Experimental Analysis of Heat Transfer in the Atmospheric Boundary Layer over a Thermally Heterogeneous Land-Surface.
저자
발행사항
Ann Arbor : ProQuest Dissertations & Theses, 2021
학위수여대학
The University of Utah Mechanical Engineering
수여연도
2021
작성언어
영어
주제어
학위
Ph.D.
페이지수
128 p.
지도교수/심사위원
Advisor: Calaf, Marc.
An accurate representation of the transport of heat at the earth’s surface is important for the modeling and understanding of the atmospheric boundary layer. For decades, heat transport has been studied experimentally through the surface energy balance (SEB), which has been difficult to close and remains an outstanding problem in the boundary layer community. The SEB has traditionally been studied as a one-dimensional column, neglecting the important impacts of spatial heterogeneity. Herein we address the assumptions of spatial homogeneity through development of new measurement techniques with thermal imagery, as well as, collecting data from a high-density array of sensors to compute the governing equations in all three dimensions. To accomplish this experimental data from both the Mountain Terrain Atmospheric Modeling and Observations Program (MATERHORN) and the Idealized Planar Array experiment for quantifying Spatial Heterogeneity (IPAQS) are used to advance our understanding of the SEB from a multi-dimensional approach. Both data sets are acquired at the seemly flat and thermally heterogeneous desert playa at the U.S. Army Dugway Proving Grounds Surface Layer Turbulence and Environmental Science Test (SLTEST) facility, in Utah’s West Desert. The presented analysis and methodologies are particularly focused measuring terms which arise from the decomposition of the substantial derivative in the temperature tendency equation. Through study of the transport terms of heat (i.e., advection, dispersive fluxes, and turbulence) over scales of O ∼10 m–100 m we show the importance of horizontal variability on the turbulent sensible heat flux, horizontal advection, and dispersive fluxes and their impact on the SEB. Lastly, these results are used to help begin to parameterise these often unresolved transport terms using direction from recent large eddy simulation results. Initial findings show a promising link between surface temperature heterogeneity strength and the transport terms.
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