The Antarctic Peninsula is important in terms of global warming research due to pronounced increase of air temperature over the last century. The first eddy covariance system was established at King Sejong Station located in the northern region of the Antarctic Peninsula in December of 2002 and has been operated over one year. Here, we analyze turbulent characteristics to determine quality control criteria for turbulent sensible heat flux data as well as to diagnose the possibility of long term eddy covariance measurement under extreme weather conditions of the Antarctic Peninsula. We also report the preliminary result on sensible heat flux. Based on the analyses on turbulent characteristics such as integral turbulence characteristics of vertical velocity (w) and heat (T), stationarity test and investigation of correlation coefficient, they fallow the Monin-Obukhov similarity and eddy covariance flux data were reliable. ${\sim}47%$ of total retrieved sensible heat flux data could be used for further analysis. Daytime averaged sensible heat flux showed a pronounced seasonal variation, with a maximum of up to $300Wm^{-2}$ in summer. In conclusion, continuous and long-term eddy covariance measurement may be possible at the study site and the land surface may influence the atmosphere significantly through heat transport in summer.
구름이 평지위의 난류속의 변화에 미치는 영향을 연구하기 위하여 스페인 빌라프리아 공항에 설치된 9 m 기상관측탑에서 얻은 역학 및 열역학 자료를 경도법으로 분석하였다. 일몰에 따른 표면 냉각은 표층 풍속을 감소시켰다. 현열속과 운동량속은 열역학적 인자 보다는 역학적 인자에 따라 증가하였고, 현열속은 열적인 조건에 영향을 받지 않았다. 구름이 존재하는 경우 전천일사량이 현열속 변화를 주도하지 못했고 대기 표층은 오히려 바람의 강도에 영향을 받았다.
Turbulent fluxes of sensible heat and latent heat were analyzed at King Sejong station in the austral summer of 2002 (December) and 2003 (January and February). Monthly mean air temperatures of January and February (2.2oC) were similar to those averaged over 1988 to 2001. Precipitation was less in January and greater in February than those averaged over last 14 years. In December of 2002 and January, there was precipitation primarily when easterly wind blew usually. The frequency of snowfall was equal to or larger than that of rainfall. In the mean while, precipitation primarily in forms of rainfall occurred with westerly wind in February. In addition, while for easterly wind, temperature and humidity was low, temperature and humidity were high in case of westerly wind. Based on flux footprint, measured flux mainly came from within 300 m with maximum of 40 m upwind, indicating the insignificant role of the sea around the study site. Half-hourly downward short wave radiation amounted up to ∼ 1000 Wm-2 and net radiation ranged from -50 to 600 Wm-2. Half-hourly sensible heat flux was positive at daytime with maximum of ∼ 400 Wm-2, except the 27th and 28th in February of 2003 when it was negative all day despite of positive net radiation at short daytime. Latent heat flux was positive with maximum of ∼ 130 Wm-2. Depending on wind direction, the partitioning of net radiation into the sum of sensible heat flux and latent heat flux was larger than 0.8, indicating the strong source of the land surface for the atmospheric heating. The daytime averaged Bowen ratio (=sensible heat flux /latent heat flux) was significantly greater than 1, indicating that sensible heat flux was the main source to heat the atmosphere over the site.
The momentum flux and the sensible heat flux were measured with the scintillometers and ultrasonic anemometers at 6 sites of which surface characteristics like roughness length and zero-displacement are different each other. We estimated the momentum flux and the sensible heat flux based on the bulk transfer method with the drag coefficient and the heat transfer coefficient calculated from the temperature and wind speed at two heights. The variation of bulk transfer coefficients showed a remarkable difference depending on the atmospheric stability which is less influenced by the zero-displacement than the roughness length. The estimated sensible heat fluxes were in good agreement with those measured at 3 m, showing 23.7 $Wm^{-2}$ of the root mean square error that is less than 10% of its maximum. Since the estimated momentum flux is not only effected by drag coefficient but also by wind speed square, the determination of wind speed in the bulk transfer method is critical.
Surface heat balance of the northern sea of Cheju Island for summer in 1993 and 1994 is analyzed using the observation data obtained by Marine Research Institute, Cheju National University. Each flux elements at the sea surface is derived from the marine meteorological reports with application of an aerodynamical bulk method for the turbulent heat fluxes, and empirical formulae for the long-wave radiation heat fluxes. The flux divergence of oceanic heat transport and the rate of heat storage in the ocean are estimated as residual. The features of the surface heat balance are mainly decided by the solar radiation flux and the latent heat flux for 199B. But the Bowen Ratios were large for 1993. This means that the sensible heat fluxes were nearly equal to the latent heat fluxes for 1993. In this period, mean flux divergence of oceanic heat transport is about 130 W/$m^2$.
