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Theoretische Untersuchung der Turbulenz innerhalb eines Pflanzenbestandes (I): Modellierung der Turbulenzintensitätsprofile innerhalb eines Pflanzenbestandes

Theoretical investigation of turbulence within a plant canopy (I): Modelling profiles of turbulence intensity within a plant canopy

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Archives for meteorology, geophysics, and bioclimatology, Series B Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Ein Schließungsmodell zweiter Ordnung wird entwickelt zur Beschreibung der Turbulenz innerhalb eines Pflanzenbestandes. Hierbei werden die Einflüsse der Wide rstandskräfte der Pflanzenelemente auf die Parametrisierungsformeln einzelner Terme der Gleichung für die Reynoldssche Spannung wie die der thermischen Schichtung behandelt. Mit dem Schließungsmodell zweiter Ordnung wird ein Windkanalexperiment analysiert und mit Hilfe der durch these Analyse gewonnenen Kenntnisse werden die Gleichungen vereinfacht. Dadurch erhält man eine einfache Gleichung zur Beschreibung der Turbulenzintensität innerhalb eines Pflanzenbestandes. Es besteht eine gute Übereinstimmung zwischen den berechneten und den direkt gemessenen Turbulenzintensitätsprofilen. Jedoch wird ebenfalls auf eine Schwäche der vereinfachten Gleichung hingewiesen.

Summary

A second-order closure model is developed for turbulence within a canopy. In parameterizing each term in the Reynolds stress equation the drag force created by canopy elements is treated just like the buoyant force. With this second-order closure model an experiment in a wind tunnel is analyzed in order to get knowledge about the characteristics of the canopy flow, which makes it possible to simplify the equations. A simple mathematical expression for the turbulence intensity within a canopy is obtained. Good agreement between computed and directly observed profiles of the turbulence intensity is found. The calculations point out, however, also a weakness of the simplified equation.

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Literatur

  1. Gibson, M. M., Launder, B. E.: Ground Effects on Pressure Fluctuations in the Atmospheric Boundary Layer. J. Fluid Mech.86, 491–511 (1978).

    Article  Google Scholar 

  2. Hossain, M. S., Rodi, W.: Mathematical Modelling of Vertical Mixing in Stratified Channel Flow. In: Second International Symposium on Stratified Flows, Vol. 1 (Carstens, T., et al., eds.), pp. 280–290. Trondheim 1980.

  3. Inoue, E.: On the Turbulent Structure of Airflow within Crop Canopies. J. Met. Soc. Japan41, 317–326 (1963).

    Google Scholar 

  4. Inoue, K., Uchijima, Z.: Experimental Study of Microstructure of Wind Turbulence in Rice and Maize Canopies. Bull. Nat. Inst. Agric. Sci. (Japan), Ser. A26, 1–88 (1979).

    Google Scholar 

  5. Kurata, K.: Theoretische Untersuchung der Turbulenz innerhalb eines Pflanzenbestandes. Dissertation Universität Hannover 1981.

  6. Landsberg, J. J., Jarvis, P. G.: A Numerical Investigation of the Momentum Balance of a Spruce Forest. J. Appl. Ecol.10, 645–655 (1973).

    Article  Google Scholar 

  7. Launder, B. E.: Progress in the Modelling of Turbulent Transport. Lecture Series 76. Von Karman Institute, 1975.

  8. Launder, B. E., Reece, G. J., Rodi, W.: Progress in the Development of a Reynolds Stress Turbulence Closure. J. Fluid Mech.68, 537–566 (1975).

    Article  Google Scholar 

  9. Lumley, J. L., Zeman, O.: The Influence of Buoyancy on Turbulent Transport. J. Fluid Mech.84, 581–597 (1978).

    Article  Google Scholar 

  10. Rodi, W.: Turbulence Models and their Application in Hydraulics — A State of the Art Review. Sonderforschungsbereich 80 Rept. SFB 80/T/127 (1978).

  11. Seginer, I., Mulhearn, P. J., Bradley, E. F., Finnigan, J. J.: Turbulent Flow in a Model Plant Canopy. Boundary-Layer Met.10, 423–453 (1976).

    Article  Google Scholar 

  12. Shaw, R. H., Den Hartog, G., King, K. M., Thurtell, G. W.: Measurements of Mean Wind Flow and Three-Dimensional Turbulence Intensity within a Mature Corn Canopy. Agric. Met.13, 419–425 (1974).

    Article  Google Scholar 

  13. Tennekes, H., Lumley, J. L.: A First Course in Turbulence. Cambridge, Mass., London: The MIT Press 1972.

    Google Scholar 

  14. Uchijima, Z., Wright, J. L.: An Experimental Study of Air Flow in a Corn Plant-Air Layer. Bull. Nat. Inst. Agric. Sci. (Japan), Ser. A11, 19–66 (1964).

    Google Scholar 

  15. Wilson, N. R., Shaw, R. H.: A Higher Order Closure Model for Canopy Flow. J. Appl. Met.16, 1197–1205 (1977).

    Article  Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Meteorologie und Klimatologie der Universität Hannover, Herrenhäuser Straße 2, D-3000, Hannover 21, Bundesrepublik Deutschland

    K. Kurata &  R. Roth

Authors
  1. K. Kurata
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  2. R. Roth
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Kurata, K., Roth, R. Theoretische Untersuchung der Turbulenz innerhalb eines Pflanzenbestandes (I): Modellierung der Turbulenzintensitätsprofile innerhalb eines Pflanzenbestandes. Arch. Met. Geoph. Biocl., Ser. B 31, 99–112 (1982). https://doi.org/10.1007/BF02311345

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF02311345

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