3.6.5 Autocorrelation and Cross-Correlation Functions . . . . . . . 70
3.6.6 Spectral Characterization of Turbulence in the Surface
Boundary Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.6.7 Cospectral Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.7 Eddy Covariance Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4 Exchange of Energy and Mass Over Forest Canopies . . . . . . . . . . . 105
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 Aerodynamic Characterization and Stability in the Rough
Sublayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3 Turbulent Transport of Kinetic Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.4 Evaluation of the Vertical Flows of Heat and Mass Using
the Bowen Ratio Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5 Evaluation of Evapotranspiration and Energy Coupling
Using the “Big-Leaf” Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.6 Carbon Sequestration in Forests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5 Flow Over Modified Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.2 Internal Boundary Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.3 General Characterization of the Urban Boundary Layer . . . . . . . . 137
5.4 Flow in Urban Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.5 Flow Over Gently Sloping Hills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.5.1 Flow Under Different Conditions of Stability . . . . . . . . . . 146
5.5.2 Flow Under Neutral Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.6 Katabatic Winds Under Stability Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.7 Descending Winds Under Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6 Heat and Mass Transfer Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1 Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.2 Heat Conduction in the Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.1.3 Thermal Properties of Soils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.2 Forced Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.2.3 Free Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.3 Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.3.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.3.2 Spatial Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.3.3 Radiation Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
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Contents
3.6.6 Spectral Characterization of Turbulence in the Surface
Boundary Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.6.7 Cospectral Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.7 Eddy Covariance Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4 Exchange of Energy and Mass Over Forest Canopies . . . . . . . . . . . 105
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 Aerodynamic Characterization and Stability in the Rough
Sublayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3 Turbulent Transport of Kinetic Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.4 Evaluation of the Vertical Flows of Heat and Mass Using
the Bowen Ratio Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.5 Evaluation of Evapotranspiration and Energy Coupling
Using the “Big-Leaf” Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.6 Carbon Sequestration in Forests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5 Flow Over Modified Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.2 Internal Boundary Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.3 General Characterization of the Urban Boundary Layer . . . . . . . . 137
5.4 Flow in Urban Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.5 Flow Over Gently Sloping Hills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.5.1 Flow Under Different Conditions of Stability . . . . . . . . . . 146
5.5.2 Flow Under Neutral Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.6 Katabatic Winds Under Stability Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.7 Descending Winds Under Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6 Heat and Mass Transfer Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1 Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.2 Heat Conduction in the Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.1.3 Thermal Properties of Soils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.2 Forced Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.2.3 Free Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.3 Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.3.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.3.2 Spatial Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.3.3 Radiation Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
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