Mit der digitalen Prozesskette das Leichtbaupotenzial der Zukunft erschließen: Tailor Welded Blanks (TWBs) aus höchstfesten Stählen, Teilprojekt: Erforschung des Einflusses von Landoberflächenheterogenität auf bodennahe Zirkulationen und atmosphärische Flüsse

Description: Die Erforschung der Land-Atmosphären-Rückkopplung für heterogene Landoberflächen benötigt die Erfassung biophysikalisch bedeutsamer Wärme- und Impulsbilanzen nahe der Unterlage, die das Projekt motivieren. Dieser Energie- und Massenaustausch ist eine essenzielle Komponente in der Prozesskette der Rückkopplungen. Trotz beachtlicher Fortschritte im Verständnis und Quantifizierung der Auswirkungen einfacher Heterogenitätssprünge bei orthogonaler und paralleler Anströmung besteht eine Wissenslücke für die am häufigsten auftretenden Queranströmungen. Weder der Prozess selbst, noch die Auswirkungen der Queranströmung auf den turbulenten Transport sind momentan verstanden oder quantifiziert. Das Zentralziel ist, diese Queranströmungen zu detektieren und ein konzeptionelles Verständnis durch Messungen über den landwirtschaftlichen LAFO-Flächen zu erlangen. Die Zentralhypothese ist, dass Queranströmung zu einer Zone systematisch erhöhten turbulenten Austausches innerhalb einer Übergangsgrenzschicht führt, in der die Land-Oberflächen-Rückkopplung verstärkt ist. Die Forschung wird durch 4 Unterhypothesen und -ziele geleitet. Mithilfe der hochauflösenden (Sekunden und Dezimeter) Fiber-Optic Distributed Sensing (FODS) Technik erfolgen räumlich kontinuierliche Messungen der Lufttemperatur in der Bodenschicht und im Pflanzenbestand, sowie der turbulenten Windgeschwindigkeit und Turbulenter Kinetischer Energie über Hunderte Meter hinweg. FODS misst ebenfalls (10er-Sekunden, Dezimeter) Bodentemperaturen und -feuchtigkeit nahe der Oberfläche, sowie die solare Lichtverteilung kombiniert mit Netzwerken klassischer Punktsensoren über der Winterweizen- und Maisparzelle von LAFO. Unter der Leitung von P5 baut das LAFI-Team die FODS-Glasfaserharfen auf und P1 betreibt sie. Das wissenschaftliche Programm besteht aus 4 eng verzahnten Arbeitspaketen (WP): WP1 führt eine Post-field Kalibration mithilfe unserer eigens entwickelten Kalibriersoftware durch. WP2 erforscht die in den Raum-Zeit-Daten enthaltenen Strukturen und Flüsse abhängig vom Anströmwinkel. Ergänzt durch die verbesserte Energiebilanz (P6), die fernerkundlichen Daten zur Landoberfläche (P2) und Verdunstung (P4) wird die Zentralhypothese überprüft. Die Lidarmessungen aus P1 schaffen einzigartige Beobachtungssynergien. In WP3 werden die Erkenntnisse u.a. mit der Hilfe von Deep Learning zu einem konzeptionellem Gesamtrahmen zusammengefügt. Für die zweite Phase sehen wir Erweiterungen hin zu anderen Landoberflächenheterogenitäten, der Kohlenstoffbilanz und messtechnische Weiterentwicklungen des FODS vor. Dieses Projekt befasst sich mit den zentralen LAFI-Zielen O1 bis O3, OS und OE im Falle eines klimatischen Extremums. Zusätzlich zu den oben genannten projektübergreifenden Kooperationen stehen wir im engen Austausch mit P11 wegen der Licht- und Temperaturvertikalprofile.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Ozon ? Windgeschwindigkeit ? Fluss ? Evapotranspiration ? Lidar ? Sensor ? Bodentemperatur ? Kohlenstoffbilanz ? Lufttemperatur ? Pflanzenbestand ? Software ? Verdunstung ? Atmosphärische Wissenschaften ? Leichtbau ? Bodenhorizont ? Energiebilanz ? Künstliche Intelligenz ? Stahl ? Atmosphärische Zirkulation ? Kalibrierung ? Fluss ? Chemie der Atmosphäre ? Physik der Atmosphäre ?

Region: Bavaria

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Bayreuth, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Abteilung Mikrometeorologie (Projektverantwortung)

Time ranges: 2024-01-01 - 2025-09-08

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub project: Investigating the impact of land surface heterogeneity on near- surface circulations and fluxes
  Description: Project P5 is motivated by the need to compute biophysically meaningful surface heat and momentum budgets for heterogenous land surfaces as an essential component in the L-A feedback chain. Over the past decades, progress in understanding and quantifying the impact of surface heterogeneity has been made for the canonical cases of perpendicular and parallel airflows relative to a heterogeneity jump. In contrast, the turbulent structures for the most common case of oblique airflows, here defined as attack angles between 10° and 80° relative to the patch edge, are not mechanistically understood and their impact on surface fluxes escapes quantification. P5’s objective is therefore to detect, understand, and conceptualize these oblique airflows moving across LAFO’s agricultural patches. Our central hypothesis is that zones of enhanced surface fluxes through localized but non-stationary turbulent motions create a transitional boundary layer in which area-averaged fluxes are inflated and enhance L-A feedbacks. The research is guided by four sub-objectives and accompanying sub-hypotheses. We analyze spatially explicit measurements from high-resolution fiber-optic distributed sensing (FODS) of air temperatures in the surface and crop layers, wind speed and turbulence kinetic energy on scales of seconds and decimeters over hundreds of meters. FODS also observes soil temperature and moisture, and the distribution of solar radiation at scales of decimeters and tens of seconds combined with classic sensor networks above the patches planted in winter wheat and maize. Led by P5, the FODS cable-arrays are installed by the LAFI team and operated within P1. The scientific work program of P5 consists of four work packages (WP): First, we post-field calibrate the raw FODS quantities into the mentioned quantities using a task-specific software package developed by us. WP2 stratifies the observations according to the airflow’s angle of attack and performs the analysis of the observed turbulent spatiotemporal structures and fluxes. Its results are combined with those from the improved surface energy balance (P6), remotely sensed surface (P2), and evapotranspiration (P4) to evaluate our central hypothesis. The lidar scans above the canopy from P1 provide unique synergies. WP3 synthesizes the mechanistic understanding of surface heat and momentum fluxes into a conceptual framework for oblique flows. Within WP4 we engage in the team and skill building efforts. The outlook for phase 2 includes incorporating different land surface heterogeneity, carbon budgets, and FODS sensor improvements. This project addresses LAFI’s objectives O1 to O3, OS, and OE in case of an extreme event. We will participate in CCWG-DL and CCWG-SenSyn. In addition to the above mentioned cross-project collaborations, we collaborate with P11 for the within plant-canopy profiles of light and temperature. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138858

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/533852247 (Webseite)

Status

Aktiv

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