Die Oberfläche ist eine Schnittstelle zwischen Strahlung, Boden und Atmosphäre.
Nettostrahlung liefert Energie an die Oberfläche oder entzieht sie. Ein Teil wird als sensibler und latenter Wärmefluss an die Atmosphäre übertragen, ein Teil als Wärme in den Untergrund geleitet und ein Teil in Oberflächen- und Vegetationsspeichern aufgenommen oder freigesetzt. Diese Flüsse verändern wiederum Temperatur, Feuchte, Turbulenz und Grenzschichttiefe.
Damit ist M07 kein linearer Prozesspfad, sondern ein rückgekoppeltes Netzwerk. Eine Änderung von Ts beeinflusst langwellige Emission, sensible Wärme, Verdunstung und Stabilität; die resultierende Turbulenz steuert wiederum den Austausch zwischen Oberfläche und Luft.
Der reduzierte Zustand mischt Energieflüsse, Temperaturen und Grenzschichtdiagnosen bewusst in einem gemeinsamen Interface.
Rn stammt aus dem Tagesgangmodell von M7K4, Ts und Gsoil aus der thermischen Bodenwelle von M7K5, h und w* aus M7K6, RiB und ΔTsat=T−Td aus M7K9. H und LE werden als gerichtete Austauschflüsse behandelt, nicht als weitere Zustandsknoten.
Die Koordinaten besitzen unterschiedliche Einheiten und Modellrollen. Der Vektor ist eine systematische Repräsentation der Kapitel-Schnittstellen — kein physikalischer Einheitsvektor.
Ein Teil der Kopplungen lässt sich ohne neue freie Parameter direkt aus den bisherigen Kapiteln bilden.
Für den Strahlungs-/Energiepfad verwenden wir den M7K4-Tagesgang und die dortigen Partitionierungsanteile fH und fLE:
Die Tagesamplitude des sensiblen Wärmeflusses Hmax=fHRmax wird anschließend direkt in das M7K6-Entrainmentmodell eingespeist. Damit sind Tageslänge, H und die Entwicklung der konvektiven Mischschicht ohne zusätzliche Kopplungskonstante verbunden. Die übrigen M7K6-Referenzparameter bleiben identisch: Δθ=3 K, Ae=0,20, θ0=290 K, h0=150 m sowie für die schematische Nacht Hnight=−30 W/m², hmin=30 m, hS,max=220 m und τSBL=3 h. Nachts ist dieser interne M7K6-Wärmefluss nicht notwendigerweise identisch mit dem M7K4-Partitionierungsfluss H; das Lab weist die Differenz ΔHinterface explizit aus.
Aus M7K7 folgt zugleich die kinematische Wärmefluss-Kovarianz
Dies ist keine neue Turbulenzschließung, sondern nur die bereits verwendete Umrechnung zwischen dem M7K4-Partitionierungsfluss H und dem kinematischen Wärmefluss. Der interne M7K6-Nachtwert Hmix bleibt davon getrennt.
Unabhängig definierte Kapitelmodelle schließen die reale Energiebilanz nicht automatisch.
M7K5 liefert einen leitungsbasierten Bodenwärmestrom Gsoil, während M7K4 H und LE aus einer vorgegebenen Energiepartition ableitet. Werden diese Teilmodelle gemeinsam verwendet, bleibt im Allgemeinen ein Residuum
Sreq ist im Capstone-Lab ausdrücklich keine prognostizierte Speichertemperatur. Es zeigt, welche zusätzliche Speicher-/Restgröße erforderlich wäre, damit die zusammengesetzte Energiebilanz exakt schließt. Ein großes Residuum ist deshalb kein numerischer Fehler, sondern ein Hinweis auf die fehlende dynamische Schließung zwischen den reduzierten Teilmodellen.
Kapitelmodelle zeitgleich auswerten und ihre Schnittstellen sowie Schließungsreste sichtbar machen.
