Original paper

Remarks on the definition and estimation of the aeolian erosion threshold friction velocity

Schönfeldt, Hans-Jürgen

Meteorologische Zeitschrift Vol. 12 No. 3 (2003), p. 137 - 142

published: Jun 27, 2003

DOI: 10.1127/0941-2948/2003/0012-0137

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ArtNo. ESP025011203003, Price: 29.00 €

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Abstract

Theoretical equations and numerical models of wind erosion processes include threshold (the lowest friction velocity at which soil movement is initiated) as a basic parameter. Stout (1998) showed that the averaging time of a wind speed measurement affects the observed threshold. Turbulence leads to intermittent saltation, a process characterised by bursts with periods of inactivity. Using Weibull and Gaussian distributions for the horizontal wind speed, it is found that the averaging time, the variance and the form of horizontal wind speed distribution affects the observed threshold. Furthermore, theoretical calculations reveal that the sediment transport rate and its increase with the friction velocity above the apparent threshold, depends on the variance and the form of horizontal wind speed distribution. The proportionality between streamwise sand flux and friction velocity cubed is a result of distribution function of the wind strength. Predictive formulae must include the variance of horizontal wind speed Ein fundamentaler Parameter in den theoretischen Gleichungen und den numerischen Modellen zur Winderosion ist die Schubspannungsgeschwindigkeit, bei der der Transport von Bodenmaterial einsetzt. STOUT (1998) zeigte, dass die Mittelungszeit der Windgeschwindigkeitsmessung die beobachtete Schwellenschubspannungsgeschwindigkeit beeinflusst. Die Turbulenz führt zur diskontinuierlichen Saltation, ein Prozess, der durch sich abwechselnde Phasen von heftigem Transport und Transportpausen charakterisiert ist. Unter Verwendung der Weibull- und Gaußverteilung für den Horizontalwind wird eine Beeinflussung der beobachteten Schwelle durch die Mittelungszeit, durch die Varianz und durch die Form der Verteilung des Horizontalwindes gefunden. Weiterhin zeigen theoretische Betrachtungen, dass die Sedimenttransportrate und deren Anstieg mit der Schubspannungsgeschwindigkeit oberhalb der scheinbaren Schwelle ebenfalls von der Varianz und der Form der Verteilung des Horizontalwindes abhÄngen. Die ProportionalitÄt zwischen dem Sandtransport und der dritten Potenz der Schubspannungsgeschwindigkeit erweist sich als ein Ergebnis der Verteilungsfunktion der Windgeschwindigkeit. Vorhersagegleichungen müssen die Varianz der horizontalen Windgeschwindigkeit einbeziehen.