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Climatology
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Regional Evaporation at Grid/Pixel Scale over Heterogeneous Land SurfacesEVA_GRIPS (BMBF 01LD0103-UBT)From 10/2000 to 09/2004Principal Investigator: Thomas Foken Staff: Matthias Mauder, Claudia Liebethal, Mathias Göckede, Daniela Kracher, Florian Wimmer Das Gesamtziel des EVA-GRIPS-Vorhabens ist die Bestimmung der Verdunstung über heterogenen Landoberflächen aus Beobachtungen und durch numerische Modellierung. Die räumliche Skala ist die Gitterbox eines atmosphärischen regionalen Zirkulationsmodells oder ein Satellitenbildpixel. Es sollen Parameterisierungsansätze für atmosphärische und hydrologische Modelle entwickelt werden, die den Austausch von Wasser, Wärme und Impuls am Erdboden repräsentativ für Gitterelemente beschreiben. Da die Verdunstung eine Komponente der Energie- und Wasserbilanz der Landoberfläche darstellt, müssen notwendigerweise auch die turbulenten Flüsse von Wärme und Impuls sowie die Gebietsmittel der Strahlungskomponenten und des Niederschlages betrachtet werden. Die Ergebnisse des Projektes werden für die regionale numerische Wettervorhersage und für die Klimamodellierung zur Verfügung gestellt (Schnittstellen LM des DWD, BALTIMOS Projekt im Rahmen von DEKLIM). Das Gesamtziel dieses Vorhabens widmet sich daher einer zentralen Fragestellung von DEKLIM und insbesondere von BALTEX. Bekannte Strategien zur Bestimmung gebiets-gemittelter turbulenter Flüsse werden kombiniert zur Ableitung eines Konzeptes, das räumliche Heterogenitäten bezüglich der Vegetation (Albedo, Rauhigkeit, Emissivität, Blattflächenindex), des Bodentyps (Wasserspeicherkapazität) und der atmosphärischen Grenzschicht (Niederschlag, Strahlung, Temperatur, Feuchte, Windgeschwindigkeit) berücksichtigt. Die Ansätze werden getestet mit Daten aus Feldexperimenten und für die Implementierung in Regionalmodelle bereitgestellt. Das Verbundprojekt vereinigt Feldmessungen, die Analyse von Satellitendaten und numerische Modellierung. Das Konsortium umfaßt Arbeitsgruppen mit ausgewiesener Expertise in jeweils einem oder mehreren dieser drei Forschungsbereiche. Messungen aller wesentlichen Parameter, die den Austausch von Wasser und Energie zwischen der Landoberfläche und der Atmosphäre beeinflussen, werden in einer heterogenen Landschaft über den Zeitraum eines hydrologischen Jahres durchgeführt. Während eines Feldexperiments im Jahre 2003 wird dieses Basis-Meßprogramm ergänzt durch direkte Messungen der Verdunstung mit Eddy-Korrelations-Verfahren an mehreren Orten innerhalb des Testgebietes, durch Messungen in der atmosphärischen Grenzschicht mit der Hubschrauber-Schleppsonde HELIPOD, durch zusätzliche Radiosondenaufstiege und durch Profilmessungen mittels Lidar und Radar. Die Landoberflächeneigenschaften Albedo, Emissivität, Rauhigkeit und Blattflächenindex werden aus Satellitendaten abgeleitet. Die Verteilung der Bodenfeuchte wird mit einem hydrologischen Modell (TOPLATS) simuliert, das einseitig an das atmosphärische Mesoskalamodell (LM) gekoppelt ist. Mit Hilfe dieses umfangreichen Datensatzes werden auf der Gitterboxskala die Flüsse bestimmt und der Einfluß der Heterogenität auf die Grenzschichtstruktur untersucht. Die numerischen Modelle umfassen drei 1-dimensionale SVAT-Schemata, ein detailliertes hydrologisches Modell, ein 3-dimensionales nicht-hydrostatisches Mesoskala Modell und ein large-eddy Simulationsmodell (LES). In off-line Simulationen werden die SVAT-Schemata zunächst anhand von Flußmessungen an einzelnen Stationen über unterschiedlicher Vegetation vergleichend getestet, bevor verschiedene Mittelungsstrategien für turbulente Flüsse in die SVAT Modelle implementiert und mit Beobachtungsdaten vergleichend getestet werden. Für Test-Simulationen mit dem Mesoskala Modell wird ein vollständiger Datensatz aus dem Experiment LITFASS-98 bereitgestellt. Mit dem large-eddy Simulationsmodell werden für ausgesuchte Episoden die turbulenten Flüsse mit hoher Auflösung explizit simuliert. Diese Rechnungen werden zum Vergleich mit den unterschiedlichen Parameterisierungsansätzen für die subskaligen turbulenten Prozesse herangezogen. Alle Aktivitäten werden sich auf das Gebiet des LITFASS Projektes konzentrieren, das vom Deutschen Wetterdienst (MOL) kontinuierlich im Bereich Lindenberg durchgeführt wird. Für die Modellierungen werden zunächst Datensätze aus dem LITFASS-98 Experiment bereitgestellt, die bereits aufbereitet sind. Die mit diesen Daten entwickelten Ansätze werden in der 2. Hälfte des Projektes anhand der Daten aus dem Feldexperiment LITFASS-2003 überprüft und ggf. weiterentwickelt oder angepasst. Homepage: http://w3.gkss.de/KSH/EVA_GRIPS/ List of publications of this Project
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