文摘

在本文中,我们目前一年的气象和通量测量获得新奥勒松附近的斯匹次卑尔根。通量是派生的涡度相关法和水动力模型方法(协会)。这两种方法进行比较和分析对季节和平均风向。关于风场我们发现明确区分3现行制度(对通量的影响行为)在测量网站主要由地形引起的。关于通量我们找到一个好的协议之间的协会和涡度相关方法在湍流混合的情况下在夏天但偏差在稳定条件下,当协会几乎总是显示负通量。偏差的一部分是基于依赖协会通量的摩擦速度和分子边界层的影响。此外,涡度相关的标记系统软件包TK3简要修改。一个新的质量标准的使用流量获得的涡度相关方法,基于积分湍流特征,提出了。

1。介绍

北极地区的气候是显示更强的变化在表面温度比其他地方在北半球,这种现象被称为“北极的放大效应”(1,2]。其他因素(如cloud-radiation或反照率反馈)也在海洋和大气之间的垂直热流撤退海冰覆盖(或扩大)被认为是原因之一北极放大(3,4]。由于大温差之间的能量交换公海和/或领导和寒冷的北极大气远远高于之间的能量交换一个封闭的冰盖和大气。

由于在北极大气反馈机制的复杂性,特别是在北极大气边界层气候模型显示的最大偏差(5]。最近Medeiros et al。6]分析在气候模型反演的优势,并指出,他们常常高估了在模型稳定条件。Makiranta et al。7从Monin-Obukhov-similarity[]提出的问题是否稳定功能8]在地形扰动北极大气边界层仍然可用,并指出模型往往会低估湍流混合在稳定条件下(见,例如,9])。因此,任何地方地形扰动可能会改变内边界层和湍流通量的观测模型,考虑应当比较。涡度相关测量,如今一项成熟的技术(例如,10]),已经在新奥勒松的orographically挑战性环境(N78′55.287°, E011′54.851°,例如,(11- - - - - -13])。鲁尔接口和Bareiss12)描述浅反演发生,需要仔细的解释涡度相关数据,例如,在断断续续的动荡。一般扰动地表温度资料是一个非常突出的现象在北极地区,这些资料必须谨慎处理,主要是关于潜在的解耦过程之间的层超出近地表温度最大值/最小值。Jocher et al。11)发现重力波和通量从两个网站相比孔斯峡湾地区在斯瓦尔巴特群岛;科·et al。13)的年度周期描述湍流通量呈现湍流通量在不同季节的平均值在今年Bayelva网站接近新奥勒松的村庄。在本文中,我们想要更进一步内部和现在的较小规模的特殊特征显热通量的年新奥勒松附近,根据季节和风力特性。

2。网站,仪器和方法

2.1。网站和仪表

本文所有相关测量结果发生在新奥勒松,斯瓦尔巴特群岛(N78′55.287°, E011°54.851′),这是自1968年以来不同的极地研究中心的机构,也是阿尔弗雷德韦格纳研究所AWI (AWIPEV研究站)。新奥勒松位于约西面向孔斯峡湾西海岸的斯瓦尔巴特群岛,除了峡湾入口,被冰川和山脉环绕800(见图1(一)和1 (b))。使用数据的涡度相关系统附近的新奥勒松(标记图1 (b))和相应的模型结果所谓的水动力模型的方法(14,15]。本文所示的涡度相关数据都是采样20 Hz,风组件和声波的声波温度测量风速计(CSAT3,坎贝尔科学,Inc .)在地面2.1米的高度。水动力模型的使用方法的摩擦速度,温度测量高度和表面温度是必要的。以下的摩擦速度总是获得通过声波风速计的涡度相关系统。测量高度的空气温度是获得通过铂电阻测量(Hygro-Thermogeber,蒂斯此种;为了避免辐射错误安装在通风保护小屋)通过红外温度测量和表面温度(IR 100,坎贝尔科学)。收集所有的值在同一个地方。

