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Applying a Surface Heat Flux with Temporal Gradient to Large-Eddy Simulations of the Stable Boundary Layer

Bührend, Lukas und Englberger, Antonia (2026) Applying a Surface Heat Flux with Temporal Gradient to Large-Eddy Simulations of the Stable Boundary Layer. Boundary-Layer Meteorology, 192 (2). Springer. doi: 10.1007/s10546-025-00958-1. ISSN 0006-8314.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1007/s10546-025-00958-1

Kurzfassung

The impact of the lower boundary condition for potential temperature is investigated in idealized large-eddy simulations of the stable boundary layer. The numerical simulations are conducted by the flow solver EULAG (Eulerian/semi-Lagrangian fluid solver) using a non-linear forward-in-time advection scheme. While focusing on the moderately stable inter-comparison case GABLS1 of the GEWEX Atmospheric Boundary Layer Study initiative as a benchmark, the simulations are performed with a lower potential-temperature boundary condition prescribed by a surface heat flux rather than the more commonly applied time-dependent surface temperature. A negative surface heat flux increasing in magnitude with time successfully reproduces the benchmark results, whereas, a constant surface heat flux leads to temperature decoupling, a shallower boundary layer and a weaker low-level jet. In addition, the sensitivity of the results towards three subgrid-scale models (Deardorff-Schumann, Anisotropy, Nonlinear Backscatter) and various grid resolutions (12.5 m - 2 m) is analyzed. A crucial factor is the amount of the vertical turbulent transport in the numerical model, which is significantly influenced by the applied advection scheme and the SGS model. Further, the selected SGS model influences the energy spectrum by affecting the spatial range of eddy sizes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222103/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Applying a Surface Heat Flux with Temporal Gradient to Large-Eddy Simulations of the Stable Boundary Layer
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bührend, LukasDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Englberger, AntoniaDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 Januar 2026
Erschienen in:Boundary-Layer Meteorology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:192
DOI:10.1007/s10546-025-00958-1
Verlag:Springer
ISSN:0006-8314
Status:veröffentlicht
Stichwörter:stable boundary layer, large eddy simulation, surface heat flux, subgrid-scale model
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Photovoltaik und Windenergie
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Angewandte Meteorologie
Hinterlegt von: Bührend, Lukas
Hinterlegt am:15 Jan 2026 10:59
Letzte Änderung:19 Jan 2026 12:54

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