Publication

Coupling of submeso-scale motion with near-surface turbulence over patchy snow cover

Michael Lehning
2023
Discussion par affiche
Résumé

In spring, when the mountainous snow cover becomes patchy, the strong multi-scale surface heterogeneity influences atmospheric heat exchange processes. At valley scale, thermally driven winds advect warm air towards snow-covered regions at higher elevations. Additionally, the difference in albedo between bare ground and adjacent snow patches causes strong surface temperature differences on a (sub-)meter scale. Consequently, the structure of the near-surface boundary layer is spatio-temporally highly variable. During spring 2021, we recorded data in a comprehensive field campaign in the Dischma valley close to Davos (CH). The dataset includes multiple eddy-covariance measurements at different measurement heights. The topographic setting allows to group the measurements into up valley and down valley flow systems. Using a multi-resolution spectral decomposition of turbulent flux variables, we investigate the structure and dynamics of near-surface turbulence. During up valley flows, the advection of warm air induces stable internal boundary layers (SIBL) adjacent to snow patches with near-neutral static stability above. The strong stability withing the SIBL eventually leads to decoupling of the near-surface turbulence from the submeso-scale motions aloft. In contrast, during down valley flows, stability dampens turbulence similarly at all measurement heights. In concert with those findings, measurements utilizing the IR-screen setup during the same campaign yield high spatio-temporally resolved air temperature profiles during phases of different stability. Furthermore, the screen measurements visualize the near-surface boundary layer dynamics. In the next step, we will use the gained process understanding to test new physical parameterizations especially for warm air advection in hectometer scale coupled snow-atmosphere models.

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Concepts associés (24)
Couche limite
vignette|redresse=2|Couches limites laminaires et turbulentes d'un écoulement sur une plaque plane (avec profil des vitesses moyennes). La couche limite est la zone d'interface entre un corps et le fluide environnant lors d'un mouvement relatif entre les deux. Elle est la conséquence de la viscosité du fluide et est un élément important en mécanique des fluides (aérodynamique, hydrodynamique), en météorologie, en océanographie vignette|Profil de vitesses dans une couche limite.
Neige
La neige () est une forme de précipitations atmosphériques constituée de particules de glace ramifiées, de structure et d'aspect très variables qui sont la plupart du temps cristallisées et agglomérées en flocons contenant de l'air. Mais cette glace peut aussi être sous forme de grains (neige en grains, neige roulée) ou mouillée. Lorsqu'il y a suffisamment de froid et d'humidité dans l'atmosphère, la neige se forme naturellement par condensation solide de la vapeur d'eau à saturation autour des noyaux de congélation.
Planetary boundary layer
In meteorology, the planetary boundary layer (PBL), also known as the atmospheric boundary layer (ABL) or peplosphere, is the lowest part of the atmosphere and its behaviour is directly influenced by its contact with a planetary surface. On Earth it usually responds to changes in surface radiative forcing in an hour or less. In this layer physical quantities such as flow velocity, temperature, and moisture display rapid fluctuations (turbulence) and vertical mixing is strong.
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