这个测量站点的气候学中描述,例如,(16,详细的背景信息的行为过程中所有重要的气象变量(s)可以找到。

2.2。涡度相关

涡度相关方法现在是众所周知的,详细的描述,和流行的方法来确定近地表湍流垂直通量(10,17- - - - - -20.]。条件方程非常简单,然而,很多假设为有意义的实现使用的涡度相关方法。最重要的假设是平稳性、水平均匀性、和消失意味着垂直风速对于时间,应该确定湍流通量。做一个主导力量在地球表面附近的规模分析导致每个垂直湍流通量测定方程,在运动单位和一般形状: 代表垂直风速,感兴趣的代表数量,撇号表示需要这些数量的波动。右边的1)相当于两个组件之间的协方差方程。计算运动单位的显热通量,将温度,对潜热通量的特定的湿度和动量通量水平风。通过这种方式,可以计算每个感兴趣的通量,如果合适的测量技术。得到完整的湍流频谱感兴趣的数量必须以高分辨率,10 - 20赫兹为宜。

数据后处理与国际相比涡度相关软件TK3 [21- - - - - -23]。这个软件包含了所有最先进的修正,完成计算湍流通量在一个正确的方法,在其他一个坐标旋转(这里使用双旋转;参见[19)根据风场现场(24,25]。除非另外注明,计算平均30分钟的时间。

TK3还包括一个质量标志计划(详细的描述24])。该方案结合稳态测试根据Foken Wichura [26)和一个测试的发展湍流条件下使用湍流特性的积分,都是导致9类中的一个分类,然后结合为一个整体。此时几个单词积分湍流特征(ITC):积分湍流特征基本相似特征的大气湍流19,26)根据大气稳定。风组件(=沿着风向组件,=在风向组件=垂直风组件)计算了他们感兴趣的组件的标准差除以摩擦速度 标准差是规范化的标量组件的动力学参数(例如,动态的温度如果温度调查)。动态温度计算 ITC取决于大气稳定和常量值不同的大气稳定性不同。测试发展的动荡,ITC的比较模型函数由Foken et al。27)不稳定的条件和模型函数由托马斯和Foken [28近中性的分层。没有参数化稳定分层,相同的参数化在不稳定的情况下用于稳定分层。ITC-test不是申请的显热通量在直接中性条件下,因为(3在这种情况下)不是良好定义的。

整个国旗方案结合然后稳态测试和结果的ITC-test两时间序列,计算协方差。两个ITC-tests如果没有协议,更高的标志被用于整个分类(表1)。

这个方案的作者建议只使用数据与旗帜为基本研究1 - 3。类4 - 6可用于连续运行的系统(例如,在网络),7和8为取向。数据的类9应该总是被排除在外。

2.3。水动力模型方法(协会)

另一种方法来计算显热通量,而不是经常使用但很复杂,是一个水动力三层模型的方法,开发最初由Foken[通量测量海水之上14,15),首次应用上面的雪Sodemann和Foken29日在新奥勒松),和用于通量计算鲁尔接口和Bareiss12]和Jocher [30.]。这种方法使用表面之间的温度差异系数和测量高度和概要文件衍生的分子边界层分离集成在很小(< 1毫米),粘性缓冲层(≈1厘米),和动荡的动态子层(≈1 - 2米)使用参数化的无量纲厚度和规范化的温度差异。高度超过动荡的动态子层,根据Monin-Obukhov-similarity稳定性的影响必须考虑。所谓的通用功能(例如,31日- - - - - -33)然后确定方程封闭根据无因次参数稳定与测量高度和Obukhov-length描述了剪切力之间的比率,热,和浮力部队(34,35]。对于不稳定的分层是负的,在稳定的情况下分层积极(阻尼震荡)。的值波动在零附近的意思是中性的分层。这个稳定的影响可以忽略在或低于测量高度动荡的动态子层。的结果在本文中,我们认为是在或低于动荡的动态子层,这可能是最合理的在夏季由于湍流很发达,而且在冬天时间由于某些积雪层减少了有效测量身高。测试包括稳定性影响的水动力模型方法选择的时间也同意这种说法,显示结果之间没有明显差异有或没有包括在所有季节的水动力模型方法稳定性影响的过程中。最后概要系数公式根据Foken [15]: (33]意味着这里的卡门常数,摩擦速度。代表分子温度边界层的厚度,molecular-turbulent普朗特数,测量身高、和空气的运动粘度随温度(m²年代⁻¹)的值用于所有的计算(这是一个空气温度的值为0°C和1013 hPa)的空气压力。20的原始文献名称值对数项的分母(4),这个值是改编的最后一年,现在推荐使用值为30(个人通信原作者协会)。