Die Regler steuern ausschließlich Größen, die in M7K4–K9 bereits vorkamen. Der Bodenpfad verwendet die analytische thermische Welle aus M7K5, die Grenzschicht das M7K6-Modell mit dessen Referenzparametern und die stabile Testschicht die Bulk-Richardson-/Taupunktdiagnostik aus M7K9.
Die Systemtopologie bleibt gleich, aber dominante Prozesse wechseln im Tagesgang.
Am Tag kann positive Nettostrahlung die Oberfläche erwärmen, H und LE nach oben treiben und über positiven Auftrieb eine tiefe konvektive Grenzschicht erzeugen. Gegen Abend schwächt sich H ab, die Mischschicht geht in eine Residualschicht über und nach Sonnenuntergang bildet sich nahe der Oberfläche eine flache stabile Schicht.
Nachts gewinnen Bodenwärmestrom, langwellige Auskühlung, Scherung und Sättigungsnähe an relativer Bedeutung. Dieser Regimewechsel ist ein Beispiel dafür, dass ein atmosphärisches System nicht nur kontinuierliche Amplituden, sondern auch wechselnde dominante Kopplungswege besitzt.
Eine echte Prognose benötigt Erhaltungsgleichungen, Randbedingungen und Messdaten.
Ein vollständiges Oberfläche–Grenzschicht-Modell muss mindestens Impuls, Wärme, Feuchte und Turbulenz gemeinsam entwickeln und den Boden sowie die Strahlung an der unteren Randbedingung koppeln. Vegetation, Bodenfeuchte, Rauigkeit, Wolken und Niederschlag können weitere Zustandsvariablen und Parametrisierungen erfordern.
F bezeichnet den prognostischen Operator, u äußere beziehungsweise randwertige Antriebe, Θ Modellparameter und H den Beobachtungsoperator. Messungen wie Oberflächentemperatur, Strahlungsflüsse, Turbulenzkovarianzen und Radiosondenprofile sind Projektionen des realen Zustands und dienen zur Initialisierung und Validierung.
Das Capstone-Lab ist eine konsistente Modulsynthese — kein gekoppeltes Landoberflächenmodell.
Rn, Bodenwelle, Mischschicht und stabile Testschicht stammen aus verschiedenen reduzierten Kapitelmodellen. Sie teilen im Lab Zeit und ausgewählte Schnittstellen, werden aber nicht vollständig gegenseitig zurückgeführt. So beeinflusst Ts beispielsweise nicht erneut Rn, obwohl die langwellige Emission in M7K1 und M7K3 genau diese Rückwirkung enthält.
Ebenso sind H und LE hier M7K4-Partitionierungsflüsse; M7K8 liefert dagegen eine alternative Bulk-Schließung über Temperatur-, Feuchte- und Winddifferenzen. Das Capstone-Lab zwingt diese beiden Schließungen bewusst nicht künstlich zur Übereinstimmung. Das offene Residuum Sreq macht die verbleibende Nicht-Schließung sichtbar.
M07 endet als dynamisches Grenzflächen-System statt als Sammlung einzelner Flüsse.
Die Oberfläche koppelt Strahlung, Bodenwärme, Atmosphäre und Wasserhaushalt.
Rn, Ts, Gsoil, h, w*, RiB und Sättigungsabstand beschreiben unterschiedliche Systemachsen.
H und LE transportieren Energie und Stoff zwischen Oberfläche und Grenzschicht.
Nicht geschlossene Teilmodelle erzeugen ein diagnostisches Restglied statt einer versteckten Scheingenauigkeit.
Tag, Transition und stabile Nacht verändern die dominanten Kopplungswege.
Echte Vorhersage verlangt gemeinsame Erhaltungsgleichungen, Randbedingungen, Parametrisierungen und Beobachtungen.
Cross-References
M07 ist vollständig. M08 führt die thermodynamischen, feuchtebezogenen und turbulenten Grundlagen in Wolkenmikrophysik, Niederschlag und konvektive Systeme weiter.