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Incorporating the effect of heterogeneous surface heating into a semi-empirical model of the surface energy balance closure

Wanner, Luise 1; Calaf, Marc; Mauder, Matthias 1,2
1 Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Geographie und Geoökologie (IFGG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Large-eddy simulations (LES) are an important tool for investigating the longstanding energy-balance-closure problem, as they provide continuous, spatially-distributed information about turbulent flow at a high temporal resolution. Former LES studies reproduced an energy-balance gap similar to the observations in the field typically amounting to 10–30% for heights on the order of 100 m in convective boundary layers even above homogeneous surfaces. The underestimation is caused by dispersive fluxes associated with large-scale turbulent organized structures that are not captured by single-tower measurements. However, the gap typically vanishes near the surface, i.e. at typical eddy-covariance measurement heights below 20 m, contrary to the findings from field measurements. In this study, we aim to find a LES set-up that can represent the correct magnitude of the energy-balance gap close to the surface. Therefore, we use a nested two-way coupled LES, with a fine grid that allows us to resolve fluxes and atmospheric structures at typical eddy-covariance measurement heights of 20 m. Under different stability regimes we compare three different options for lower boundary conditions featuring grassland and forest surfaces, i.e. ... mehr

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU)
Institut für Geographie und Geoökologie (IFGG)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2022
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1932-6203
KITopen-ID: 1000149347
HGF-Programm 12.11.11 (POF IV, LK 01) Urban Climate and Air Quality
Erschienen in PLOS ONE
Verlag Public Library of Science (PLoS)
Band 17
Heft 6
Seiten e0268097
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 01.06.2022
Nachgewiesen in Web of Science
Scopus
OpenAlex
Dimensions
Relationen in KITopen
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000149347
Veröffentlicht am 02.08.2022
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1371/journal.pone.0268097
Scopus
Zitationen: 12
Web of Science
Zitationen: 12
Dimensions
Zitationen: 15
Seitenaufrufe: 138
seit 02.08.2022
Downloads: 97
seit 03.08.2022
Cover der Publikation
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