摩擦速度在(4)是直接通过声波风速计使用(1)和以下相关摩擦速度和运动动量通量之间: (5)只有水平和垂直风的风组件需要u,水平风组件的影响可以忽略由于坐标旋转的声波在平均风风速表数据。

表面之间的积分和顶部的分子边界层取决于摩擦速度,空气的运动粘度、分子温度边界层的厚度。这个水动力模型方法的根本性的改变行为的分子边界层摩擦速度的0.23年代⁻¹被发现(14,36),所以下面的区别的情况下是由相应的术语Γ(括号中的线的右侧(6)只是一个分隔线,没有商): 虽然这种区别的病例非常严格来说是有效的在水面,我们采用了它在文学这一主题(见[12])。这种区别也最先进的。

显热通量之前在运动单位(K m s⁻¹): 表面温度和站在这个方程在测量空气温度高。

如果显热通量和空气温度在一个给定的高度已知,公式(7)可以重写获得表面温度如下: 除非另有说明,否则提到温度值平均在30分钟间隔将它们与摩擦速度值与TK3通量计算获得的。

3所示。结果

开始的结果,数据2(一个)和2 (b)显示平均30分钟的运动概述显热通量的2011年7月到2012年6月,策划对空气温度测量身高,根据(6)分为摩擦速度≤0.23年代⁻¹(图2(一个)速度(图)和更高的摩擦2 (b))。几个主题是显而易见的起初对这些情节:协会的数据显示,结果在负温度范围是有限的,积极的显热通量在负温度范围内没有或只有部分是可能的。这是一个普遍问题的模型方法,使用一定的高度之间的温度梯度和表面显热通量,计算结果”太稳定,“如果的表面温度低于温度测量身高(例如,5])。这意味着:在短暂的夏季与表面温度高于温度测量/模型的高度,积极的显热通量不能复制这些模型的方法。此外,负显热通量的结果之外的这些模型方法相比,夏季往往太大,例如,涡度相关的结果。

另一方面涡度相关的结果在这两个数据复制积极的显热通量负温度范围,但应该小心的解释:Jocher et al。11)表明,外部重力波在夏季导致虚构的积极的显热通量与涡度相关方法,特别是对于低摩擦速度。Foken和Wichura26)详细描述了这个系统的问题,清晰地看到这一事实特别是明显的“山”涡度相关结果的负温度范围低摩擦速度图2(一个),下一个部分将再次捡起这个话题。此外,在图2(一个)我们看到协会不能完全复制的正涡度相关通量低摩擦速度的正温度范围。通常根据高摩擦速度(图要好2 (b)),但仍有偏差。

3.1。显热通量的季节性特征

两个主要过程中通量政权是显而易见的。一方面的短暂的夏季对流是可能的(以下称为“对流”),另一方面今年剩下的时间里,主要是稳定或中性条件。两个阶段之间的过渡非常快;当雪融化,表面干燥,通量政权可以迅速改变,从一个小时到下一个对流条件。值的两个夏天相结合。通过调查的一般行为显热通量我们详细证明了如果这是合理的,得出的结论是,没有理由反对结合时期1.7.2011-31.8.2011和16.6.2012-30.6.2012“对流”。外这一时期传入的短波辐射太弱产生对流(或表面还覆盖着雪或融化水抑制明显变暖的表面),传入的短波辐射通量的主要驱动参数政权在夏天。数据3(一个)和3 (b)显示计算的显热通量涡度相关方法提到了夏季,绘制相应的水动力模型方法的结果。在图3(一个)结果的摩擦速度≤0.23年代⁻¹所示,在图吗3 (b)的摩擦速度> 0.23年代⁻¹。前一节中指出,低摩擦速度的结果水动力模型方法系统地低于涡度相关法的结果(图3(一个))。这种差异也可见通量的摩擦速度> 0.23年代⁻¹但有点不明显。我们稍后会回来这个问题并讨论如果有必要适应夏季水动力模型的参数化方法。相同的值作为数据3(一个)和3 (b)但只有涡度相关的派生质量标志1 - 3绘制在图3 (c)和3 (d)。没有巨大差异明显的一般行为通量比较数据3(一个)和3 (b)对数据3 (c)和3 (d)。

