International Journal of Biometeorology

, Volume 17, Issue 1, pp 1–11 | Cite as

Effects of urbanization on turbulent diffusion and mixing depth

  • F. L. Ludwig
  • W. F. Dabberdt
Article

Abstract

Analysis of wind direction fluctuation-data indicates that turbulent diffusion in urban areas is significantly larger than in the country; urban diffusion occurs at a rate characteristic of less stable rural conditions. Differences between urban and rural dispersion are approximately equivalent to changes of one Pasquill stability class. Nighttime urban mixing depths are greater than the corresponding rural values because of the heat island effect. Empirical relationships and Summers' simple model of the heat island are used to derive an expression for the urban mixing depth in terms of city population and rural lapse rate. The expression was found to be in reasonably good agreement with lidar observations of mixing depth in St. Louis.

Zusammenfassung

Eine Analyse der Messungen der Fluktuationen der Windrichtung zeigt, dass die turbulente Diffusion in Stadtgebieten signifikant grösser ist als auf dem Lande. Die Diffusion über Städten tritt in einer Häufigkeit auf, wie sie für weniger konstante ländliche Bedingungen charakteristisch ist. Unterschiede in der Dispersion zwischen Stadt und Land sind den Veränderungen von schätzungsweise einer Pasquill-Stabilitätsklasse äquivalent. Nächtliche Mischungsschichten in der Stadt sind wegen des Wärmeinsel-Effekts grösser als die entsprechenden Werte im Land. Empirische Beziehungen und Summer's einfaches Modell der Wärmeinsel werden hier benutzt, um eine Formel für den Mischungweg über der Stadt in Hinsicht auf die Stadtbevölkerung und der Gradienten über dem Land abzuleiten. Die Anwendung der Formel ergab Werte, die mit lidar Beobachtungen des Mischungsweges in St. Louis gut übereinstimmten.

Resume

L'analyse des mesures des fluctuations de la direction du vent montre que la diffusion turbulente est plus importante dans une zone urbaine qu'à la campagne et cela de façon significative. La diffusion au-dessus des villes se manifeste en fréquences comparables à celles qui caractérisent les conditions les moins stables de la campagne. Les différences de dispersion entre la ville et la campagne sont équivalentes aux modifications d'approximativement une classe de stabilité selon Pasquill. L'épaisseur des couches de mélange nocturne est en ville plus importante qu'à la campagne en raison des effets d'ilôts chauds. On utilise ici des descriptions empiriques et le modèle simple de Summer pour désigner les ilôts de chaleur. Ceci permet d'en déduire une expression pour la couche de mélange située sur la ville, en rapport avec sa population et les gradients de la campagne. Ce mode de procéder est en relation satisfaisante avec des observations lidar de la couche de mélange au-dessus de St. Louis.

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Copyright information

© Swets & Zeitlinger B.V. 1973

Authors and Affiliations

  • F. L. Ludwig
  • W. F. Dabberdt
    • 1
  1. 1.Stanford Research InstituteMenlo ParkUSA

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