A large aperture scintillometer (LAS) was deployed with an optical path length of 2.1 km to estimate turbulent sensible heat flux (${\mathcal{Q}}_H$) over a highly heterogeneous urban area. Scintillation measurements were conducted during cold season in November and December 2013, and the daytime data of 14 days were used in the analysis after quality control processes. The LAS-derived ${\mathcal{Q}}_H$ show reasonable temporal variation ranging $20{\sim}160W\;m^{-2}$ in unstable atmospheric conditions, and well compare with the measured net radiation. The LAS footprint analysis suggests that ${\mathcal{Q}}_H$ can be relatively high when the newly built-up urban area has high source contribution of the turbulent flux in the study area ('northwesterly winds'). Sensitivity tests show that the LAS-derived ${\mathcal{Q}}_H$ are highly sensitive to non-dimensional similarity function for temperature structure function parameter, but relatively less sensitive to surface aerodynamic parameters and meteorological variables (temperature and wind speed). A lower Bowen ratio also has a significant influence on the flux estimation. Overall uncertainty of the estimated daytime ${\mathcal{Q}}_H$ is expected within about 20% at an upper limit for the analysis data. It is also found that stable atmospheric conditions can be poorly determined when the scintillometry technique is applied over the highly heterogeneous urban area.
An accurate determination of turbulent fluxes over an urban area is a challenging task due to its morphological diversity and associated flow complexity. In this study, an eddy covariance (EC) method is applied over a highly heterogeneous urban area in a small city (Gongju), South Korea to investigate the quantitative influence of 'coordinate tilt' in determining the turbulent fluxes of sensible heat, latent heat, momentum, and carbon dioxide mass. Two widely-used coordinate transform methods are adopted and applied to eight directional sections centered on the site to analyze a 1-year period EC measurement obtained from the urban site: double rotation (DR) and planar fit (PF) transform. The results show that mean streamline planes determined by the PF method are distinguished from the sections, representing morphological heterogeneity of the site. The sectional pitch angles determined by the DR method also compare well with those in the PF method. Both the PF and DR methods show large variabilities in the determined streamline planes at each directional section, implying that flow patterns may form in a complicate way due to the surface heterogeneity. Resulting relative differences of the turbulent fluxes, defined by $(F_{DR}-F_{PF})/F_{DR}$, are found on average +13% in sensible heat flux, +21% in latent heat flux, +37% in momentum flux, and +26% in carbon dioxide mass flux, which are larger values than those reported previously for fairly homogeneous natural sites. The fractional differences depend significantly on wind direction, showing larger differences in northerly winds at the measurement site. It is also found that the relative fractional differences are negatively correlated with the mean wind speed at both stable/unstable atmospheric conditions. These results imply that EC turbulent fluxes determined over heterogeneous urban areas should be carefully interpreted with considering the uncertainty due to 'coordinate tilt' effect in their applications.
대한원격탐사학회 1999년도 Proceedings of International Symposium on Remote Sensing
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pp.231-236
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1999
Accurate ocean surface fluxes with high resolution are critical for understanding a mechanism of global climate. However, it is difficult to derive those fluxes by using ocean observation data because the number of ocean observation data is extremely small and the distribution is inhomogeneous. On the other hand. satellite data are characterized by the high density, the high resolution and the homogeneity. Therefore, it can be considered that we obtain accurate ocean surface by using satellite data. Recently we constructed ocean surface data sets mainly using satellite data. The data set is named by Japanese Ocean Flux data sets with Use of Remote sensing Observations (J-OFURO). Here, we introduce J-OFURO. The data set includes shortwave radiation, longwave radiation, latent heat flux, sensible heat flux, and momentum flux etc. Moreover, sea surface dynamic topography data are included in the data set. Radiation data sets covers western Pacific and eastern Indian Ocean because we use a Japanese geostationally satellite (GMS) to estimate radiation fluxes. On the other hand, turbulent heat fluxes are globally estimated. The constructed data sets are used and shows the effectiveness for many scientific studies.
Surface heat balance of the Gangjeong-Goryung Reservoir is analyzed for 12-17 August 2013. Each flux elements at the water surface is derived from the special field observations with application of an aerodynamical bulk method for the turbulent heat fluxes and empirical formulae for the radiation heat fluxes. The rate of heat storage in the reservoir is estimated by using estimated by surface heating rate and the vertical water temperature data. The flux divergence of heat transport is estimated as a residual. The features of the surface heat balance are almost decided by the latent heat flux and the solar radiation flux. On average for 12-17 August 2014 in the Gangjeong- Goryung Reservoir, if one defines the insolation at the water surface as 100 %, 94 % is absorbed in the reservoir; thereafter the reservoir loses about 30~50% by sensible heat, latent heat and net long-wave radiation. The residue of 50~80 % raises the water temperature in the reservoir or transported away by the river flow during the daytime.
지상에 고정된 기기로 감시하기 어려운 대기 하층의 관측 사각 지역에서 유용한 관측 및 자료 분석 기술을 개발하였다. 상층 기상 관측에 사용되는 UHF 라디오존데를 UAV에 탑재하여 기온과 상대습도의 연직 자료를 원격 수집하여 10 m 기상 타워에서 측정한 자료와 비교하였다. 검증된 연직 분포로부터 외삽된 지표 기온과 총체 전달 방법을 이용하여 대기 안정도 변화에 따른 현열 플럭스를 추정하였다. 지상에서 3차원 초음파 풍속계로 측정한 현열 플럭스와 비교한 결과는 원격탐사로 산출되는 현열 플럭스에 허용되는 오차 범위 30%보다 작은 23% 이내의 오차를 보였다. UAV 관측 현열 플럭스로부터 추정한 대기경계층 고도는 대기 오염 확산 모델에 유용한 자료를 실시간, 경제적으로 제공할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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