今年馀下的行为完全不同的夏天周期短;在数据3 (e)和3 (f)这一时期的显热通量,再次分开在两个类摩擦速度的值≤0.23年代⁻¹(图3 (e))和摩擦速度> 0.23年代⁻¹(图3 (f))。图3 (e)一方面清楚地表明,水动力模型方法几乎不产生积极的通量在夏季和另一方面的问题外部重力波,生成虚拟积极的显热通量使用涡度相关方法。在夏季的长波辐射通量的平衡是主要的驱动参数政权,从而导致强烈的近地表冷却,从而下降流出的冰川孔斯峡湾促进近地表外部重力波的形成。的摩擦速度> 0.23年代⁻¹结果更大的传播和外部重力波的问题主要是由于更好的混合了空气摩擦产生的(图3 (f))。但是如果我们看同样的价值观,现在只有策划质量标志1 - 3,很明显,只有一个小范围的涡度相关值波动在零附近(图3 (g)和3 (h))。我们将讨论TK3标记系统的稳定条件3.3.3并检查如果这个巨大的消除数据是合理的或者有必要适应TK3的标记系统。

3.2。显热通量特征取决于风向

本节应突出近地表湍流通量的行为之间的联系和风向测量站点。图4显示了一个风向玫瑰图(不同风类是由不同颜色(见传说,值m s⁻¹),虚线圆圈表示的相对频率)调查时间2011年7月到2012年6月,由数据声波风速计的涡度相关的网站。风三个主要领域是显而易见的:首先孔斯峡湾后向东的方向取向(开凿运河效应),第二个峰值约为220 - 230度,主要是与重力流出Broggerbreen冰川(主要流出方向的冰川被标记在图1 (b)),第三个向西方向的风吹到峡湾入口。图的主要特征4与相应的调查协议孔斯峡湾的风场(例如,16,37])。下面讨论数据分离3风力行业(也比较图1 (b)):部门1是在以下命名为“正常”部门(20°-150°,风在44.7%的数据来自这个部门),部门2作为“打扰”部门(直接受到飞艇的山和Broggerbreen冰川南部和西南部新奥勒松,150°-270°,35.9%的数据),和第三部门作为“同步”行业(270°-20°,19.4%的所有数据)。“同步”是指,在这种情况下,我们可以假设在整个孔斯峡湾,相同条件下,因为风直接进入峡湾入口和同步此流量行为在整个峡湾,由Jocher检测et al。11]。气象条件,讨论了产生这种“同步事件”在本小节的末尾。

