Turbulent sensible heat flux in Łódź obtained from scintillometer measuerments - comparison of free and mix algorithms

• Autorzy: Zieliński M. , Fortuniak K. , Pawlak W.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ctg-2012-0017

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The primary aim of this paper was to present the results of turbulent sensible heat flux (QH) measurements with Scintillometer Scintec BLS900 (LAS). The theoretical background of scintillation method has been presented as well as two different ways of sensible heat flux computation from LAS. The measurements presented here were conducted from April to December 2011. Diurnal and partially annual variability of QH has been analyzed, moreover the mean diurnal course of QH in considered months has been prepared. In order to choose the optimal method of QH computation from LAS the results obtained with three different Monin-Obuchov similarity theory functions as well as free convection assumption has been compared. In first case it has been proved that sensible heat flux differs significantly depending on chosen universal function. In turn in case of free convection assumptions it has been revealed that it is valid only for very unstable conditions. Therefore it does not apply to long-time heat flux measurement in case of Łódź. Nevertheless, this study has shown that scintillation method is valuable and reasonable source of path-averaged QH estimates in considered city.

PL

Głównym celem pracy była prezentacja wyników pomiarów turbulencyjnego strumienia ciepła jawnego (QH) w Łodzi za pomocą scyntylometru Scintec BLS900. Przedstawione zostały założenia teoretyczne metody scyntylacyjnej, jak również metody wyznaczania strumienia ciepła jawnego za pomocą scyntylometru. Pomiary obejmowały okres od kwietnia do grudnia 2011 roku. Przeanalizowano dobową oraz częściowo roczną zmienność QH, wyznaczając przy tym średnie dobowe jego przebiegi dla poszczególnych miesięcy. W celu wyznaczenia optymalnej metody estymacji QH z pomiarów scyntylometrycznych porównano wyniki uzyskane przy wykorzystaniu trzech różnych funkcji uniwersalnych teorii podobieństwa Monina-Obuchova, jak również przybliżenia dla swobodnej konwekcji. W pierwszym przypadku wykazano, iż strumieni ciepła jawnego w znacznym stopniu różni się, w zależności od zastosowanej funkcji uniwersalnej. Z kolei założenie swobodnej konwekcji w Łodzi sprawdza się jedynie w przypadku silnie chwiejnej warstwy granicznej. Ponadto wykazano, iż w przypadku Łodzi metoda scyntylacyjna stanowi wiarygodną alternatywę wyznaczania strumieni turbulencyjnych.

Słowa kluczowe

EN

sensible heat flux; turbulence; scintillometer; urban; climate

PL

strumień turbulencyjny; ciepło; turbulencja; scyntylometr; klimat; miasto

• Wydawca: De Gruyter
• Czasopismo: Contemporary Trends in Geoscience
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 1, iss. 1
• Strony: 109--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., wykr.

Twórcy

autor

Zieliński M.

• Department of Meteorology and Climatology, University of Lodz, Narutowicza Str. 88, 90-139 Łódź

autor

Fortuniak K.

• Department of Meteorology and Climatology, University of Lodz, Narutowicza Str. 88, 90-139 Łódź

autor

Pawlak W.

• Department of Meteorology and Climatology, University of Lodz, Narutowicza Str. 88, 90-139 Łódź

Bibliografia

• 1. Andreas E.L., 1988, Estimating Cn2 over snow and sea ice from meteorological data, J. Opt. Soc. Amer. A, 5, 481-495
• 2. Beyrich F., De Bruin H.A.R., Meijninger W.M.L., Schipper J.W., Lohse H. (2002) Resuts from one-year continuous operation of a large aperture scintillometer over a heterogeneous land surface, Boundary-Layer Meteorol., 105, 85-97
• 3. De Bruin H.A.R., Van Den Hurk B.J.J.M., Kohsiek W. (1995) The scintillation method over a dry vineyard area, Boundary-Layer Meteorol. 76, 25–40
• 4. Grimmond C.S.B., Salmond J.A., Oke T.R., Offerle B., Lemonsu A. (2004) Flux and turbulence measurements at a densely built-up site in Marseille: Heat, mass (water and carbon dioxide), and momentum, J. Geophys. Res., D: Atmospheres, 109,24, 1-19
• 5. Foken T., Kretschmer D., 1990, Stability dependence of the temperature structure parameter, Boundary-Layer Meteorol., 53, 185–189
• 6. Fortuniak K. (2010) Radiation and turbulence components of energy balance in urban areas on the example of Łódź, Wyd. UŁ, Łódź (In Polish)
• 7. Fortuniak, K., Kłysik, K., Siedlecki, M., Pawlak, W. (2010) Turbulent sensible heat flux at urban areas - preliminary results of comparison scintillation method with eddy covariance In: Bednorz, E., Kolendowicz, L., (Eds.), 2010, Klimat Polski na tle klimatu Europy. Zmiany i ich konsekwencje, Wyd. Nauk. Bogucki, Poznań, 151-162 (in Polish)
• 8. Hill R.J., Clifford S.F., Lawrence, R.S. (1980) Refractive Index and Absorption Fluctuations in the Infrared Caused by Temperature, Humidity and Pressure Fluctuations,J. Opt. Soc. Am., 70, 1192-1205
• 9. Kanda M., Moriwaki R., Roth M., Oke T. (2002) Area-averaged sensible heat flux and a new method to determine zeroplane displacement length over an urban surface using scintillometry, Boundary-Layer Meteorol., 105, 177-193
• 10. Lagouarde J.P., Irvine M., Bonnefond J.-M., Grimmond C.S.B., Long N., Oke T.R., Salmond J.A., Offerle B. (2006) Monitoring the sensible heat flux over urban areas using large aperture scintillometry: case study of Marseille city during the ESCOMPTE experiment, Boundary-Layer Meteorol., 118, 449-476
• 11. Offerle B., Grimmond C.S.B., Fortuniak K., Pawlak W. (2006) Intraurban Differences of Surface Energy Fluxes in a Central European City, ., J. Appl. Meteorol. Climatol., 45, 125-136
• 12. Pauscher L. (2010) Scintillometer Measurements above the Urban Area of London, Diploma Thesis in Geoecology, University of Bayreuth
• 13. Roth M., Salmond J.A., Satyanarayana A.N.V. (2006) Methodological considerations regarding the measurements of turbulent fluxes in the urban roughness sublayer: the role of scintillometry, Boundary-Layer Meteorol., 121, 351-357
• 14. Thiermann V., Grassl H., 1992, The measurement of turbulent surface layer fluxes by use of bichromatic scintillation, Boundary-Layer Meteorol., 58, 367–391
• 15. Wang, T.I., Ochs, G.R., Clifford, S.F.(1978) A saturationresistant optical scintillometer to measure Cn2, J. Opt. Soc. Amer., 69, 334–338
• 16. Wesely M.L. (1976) The Combined Effect of Temperature and Humidity on the Refractive Index., -J. Appl. Meteorol., 15, 43-49
• 17. Wyngaard J.C., Izumi Y., Collins S.A. (1971), Behaviour of refractive-index-structure parameter near the ground., J. Opt. Soc. Amer., 61, 1646-1650
• 18. Willmott C.J. (1981) On the validation of models, Phys. Geogr., 2, 184–194

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.