Vejr, klima- og hydrometeorologi -prognoser kræver nøjagtige overflade -atmosfære koblet modellering. Dette kræver anvendelse af korrekte koblingshøjder i beregning af overfladeturbulente fluxer eller udvekslingen af varme, fugtighed og momentum mellem jordoverfladen og det nære overflade tynde luftlag kaldet overfladelaget.
Traditionelt har Earth Systems Models (ESMS) brugt en vilkårligt indstillet højde i dette lag som referencehøjde, normalt mellem 10 og 50 m, til at beregne overfladefluxer. Imidlertid har virkningen af referencehøjder på interaktionerne på overfladen -atmosfæren ikke fået meget opmærksomhed, og den optimale højde er ukendt.
For nylig behandlede et team af atmosfæriske forskere fra Sun Yat-sen University og University of Arizona dette spørgsmål og fandt, at flere repræsentative referencevirksomheder giver bedre estimater af overflade turbulente fluxer og dermed bedre ESM-forudsigelser.
Undersøgelsen er vist på forsiden af Fremskridt inden for atmosfæriske videnskaber.
“Vi ønskede at vide, om der er optimale referencevare med henblik på estimering af overfladeflux ved hjælp af den aktuelle overfladelagsteori,” sagde Shaofeng Liu, lektor i skolen for atmosfæriske videnskaber ved Sun Yat-sen-universitetet og første forfatter af forskningsdokumentet .
For at gøre dette bestemte teamet, hvor meget vindgradienten, beregnet ved hjælp af en given referencevægt, adskiller sig fra den faktiske gradient. Afvigelsen blev derefter brugt til at estimere en ny referencevare, indtil afvigelsen var tæt på nul.
Denne iterative proces gjorde det også muligt for teamet at opnå den optimale højde og kvantificere afhængigheden af overfladefluxestimater på referencevinden. Resultaterne var robuste, uanset om forskerne brugte den klassiske eller deres egen reviderede overfladelagsteori.
“Beregning af landoverfladefluxer i jordsystemmodeller er afhængig af referencevinden. Denne højde er normalt indstillet som det laveste niveau i atmosfæren, der varierer fra et par meter til flere titusinder Overfladelaget har en tendens til at tilvejebringe det bedste estimat af overfladefluxer, “sagde Liu.
Momentumfluxen, der afspejler den hastighed, hvormed momentum eller produktet af vindhastighed og luftmasse overføres mellem jordens atmosfære og overflade pr. Enhedstid, blev især påvirket. Beregningen af varmeflux, der repræsenterer overførsel af varme mellem jordoverfladen og atmosfæren, blev også forbedret.
“Vi håber, at denne undersøgelse vil hjælpe med at give retningslinjer for at indstille de korrekte referencevirksomheder til jordsystemmodellering,” sagde medforfatter Yongjiu Dai, professor i School of Atmospheric Sciences ved Sun Yat-sen University.
“Disse resultater skal også verificeres yderligere ved hjælp af observationsdata fra feedback-observatorier fra land-atmosfære,” tilføjede medforfatter Xubin Zeng, professor ved University of Arizona.
I fremtiden håber teamet også at optimere estimering af referencehøjde for de nyeste modelleringsapplikationer, herunder jordsystemmodellering med høj opløsning, der inkluderer flere gitterniveauer i overfladelaget.