继续前面的介绍数据分离在两个摩擦速度类,人物5(一个)显示了运动学显热通量(艾迪和协会)16.6.-31.8时间窗口。和摩擦速度≤0.23年代⁻¹的颜色(见图例)分裂在3提到风能行业。的一般行为显热通量风向行业,都是类似的,但是相对应的值的范围从“打扰”风方向领域明显小于其他两个风能行业。的解释可能是,表面变暖是由寒冷的空气阻尼的风能行业的流动下Broggerbreen冰川也在夏天时间也在静风条件下(比较图1 (b))。显热通量的行为变化,如果风速上升。图5 (b)显示了运动学显热通量(涡流与协会)同期如图5(一个)但对于摩擦速度> 0.23年代⁻¹。积极的流量值的范围领域的“正常”和“同步”同意而且很好,但“正常”风部门现在还负通量值生成,不明显,如果风从部门270°-20°。这些消极的流量值可能是由于蒸发和一个增强的绿洲效应,这意味着潜热通量“窃取”能源的显热通量保持蒸发活着。“同步”部门更多的海上和带来经常从公海云,蒸发是阻尼。另一方面蒸发培养“正常”部门明确的条件下,风速高。“打扰”部门依次山脉的风速是有限的(比较数据1 (b)和4)。这个行业也显示了一个完全不同的通量行为积极的流量值。涡度相关值和协会值之间的相关性在积极的通量范围非常相似的行业“正常”和“同步”显然不同。一个可能的解释可能再次的溢流寒冷的空气从冰川和冰雪领域仍存在在这个部门,作为同一时期的流量值的描述和小摩擦速度。高风速福斯特的平流寒冷的空气下冰川和山脉,否则短波辐射加热表面的测量网站还是一样的。这将导致更高的表面温度差异和在高风速,进而高通量测量高度值使用协会的通量的行为相比,行业“正常”和“同步”。

图5 (c)显示了运动学显热通量(艾迪和协会)1.9.-15.6时间窗口。和摩擦速度≤0.23年代⁻¹。很好地看到的是前面提到的限制模型的方法在积极的流量值。模型方法是一般很少能够繁殖积极湍流通量(这也可以发生在稳定的条件下),因为它们的用法之间的温度梯度测量高度和表面通量的计算。这种梯度几乎总是积极在夏季北极苔原地区由于长波辐射损失的接口表面空气和薄弱或缺失的短波辐射输入在这个时期。在图最突出的现象5 (c)显然是巨大的积极的变化值在“打扰”领域,产生的涡度相关方法。负责的早些时候介绍外部重力波由近地表重力触发流出(通常只有1 - 2米深度)的Broggerbreen冰川(比较图1 (b)),发生在平静和清晰的条件(风速< 5 m s⁻¹,没有云;比较(11])。考虑到涡度相关结果我们看到此外,“同步”行业中的值或多或少是振荡在零附近,而在“正常”部门明显更可能出现负流量值。这是解释更多的海上角色“同步”行业(风直接从海洋的开放水域和峡湾的涡度相关测量站点)与“正常”的部门,它遵循一个更大陆行为(风的方向主要来自土地或雪表面)。图5 (d)如图显示了相同的值5 (c)但是现在的摩擦速度> 0.23年代⁻¹。明显的第一个观点是更由于风速越高通量波动行为。虚构的积极变化值的大量“打扰”风部门产生的涡度相关法的外部重力波现在由于增强空气混合摩擦速度更高,这避免了下降的冷空气的到来流出Broggerbreen冰川的涡度相关测量站点。图5 (d)证实了上述理论,建立“正常”风部门更多影响大陆和“同步”部门海事:“正常”部门生成更负流量值比“同步”部门。

