Zur Turbulenz in der atmosphaerischen Grenzschicht

In der ersten Arbeit werden einige Konzepte vorgestellt, die die Struktur der Turbulenz, insbesondere in den unteren Metern der Atmosphaere (Prandtlschicht) teils analytisch, teils empirisch beschreiben. Ein Schwerpunkt dabei sind die Einfluesse der verschiedenen Erzeugungs- oder Vernichtungsmechanismen auf die Bilanz der turbulent kinetischen Energie (TKE). Hierbei werden verschiedene Stabilitaetszustaende der Atmosphaere beruecksichtigt. Dazu wurden mit einem zeitlich hochaufloesenden Ultraschall-Anemometer-Thermometer Messungen in der Atmosphaere durchgefuehrt. Anhand der Messdaten wurden die relevanten Groessen Hebungsproduktion, Scherungsproduktion, Dissipation und turbulenter Transport berechnet. Zur Ermittlung des Dissipationsterms werden die Spektren der Windgeschwindigkeitsfluktuationen benutzt. Die Ergebnisse bestaetigen in Anbetracht der Idealisierungen der atmosphaerischen und orographischen Verhaeltnisse die theoretischen Formulierungen. In der zweiten Arbeit wird die Theorie homogener Turbulenz im Inertialbereich als Abschaetzung zur Parametrisierung der subskaligen Turbulenz in einem zweidimensionalen Modell benutzt. Trotz des inhomogenen Charakters der Turbulenz fuer eine spezielle Modellsimulation, liefert die homogene Theorie zumindest eine Abschaetzung des Groessenbereichs der Reynoldszahl im Fall horizontaler Stroemungen. So zeigen Energiespektren der Geschindigkeitsfluktuationen hinter einem Stroemungshindernis eine schnelle Intensitaetsabnahme in dem Bereich, in dem der Inertialbereich erwartet wird. Diese spektrale Eigenschaft zeigen auch gemessene Spektren bei inhomogenen Bedingungen. (orig./KWE)In the first paper, some concepts are presented which describe the structure of turbulence partly analytically partly empirically regarding the lower meters of the atmosphere (surface layer). This description centres on the influences of the various generative and destructive mechanisms on the budget of turbulent kinetic energy (TKE). Different stabilities of the atmosphere are taken into consideration. High frequency Sonic measurements were made for this purpose. With this data, bouyant production, shear production, dissipation, and turbulent transport were calculated. Spectra of windspeed fluctuations are used to determine the dissipation term. These results confirm the theoretical statements in view of the errors whitch come into the play by idealising atmospheric and orographic conditions. In the second paper the theory of homogeneous turbulence in the inertial subrange is used as a first approximation for the estimation of subgrid turbulence in a two dimensional microscale model. Despite of the inhomogeneous nature of turbulence for the considered flow field the homogeneous theory gives at least a reasonable estimate of the correct Reynolds number of horizontal flows. Power spectra of velocity fluctuations downstream of a disturbance in the flow field show a more rapid decrease of intensity in the region where the inertial subrange is expected. This feature coincides with observed spectra under inhomogeneous conditions. (orig./KWE)Contains diploma thesis submitted by H. Thielen: Zur Struktur der Turbulenz in der atmosphaerischen Grenzschicht (Prandtlschicht) and paper by T. Hermel and M.J. Herschgens: On the parametrization of subgrid turbulence in microscale modelsAvailable from TIB Hannover: RN 1818(100) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman