Calculation of the vertical net energy flux using an energy budget equation for the land surface - Seitner, Vanessa Nicole (2020)
In dieser Arbeit wird auf unterschiedliche Berechnungsmethoden für den vertikalenNettoenergiefluss durch die Erdoberfläche eingegangen. Dafür werden drei unterschiedliche Methoden verwendet, zum einen die direkte Berechnung aus der Nettostrahlung und den turbulenten Flüssen wie man sie in Reanalysen wie ERA5 herunterladen kann. Eine weitere Berechnungsmöglichkeit stellt die Berechnung über eine atmosphärische Säule dar. Die dritte Methode ist eine diagnostische Auswertung einer Gleichung für die Beschreibung des Bodenwärmestromes über der Landoberfläche. Zuerst werden die dafür benötigten theoretischen Grundlagen erläutert. ImAnschluss daran werden die verwendeten Daten und Methoden beschrieben. Dadurch ist die Basis für den Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsmethoden für den vertikalen Nettoenergiefluss geschaffen. Ein Vergleich der Berechnungsmethoden und eineDiskussion derUnterschiede ist von großem Interesse. Dafür wird als Untersuchungsgebiet die Landoberfläche von 40 ±N bis 90 ±N herangezogen. Da dies einen sehr großen Bereich darstellt wird auch auf einzelne Teilbereiche eingegangen. Über Landoberflächen ist die Konsistenz zwischen den vertikalen Nettoenergieflüssen auf der jahreszeitlichen Zeitskala vernünftig. Inkonsistenzen treten in höher gelegenen Gebieten nahe steiler Orographie auf. Die Gleichung für die Landoberfläche, wie sie hier vorgestellt wird, scheint über Eisschilden nicht zu funktionieren, wahrscheinlich wegen der unterschiedlichen Datenrepräsentation dort. In this thesis different calculation methods for the vertical net energy flux through the Earth’s surface are discussed. Three different methods are used for this purpose, firstly the direct calculation from the net radiation and the turbulent fluxes as they can be downloaded from reanalyses like ERA5. Another calculation possibility is the calculation over an atmospheric column. The third method is the diagnostic evaluation of an equation for the description of the soil heat flux over the land surface. At first the necessary theoretical foundations are explained. Afterwards the data and methods used are described. This provides the basis for comparing the different methods of calculating the vertical net energy flow. A comparison of the calculation methods and a discussion of the differences is of great interest. For this purpose, the land surface from40 ±Nto 90 ±Nis used as a study area. Since this is a very large area, individual sub-areas are also dealt with. Over land surfaces the consistency between the net vertical energy fluxes is reasonable on the seasonal time scale. Inconsistencies emerge in high surface regions and near steep orography. The land surface equation as it is presented here does not seem to work over ice sheets, likely because of different data representation there.