Limitations and improvements of the energy balance closure with reference to experimental data measured over a maize field

• Autores: D. Masseroni, C. Corbari, M. Mancini
• Localización: Atmósfera, ISSN 0187-6236, ISSN-e 2395-8812, Vol. 27, Nº. 4 (OCT), 2014, págs. 335-352
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    El uso de datos del flujo de energía para validar modelos de superficie requiere que se satisfaga el cierre del balance de energía; sin embargo, esta condición no suele verificarse cuando la energía disponible es mayor que la suma de los flujos turbulentos verticales. Este trabajo presenta una evaluación de los problemas relacionados con el cierre del balance de energía. Los datos evaluados corresponden a una base de datos de 2012 de Livraga, Italia, obtenidos en una estación micrometeorológica de covarianza eddy localizada en un campo de maíz del valle del Po. El cierre del balance de energía se calcula mediante la regresión estadística de flujos turbulentos de energía y flujos de calor en el suelo. Por lo general, los resultados indican ausencia de cierre con un desequilibrio medio del orden de 20%. Las condiciones del almacenaje son la razón fundamental de la ausencia de cierre del balance, pero las condiciones de mezcla de flujos turbulentos también desempeñan un papel importante en las estimaciones confiables de estos flujos. Recientemente se ha introducido en la literatura el estudio del balance de energía, como un problema de escala. Aquí se ha analizado un área de origen representativa para cada flujo de energía que interviene en el balance, y el cierre se ha realizado en función de las áreas con huellas de flujos turbulentos. También se han estudiado los efectos de la heterogeneidad de la superficie y la estacionalidad para comprender la influencia del crecimiento de la cubierta vegetal en el cierre del balance de energía. Se han utilizado datos de alta frecuencia para calcular funciones coespectrales y de ojiva, los cuales sugieren que un periodo medio de 30 min puede perder las escalas temporales que contribuyen a la existencia de flujos turbulentos. Por último, se calculan las estimaciones de errores aleatorios de calor sensible para proporcionar información sobre deficiencias en el sistema de medición y el transporte turbulento.

  • English

    The use of energy fluxes data to validate land surface models requires that energy balance closure conservation is satisfied, but usually this condition is not verified when the available energy is bigger than the sum of turbulent vertical fluxes. In this work, a comprehensive evaluation of energy balance closure problems is performed on a 2012 data set from Livraga obtained by a micrometeorological eddy covariance station located in a maize field in the Po Valley. Energy balance closure is calculated by statistical regression of turbulent energy fluxes and soil heat flux against available energy. Generally, the results indicate a lack of closure with a mean imbalance in the order of 20%. Storage terms are the main reason for the unclosed energy balance but also the turbulent mixing conditions play a fundamental role in reliable turbulent flux estimations. Recently introduced in literature, the energy balance problem has been studied as a scale problem. A representative source area for each flux of the energy balance has been analyzed and the closure has been performed in function of turbulent flux footprint areas. Surface heterogeneity and seasonality effects have been studied to understand the influence of canopy growth on the energy balance closure. High frequency data have been used to calculate co-spectral and ogive functions, which suggest that an averaging period of 30 min may miss temporal scales that contribute to the turbulent fluxes. Finally, latent and sensible heat random error estimations are computed to give information about the measurement system and turbulence transport deficiencies.