回到这个话题“同步”:本文的调查过程中导致的知识,我们可以找到一个天气情况和案例之间的直接连接风从“同步”部门孔斯峡湾,和因此天气形势和通量之间的直接连接行为在这些情况下。其他介绍风能行业这种联系更加复杂是因为周围的冷锋,引导影响,冰川流出的影响,所以我们开始在这一点上的描述的主要天气尺度/小规模连接“同步”部门:在大多数情况下同步相关的在斯瓦尔巴特群岛东北部发生低压系统。这是向西流的主要天气形势大致面向西孔斯峡湾和近地表上的同步过程的峡湾。调查主题“同步”我们进行如下:作为同步事件我们分类的时间至少4小时风从部门300°-360°(一定要调查一个“真正的”同步事件部门选择比稍窄的定义3本文前面风向类)。过滤声波风速表数据(平均1分钟)涡度相关测量网站通过这些标准全年数据提出了(2011年7月到2012年6月),看着这样的大尺度天气情况获得同步时间导致统计分布:全年73事件被发现已经关联的55例上述低压系统在斯瓦尔巴特群岛东北部,其余18例不能带来了一个连接与一个特定的天气情况。此外55例在斯瓦尔巴特群岛东北低压系统大致可以分为低压系统的情况下,旋转引起的风场孔斯峡湾(46例),在这种情况下,最可能地转流引起的风场孔斯峡湾(9例;斯瓦尔巴特群岛东北部的低压系统和相应的高压系统在西南的斯瓦尔巴特群岛非常远离彼此)。语句的天气情况我们使用在所有的情况下6小时平均ERA-Interim再分析数据,提供的ECMWF(欧洲中期天气预报中心)。调查表面压力(hPa),风速(m s⁻¹)850年,hPa在850 hPa风矢量,850 hPa的位势高度。850 hPa被选为“纯”天气情况没有影响地球表面的。使语句可见,人物6显示了一个示例的情节提到ERA-Interim 28.5.2012再分析数据,12 UTC,斯瓦尔巴特群岛有一个白色十字标记。之所以选择这个日期由于其优秀的代表性的“同步”现象进行了描述。在图6850年风速hPa(颜色),850年风矢量hPa(箭头)和位势高度在850 hPa(行)所示。看到是大力开发了低压系统的斯瓦尔巴特群岛东北中心(灰色轮廓线)。斯瓦尔巴特群岛之间的明显的压力梯度和格陵兰岛导致强烈的北north-westerly流(向量),风速约20米⁻¹(阴影的颜色)。图6使清晰可见,这种类型的压力分布导致大风吹的峡湾入口Kongsfjorden因此同步整个风场的峡湾。

调查有关表面之间的关系过程和天气状况仍在持续,也对其他的风电行业,似乎表现的更加复杂。

3.3。补充说明

在本节中,我们将讨论三个重要的问题变得明显在本文详细一点。适应(6)提出了部分3.3.1低和高摩擦速度提高水动力模型方法的性能在夏季在陆地上(参见图3(一个)和3 (b))。

直接从这些语句后部分3.3.2:协会的进一步应用的可能性。

节3.3.3我们将讨论的标记系统TK3显热通量在稳定的条件下,研究湍流特性的积分可能改善当前的积分使用参数化湍流特征在TK3稳定条件(参见数据3 (g)和3 (h))。

3.3.1。协会在夏季

回想一节3所示。1我们回忆起一个系统性的偏差之间的显热通量的涡度相关方法和获得的协会在夏季(比较数据3(一个)和3 (b)),HMA-fluxes不断降低。Foken et al。14,36,38)提供理论使用值为6 (6)的摩擦速度≤0.23年代⁻¹和一个值12的摩擦速度> 0.23年代⁻¹。这个方程描述分子温度边界层的行为高于水面剖面系数(4使用协会)。

在陆地上显然是一个适应是必要的:我们在一种案例研究的值(6前)到1(6)摩擦速度≤0.23年代⁻¹和2(12)前的摩擦速度> 0.23年代⁻¹。图7(一)展示了用这种方法重新计算运动学显热通量低摩擦速度值,图7 (b)的摩擦速度> 0.23年代⁻¹。好看到的一般行为协会值符合现在更好的涡度相关值的一般行为(即使相关系数不显著改变比较的数据3(一个)和3 (b),但这个系数只是一个信息两个时间的线性关系)。这意味着在词:分子温度边界层土地在对流段欠发达比水面。这可以导致回到陆地表面的粗糙度较高比较水面。

因为在数据仍有偏差7(一)和7 (b)比较涡度相关结果和协会对流期间额外的点应提到:·et al。39)调查了夏天的时空变化特征新奥勒松附近的表面温度测量在另一个网站,这个网站是直接附近的一条小河。他们发现,很大表面温度在小空间尺度上的差异可能主要取决于表面水分。为测量网站提出了在本文中,我们假设我们可以忽视这些大表面水分的差异由于事实这个网站很平坦,而不是直接附近的河流或冰川融化水外流。因此在我们看来使用协会的影响是可能的关于异构性问题在表面水分。然而,通过红外传感器表面温度的确定可以通过协会通量计算的不确定性因素。它只是一个测量的(在我们的例子中)完全异构苔原表面,草,苔藓,裸露的土壤,和小石头(不同的颜色,因此不同的长波辐射)交替在很小的距离。可能的偏差引起的红外传感器很不幸没有量化,因此准确的点在每个表面温度测量的表面必须是已知的,这是不可能有如此高的表面的空间异质性特征。

