Sammanfattning
Intresset för gränsskiktsmodeller har vuxit markant under senare år . Vid SMHI planeras tillämpningar av gränsskiktsmodeller inom lokalprognosområdet, speciellt vid flygplatser, i studier av luftföroreningars spridning och inom vindenergiprogrammet.
I denna rapport presenteras en en-dimensionell numerisk gränsskiktsmodell och resultat från simuleringar av australienska och finländska gränsskiktsdata diskuteras relativt ingående. Modellen, som utgör första steget mot en tredimensionell modell, bygger på ideer om gränsskiktsmodellering framlagda av Gutman. För att parameterisera turbulensen i gränsskiktet utnyttjas den turbulenta energiekvationen. En enkel skalanalys av rörelseekvationerna visar att ett gridavstånd på mindre än 20 km måste användas i en tredimensionell modell för att man ska uppnå fördelar gentemot en endimensionell modell, i vilken fullständigare fysikaliska beskrivningar kan inkluderas.
Modellen i denna rapport innehåller också kondensationsprocesser, dvs dimma och moln, och ett komplett paket för strålningsberäkningar. En prognosekvation för marktemperaturen finns härledd och används i samband med en enkel modell för markvatten.
I den numeriska lösningen utnyttjas Laasonens metod, en variant av Crank-Nicolson, för tidsintegrationen. Den vertikala koordinaten har transformerats log-lineärt för att ge bättre upplösning nära marken. 35 gridpunkter används för att upplösa gränsskiktet upp till 2000 m. Ett tidssteg om 4 minuter har använts i de flesta simuleringarna.
Två versioner av modellen, en Gutman-version och en vanlig "Ekman"-version, har testats utifrån dag 33 och 34 av Wangara data. De två första versionerna har jämförts sinsemellan medan Ekman-versionen också har jämförts med Yamada & Mellors (1975) mycket omfattande simuleringar. Resultaten visar att när det gäller vinden är Ekmanversionen överlägsen Gutman-versionen. Temperaturen å andra sidan simuleras mycket bra av båda versionerna. Jämförelsen med Yamada & Mellor utfaller till fördel för den här beskrivna modellen.
Vissa framtida förbättringar diskuteras avslutningsvis. Modellen planeras också att testas operationellt på Arlanda flygplats inom en nära framtid.