De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

1 De atmosferische grenslaag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Atmosferische grenslaag.

Verwante presentaties


Presentatie over: "1 De atmosferische grenslaag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Atmosferische grenslaag."— Transcript van de presentatie:

1 1 De atmosferische grenslaag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Atmosferische grenslaag vanaf Mount Meru, Tanzania Foto: Alexis Merlaud, Belgium

2 2 De atmosferische grenslaag INHOUD COLLEGE 1. Inleiding Atmosferische Grenslaag 2. Eigenschappen van turbulentie 3. Verticale structuur en gedrag 4. Turbulente transporten

3 Wat is een grenslaag? Overgangslaag in een stroming van een gas of vloeistof bij een grensvlak (wand, object): In de grenslaag vindt aanpassing van de stroomsnelheid plaats 3

4 4 Atmosferische (planetaire) grenslaag: - directe invloed van aardoppervlak is merkbaar - dagelijkse gang is merkbaar (opwarming en afkoeling) - belangrijk kenmerk: turbulentie Atmosferische Grenslaag (Boundary Layer)

5 5 Waarom bestuderen we de atmosferische grenslaag? Allereerst: We leven in deze laag! Weer: Temperatuur, Wind, Wolken, Mist… Klimaat: Invloed van broeikasgassen, landgebruik, etc Luchtkwaliteit: Verspreiding van verontreinigingen Relevant voor voedselproductie, verkeer, energie, etc...

6 6 De atmosferische grenslaag Kenmerk: dagelijkse gang (De Bilt, Aug 1997)

7 Wageningen Atmospheric Observatory Atmosferische Waarnemingen in Wageningen op de Veensteeg

8 Wageningen Atmospheric Observatory Atmosferische Waarnemingen in Wageningen op de Veensteeg Leerlingen Pantarijn doen zelf weermetingen op Veensteeg

9 9 Weer van gisteren op Veensteeg in Wageningen Zie ook Hoofdstuk 3

10 10 Weer van gisteren op Veensteeg in Wageningen Zie ook Hoofdstuk 6

11 11 Weer van gisteren op Veensteeg in Wageningen

12 12 De atmosferische grenslaag 2. Ander kenmerk Grenslaag: Turbulentie (onregelmatige stroming)

13 13 De atmosferische grenslaag Vergelijk: Laminaire (regelmatige) stroming - Interne wrijving wordt veroorzaakt door moleculaire viscositeit - Viscositeit is het afremmen van de vloeistof door aantrekking van de moleculen onderling - Luchtmoleculen aan de grond liggen stil: > sterke afname wind- snelheid bij oppervlak.

14 14 De atmosferische grenslaag Mechanische turbulentie - Eddy viscositeit is de interne wrijving die ontstaat als een laminaire luchtstroming wordt verstoord door obstakels - De wervels (Engels: eddies) die zo ontstaan noemen we mechanische turbulentie - Mechanische turbulentie remt de lucht veel sterker af dan moleculaire viscositeit.

15 15 Mechanische turbulentie ontstaat door afremming van wind bij het aardoppervlak: Wrijving, Windschering en Impulsuitwisseling

16 16 Gemiddelde windsnelheid en windstoot gemeten in Wageningen op 10 meter hoogte, 11 januari 2007

17 17 Turbulente windsnelheid op 3 meter hoogte gemeten in Wageningen, 11 januari 2007, uur (lokale tijd) (Dank aan Bert Heusinkveld en Adrie Jacobs)

18 18 De atmosferische grenslaag Convectie of thermische turbulentie - Thermische turbulentie wordt veroorzaakt door stijgende en dalende themiekbellen (Thermiek, Convectie) - Thermische turbulentie is ‘s middags maximaal als het aardoppervlak de hoogste temperatuur heeft

19 19 De atmosferische grenslaag Convectie of thermische turbulentie vochtig droog

20 20 Convectie of thermische turbulentie

21 21 Thermiek boven heterogeen land Kouder en vochtiger Warmer en droger (Dank aan Chiel van Heerwaarden, Jordi Vila, Kees van den Dries)

22 22 Convectie is zichtbaar door luchttrillingen (Scintillaties) Scintillaties zijn maat voor turbulente uitwisseling van warmte en vocht tussen aardoppervlak en atmosfeer

23 23 Als er weinig turbulentie is… (nacht en ochtend bij weinig wind)

24 24 De atmosferische grenslaag Ontwikkeling van de grenslaag 3. Structuur en gedrag - Stralingsinversie: de nachtelijke grenslaag - Geen thermische turbulentie - Weinig/geen mechanische turbulentie - Weinig wind, windsterkte neemt toe boven de inversie 06 uur

25 25 De atmosferische grenslaag Ontwikkeling van de grenslaag - Verwarming aardoppervlak: ontstaan van thermiekbellen > zwakke thermische turbulentie > ontstaan van kleine Cu > grenslaag groeit omhoog > einde nachtelijke grenslaag -Thermiekbellen mengen de hogere windsnelheid boven naar omlaag > toename wind nabij oppervlak > toename mechanische turbulentie aan oppervlak 11 uur

26 26 De atmosferische grenslaag Ontwikkeling van de grenslaag - Verwarming aardoppervlak is nu maximaal > sterkste thermische turbulentie > ‘mooi-weer’ Cumulus > thermiekbellen mengen nog hogere windsnelheden naar omlaag > sterkste wind nabij aardoppervlak > grenslaag 1 à 1,5 km dik > grenslaag is goed gemengd 15 uur

27 27 De atmosferische grenslaag Ontwikkeling van de grenslaag - Verwarming aardoppervlak wordt minder sterk > opp.temperatuur daalt > geen thermische turbulentie > afname bewolking > begin nachtelijke grenslaag > wind neemt in sterkte af > afname mechanische turbulentie 18 uur

28 28 Zie ook Hoofdstuk 4 voor potentiele temperatuur! Effect van menging Door menging en opbouw atmosfeer: vorming en instand- houding van de inversie aan de top van de grenslaag.