在任何情况下强烈建议现场调查这些问题,在不同的气候条件变化对不同测量位置是最有可能的。

外对流涡度相关方法之间的相关性和水动力模型的方法是非常低(比较数据3 (e)来3 (h)),所以没有可靠的语句可能行为的分子温度边界层通过比较涡度相关组织和协会的值。

3.3.2。进一步应用协会的可能性

简单和可靠的协会提供了一些可能的进一步应用。首先所有涡度相关的协会可以很容易地应用系统和提供流量值不依赖于充分发展湍流的存在如涡度相关法(但注意层结构的最低米的表面可以为不同的测量站点不同,比较部分3.3.1)。这一层结构是我们在通量的差异的可能原因在稳定条件下的不同的涡度相关方法和协会。特别是在稳定条件下协会提供的信息不同于涡度相关法(除了湍流交换层流过程也包含在协会)的结果,从而认为,大部分方法相反,近地表边界层的分层结构。

此外,显热通量的条件方程可以改写为获得表面温度根据(7)[12,29日]。因此,在气候模型表面温度规定协会可以用来约束这一重要参数。例如,协会可用于案例研究吸收通量。这可能是重要的,因为Jocher [30.)表明,在北极测量通量对流期间不能与区域气候模型模拟HIRHAM5 [40北极苔原网站显示)。很明显,区域气候模型不能够复制出积极的显热通量对流期间在这个网站由于表面温度的坏表示的气候模型粗分辨率。

3.3.3。温度ITC的稳定条件下(使用涡度相关)

就像前面提到的2。2涡度相关软件质量TK3使用标记系统相同的温度ITC参数化不稳定和稳定的情况下。下面是排除许多涡度相关数据直接在稳定的情况下由于不满足使用参数化,剩下的只是一个小走廊的值在零附近波动(见部分3所示。1)。实际的原始作者推荐的TK3完全关闭温度ITC的标记系统的稳定的分层和只使用稳态标志整体标志(见表1)。

在以下温度ITC的主题应当讨论进一步的调查提出相应的数据摘要所示。图8显示温度的绝对值ITC(计算公式(2)和(3)对流段(16.6.-31.8),其余的一年(1.9.-15.6。依赖,而不是对流)的无量纲参数稳定。另外如图8的绝对值是双曲余切值的吗和温度参数化后的ITC的Foken et al。27]。

几件事是很明显的在图8:首先我们看到分层对流段或多或少总是不稳定或中性温度的绝对值ITC是除了一些例外持续低于相应的双曲线的余切值的绝对值。

接下来我们看到的不是对流段相当大量的负的生成,这表明不稳定的分层。这些值的解释已经讨论了虚构的积极效果显热通量产生的涡度相关方法在外部重力波的情况下,涡度相关法的失败。ITC的温度在这些情况下不是很好,强烈散射的范围之外的双曲余切值的绝对值。

而且很明显,ITC的下限温度的上升与稳定的价值观和更稳定的分层是更多的是温度ITC的散射。为值高于0.4温度的绝对值ITC的持续高于双曲线的余切值的绝对值。

在对流段温度ITC作为参考(在部分3讨论,一般在对流显热通量行为期之间没有本质上的区别实际流量值和流量值显热通量质量标志1 - 3 TK3)现在我们可以制定一个新的温度ITC质量标准稳定范围不稳定(负的值),(不含= 0,双曲余切没有定义):使用所有合理的热流值满足条件 稳定范围需要一个单独的处理。湍流在这个稳定范围是阻尼,经常断断续续或产生的碎波,所以更加困难比这个稳定范围以外的检测和分析。在这种情况下,一个主要的涡度相关法的前提条件,即成熟的动荡在整个通量计算平均时间,不满足。这一事实解释了大量散射ITC-values温度的稳定范围。

