Department of Climate and Space Sciences and Engineering in the College of Engineering at the University of Michigan

CLaSP Summer Seminar - Ke Xu

Date: June 21, 2018
Time: 3:30 pm - 4:30 pm
Location: CSRB Room 2238

Our guest for this week's CLaSP Special Seminar will be Ke Xu of the Center for Climatic Research at the University of Wisconsin. Please join us! 

Title: "How  many  flux  towers  are  enough?  How  elaborate  of  a  scaling  is  scaling  enough?"

Abstract: Eddy-covariance  (EC)  flux  towers  have  been  used  extensively  to  observe  surface-atmosphere  exchanges  of  carbon,  water  and  energy  across  contrasting  eco-climate  regions.  This  makes  EC  an  important  benchmark  for  Earth  System  Models  and  remote  sensing  data.  However,  two  challenges  prevent  EC  from  directly  being  used  in  model-data  comparison.  The  first  challenge  stems  from  spatial  representativeness,  or  footprint  bias,  while  the  second  originates  from  the  phenomenon  of  energy  balance  non-closure  in  EC,  hypothesized  to  result  from  unaccounted  mesoscale  eddies  or  under-sampling  of  hot  spots  by  flux  towers,  among  others.  Previous  studies  have  suggested  that  these  two  problems  can  be  mitigated  by  either  building  multiple  towers  and  by  applying  scaling  methods  such  as  the  Environmental  Response  Function  (ERF)  technique.  Here  we  ask:  1)  How  many  eddy-covariance  flux  towers  are  needed  to  sufficiently  rectify  location  bias,  close  the  energy  budget,  and  sample  the  regional  domain?  2)  Can  an  advanced  scaling  approach  reduce  this  observation  requirement,  while  still  adequately  sampling  the  regional  flux  domain?  We  test  these  questions  with  output  from  a  Large-eddy  Simulation  forced  by  a  heterogeneous  surface  over  1216  km2.  In  this  experiment,  7.3  and  3.1  towers  per  100  km2can  capture  91%  and  97%  of  the  surface  energy  when  using  two  previous  methods,  spatial  EC  and  spatio-temporal  EC,  respectively.  Applying  the  ERF  upscaling  method  reduces  the  required  tower  density  by  one  order  of  magnitude:  0.52  tower  per  100  km2  is  capable  of  capturing  96%  of  surface  flux  by  resolving  mesoscale  eddies.  We  also  found  evidence  of  mesoscale  eddies  in  the  latent  heat  field,  triggered  by  the  updraft  and  downdraft  branches  generated  by  sensible  heat  fluxes  instead  of  the  horizontal  gradient  of  latent  heat  itself.  In  this  experiment,  mesoscale  eddies  and  storage  flux  contributed  to  4.3%  and  4.1%,  respectively,  to  the  11.2%  eddy-covariance  energy  imbalance.  This  is  the  first  direct  experimental  estimate  of  the  contribution  of  mesoscale  storage  and  advection  to  the  flux  budget.   

Upcoming Events

August 2nd
3:30 pm - 4:30 pm
CLaSP Summer Seminar - Jialei Zhu
More Events