Vertical wind profiles over an urban area

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Abstract:

Long-term measurements of wind and turbulence profiles over urban areas from acoustic remote sensing have not been available so far. 17 months of Doppler-SODAR measurements in the town of Hannover, Germany, are evaluated here with respect to mean wind speed, variance of the vertical velocity component, and turbulence intensity for heights up to 210 m agl. The resulting monthly means show that all vertical profiles are influenced by the high roughness and by the thermal properties of the urban surface. Main features are a missing diurnal course of the wind speed a few tens of meters above mean roof-top level and variances that increase considerably with height not only during daytime but also in many nights. While the first feature is typical for boundary-layers over rough surfaces, the second feature is only explainable by the larger heat input into the urban boundary-layer from the surface below. It is proposed to rely more on vertical remote sensing than on the vertical extrapolation of Prandtl-layer similarity theories when assessing the vertical structure of an urban boundary-layer.

German
Langfristige SODAR-Messungen von Wind- und Turbulenzprofilen über städtischen Gebieten lagen bisher nicht vor. Hier werden nun Auswertungen von Doppler-SODAR-Messungen aus Hannover bezüglich mittlerer Windgeschwindigkeit, der Varianz der vertikalen Geschwindigkeitskomponente und der Turbulenzintensität bis in 210 m Höhe über Grund aus einer 17 Monate dauernden Kampagne vorgestellt. Die sich ergebenen mittleren Profile zeigen klar den Einfluss der hohen Rauhigkeit und der thermischen Eigenschaften einer städtischen Oberfläche. Auffallend sind insbesondere der fehlende Tagesgang der Windgeschwindigkeit in einigen zehn Metern Höhe über Dachniveau und Varianzen, die nicht nur tagsüber sondern teilweise auch nachts noch mit der Höhe zunehmen. Während das erste Phänomen typisch für rauhe Oberflächen ist, ist das zweite nur durch den grösBren Wärmeeintrag von unten in die städtische Grenzschicht erklärbar. Die Studie legt nahe, sich bei der Ableitung der vertikalen Struktur der urbanen Grenzschicht stärker auf Fernerkundungsmessungen als auf die vertikale Extrapolation von Ähnlichkeitsgesetzen der Prandtl-Schicht zu stützen.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2004/0013-0353

Publication date: October 1, 2004

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