3781.

  11. dynamische Stabilität eine weitere Möglichkeit der Quantifizierung der Schichtungsstabilität ist der Auftriebsparameter  mit: mit der Monin-Obuchow-Länge L:

  12. dynamische Stabilität die Monin-Obuchov – Länge bzw. der Auftriebsparameter  = z / L sind sehr weit verbreitet angewandte Größen. L ist eine semiempirische Skalierungslänge. L selbst ist weitgehend unabhängig von der Höhe. Physikalisch interpretiert ist die Obuchov – Länge L - die charakteristische Höhenskala der Schicht der dynamischen (mechanischen) Turbulenz (nach Arya, 1988) - proportional zu der Höhe über der Oberfläche, bei der die thermische Produktion von Turbulenz erstmals bedeutender ist als die mechanische (nach Stull, 1988) L kann Werte zwischen -∞ und +∞ annehmen

  13. dynamische Stabilität thermisch labile Bedingungen (QH positiv) aus: Roedel, 2000

  14. dynamische Stabilität aus: Stull, 1988

  15. universelle Funktionen Universelle Funktionen dienen der vereinfachten Skalierung dynamischer Größen wie z.B. Impulsfluss oder Wärmefluss. Sie beschreiben Einfluss der Stabilität: mit Genauigkeiten von ca. 10 – 20 % haben diese Funktionen in der Bodenschicht Gültigkeit aus: Foken, 2003

More Related