29 29 De atmosferische grenslaag De convectieve grenslaag = menglaag  q oppervlaktelaag menglaag capping inversion

30 30 De atmosferische grenslaag De convectieve grenslaag = menglaag

31 31 De convectieve grenslaag met weinig wind Luchtverontreiniging hoopt zich op onder de grenslaaginversie in Los Angeles (links) en Shanghai (rechts)

32 32 De atmosferische grenslaag Temperatuur tot 200 m Cabauw 27 maart 2002

33 33 De atmosferische grenslaag Pot. temperatuur tot 200 m Cabauw 27 maart 2002

34 34 De atmosferische grenslaag De nachtelijke grenslaag (Nocturnal / Stable boundary layer) Kenmerken: -  neemt toe met hoogte - inversie > stabiele laag - opp.temperatuur daalt - alleen mechanische turb. - weinig wind & turbulentie - ontkoppeling van BL - ‘low-level jet’

35 35 De atmosferische grenslaag Profielen in de nachtelijke grenslaag

36 36 De atmosferische grenslaag Dagelijkse gang boven land

37 37 De atmosferische grenslaag Indeling grenslaag

38 38 De atmosferische grenslaag Reynoldse splitsing 4. Turbulente transporten Waarde = gemiddelde + fluctuatie C = C + c` met c`  0 — —

39 39 De atmosferische grenslaag Product van fluctuerende grootheden

40 40 De atmosferische grenslaag Product van fluctuerende grootheden Aa’Bb’a’b’AB A = 4a’ = 0B = 15b’ = 0a’b’ = -5AB = 55 ———————— AB = AB + a`b` 55 = ————––

41 41 De atmosferische grenslaag Product van fluctuerende grootheden AB = AB + a`b` Totaal = gemiddeld + turbulent ————–– Als A of B een windsnelheids- component (u, v of w) is, dan is AB een transport —— Covariantie term

42 42 Turbulente warmteflux Bij het oppervlak

43 43 Voorbeeld van verticale turbulente flux: warmte uitwisseling dagnacht

44 44 De atmosferische grenslaag Verticale turbulente fluxen Verticale flux (-dichtheid): hoeveelheid warmte, vocht, impuls s -1 m -2 Sensibele warmteflux H (W m -2 ) =  c p w’  ’ Latente warmteflux LE (W m -2 ) =  L w’q’ Impulsflux  (N m -2 ) = -  w’u’ Flux van scalar r (kg CO 2 s -1 m -2 ) =  w’r’ —— — — — — — —

45 45 De atmosferische grenslaag Meten van turbulente fluxen Meten van fluctuaties: - gevoelige sensoren - snelle sensoren - snelle datalogging K- THEORIE: Verband tussen - verticale flux(dichtheid) - gemiddelde grootheid

46 46 K-theorie beschouwingen Moleculaire diffusie: D Warmte transport = D x (T hoog – T laag ) / afstand = - D x Temperatuur gradiënt D= mol.diff.coëff.  2x10 -5 m 2 s -1 Turbulente (eddy) diffusie: transport = eddy-diffusie coëff. x gradiënt K= turb.diff.coëff. = 1 – 100 m 2 s -1 T hoog T laag moleculaire diffusie

47 47 De atmosferische grenslaag Verticale turbulente fluxen Sensibele warmteflux H (W m -2 ) = -  c p K h d  /dz Latente warmteflux LE (W m -2 ) = -  L K e dq/dz Impulsflux  (N m -2 ) =  K m du/dz – – – Probleem: hoe groot is K ?

48 48 De atmosferische grenslaag Turbulente diffusiecoëfficiënten

49 49 De atmosferische grenslaag Verticale profielen in de menglaag

50 50 Invloed van het aardoppervlak: Dagelijkse gang Turbulentie Belangrijke laag voor uitwisseling van warmte, vocht, impuls, verontreinigingen en sporegassen ‘Turbulente K – theorie’ voor fluxberekening Samenvatting

51 51 Voorbeelden van Grenslaagonderzoek Wisselwerking tussen (heterogeen) land en de grenslaag, de invloed van een stad op de omgeving.. Invloed van grenslaag op wolkenvorming Concentratie en transport van broeikasgassen en luchtverontreinigingen Gevolgen van de uitwisseling van warmte en gassen boven de oceaan op de vorming van tropische cyclonen Etc…

52 Four interrelated themes Weather and Climate Dynamics Urban Meteorology and Air Quality Boundary layer Meteorology and Land-Atmosphere interactions Air Quality and Atmospheric Chemistry


Download ppt "1 De atmosferische grenslaag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Inleiding Atmosfeer College 13 Prof. Bert Holtslag Atmosferische grenslaag."

Verwante presentaties


Ads door Google