几个单词的动机这一标准:寻找一个排除标准的显热通量显示北极苔原网站(只是决定:接受或拒绝),适用于一个尽可能宽的稳定范围的相关性(9)被发现是一种优雅的方式来做到这一点。表单(但不是公式)的这一标准类似于现有标准提出的类似Foken et al。27另外画在图)8。为了完整性在这一点上说,我们认为不存在位移高度参数化后Foken et al。27)由于不存在树冠在测量现场。这种假设可能是没有完全实现,可能会导致一个小在图的低估8显示参数化后Foken et al。27),但图的主要结论8不受影响。

在改变已经存在的标准(如一个Foken et al。27]),预测参数化模型试图ITC是最好的方法,主要对不同使用不同的参数化稳定范围,我们在这里提出一种排斥则以一种独特的形式对整个稳定范围。拟议的标准(9)给转让前提条件成熟的动荡的可能性(有意义的使用的一个主要先决条件的涡度相关方法)不稳定的稳定范围也在中性和稳定的稳定范围)。

4所示。结论

近地表的前面部分显热通量的行为(获得的涡度相关法和水动力模型方法(协会)在今年提出了北极测量新奥勒松附近,斯匹次卑尔根。很明显,近地表显热通量的行为很大程度上取决于季节,风向和摩擦速度。考虑到所有的显示结果,尤其是结果“打扰”部门(风向150°-270°)应该谨慎处理,在这个部门直接附近的高山冰川和涡度相关测量复杂导致很多干扰。这一点的建议排除流量值中获得从提到的部门流动,如果可能的话。如果不可能,过滤技术(例如小波;比较,例如,41])或质量标志的使用可以帮助排除虚构的积极合理的热流值,由外部重力波生成使用涡度相关方法。表2总结最重要的结果在一个表中补充说明。

一些想法的一侧上的涡度相关法和梯度方法(包括介绍了水动力模型方法作为一个特例)另一方面对他们的应用程序在北极测量地点应当插入:涡度相关方法决定了湍流通量,梯度方法紊流和层流交换由于他们使用定义之间的温度梯度测量高度和表面。两种方法一起配合得很好,如果我们可以假设湍流交换的主要过程(我们看到本文对流段)。实际上,这两种方法的性能显然在极夜条件下如果动荡不同阻尼和/或只有断断续续的。很大负通量使用梯度方法(代表湍流和分子交换)然后站对通量主要波动在零附近使用涡度相关方法(仅代表湍流通量),梯度方法是关于湍流交换“稳定”。这种差异是由晴空条件下培育和低风速度,这意味着一个强大的长波辐射损失(因此大测量高度和表面温度差异)由于低摩擦和阻尼混合。多云天气和/或更高的摩擦速度限制之间形成强烈的温度梯度测量高度和表面,因此层流交换。现在可能是一个潜在的应用这方面的知识吗?它应该可以使严重的陈述过程中湍流发展的全年涡度相关法的比较结果(确定湍流通量)和水动力模型方法的结果(决定湍流通量和层流流量)。这样一种湍流发展的关键价值可以定义了它意义比较特殊的涡度相关结果和水动力模型结果(而且模型结果一般)作为平等的湍流通量测定的方法。先决条件:知识结构的最低的米的气氛。 Investigations about the thickness of the molecular boundary layer should be done at each measurement site before providing further investigations.

为了验证这个想法,进一步的工作是需要和正在进行的。事实上,水动力模型方法用于本文将是一个理想的工具,这样的调查由于其可能性解决层状结构和相应的过程在大气的最低米完全和身体的,协会的明显的优势比较其他梯度方法。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

多谢Jurgen Graeser, AWI波茨坦,技术支持关于本文中提到的仪器的安装和AWIPEV船员日常检查和维护工作现场运行的仪器。