In this thesis a case of advection fog over the Baltic Sea is studied. The period examined is from June 5th to 7th 1995. Data is taken from the instrumented mast, situated on the island Östergarnsholm, a small and flat island without trees outside of Gotland. From the measurements among others the heat flux, relative humidity and temperature are analyzed. In the evening June 5th 1995 the fog is advected in over Östergarnsholm. This can both be seen from the increasing relative humidity and the decreasing temperature. Before the fog arrived the boundary layer was stably stratified. This stratification quickly changed to neutral as the fog reaches Östergarnsholm. After careful evaluation the neutral stratification is shown not to be neutral at all. The stratification closest to the ground up to 15 meters is unstable and above the stratification is stable. From this the conclusion is made that the fog is low only 15 meters high during this period. At noon June 6th the air temperature decreases dramatically below the sea surface temperature at the same time as the relative humidity increases up to 100%. The fog is now thick enough to have most of the outgoing radiation coming from the top, which decreases the temperature a few degrees. As the stability is investigated it shows unstable stratification up to the highest level (28 meters). The assumption is made that the fog is at least 30 meters deep. Also the normalized standard deviations for temperature and vertical velocity are examined to find out if they behave as the variation in the undisturbed boundary layer.2 / Sammanfattning av ”Påverkan av dimma på skiktningen och turbulenta flöden över hav” I detta arbete studeras ett fall av advektions dimma över Östersjön. Perioden undersökt är från den 5 till den 7 juni 1995. Mätmasten står på ön Östergarnsholm, en liten och låg ö utan träd utanför Gotland. Ur mätningarna fås bl.a. värmeflödet, relativa fuktigheten och temperaturen. På kvällen den 5 juni 1995 advekteras dimman in över Östergarnsholm. Detta ses både från att relativa fuktigheten stiger och att temperaturen sjunker. Innan dimman anlände var gränsskiktet stabilt skiktat. Denna skiktning ändrades snabbt till neutral då dimman når fram. Denna till synes neutrala skiktning visade sig efter noggrannare undersökning att inte alls vara neutral. Skiktet närmast marken upp till 15 meters höjd visade sig vara instabilt och däröver var det stabilt. Utifrån detta dras slutsatsen att dimman är låg endast 15 meter hög under denna period. Vid 12 tiden på dagen den 6 juni sjunker lufttemperaturen dramatiskt under ytvatten temperaturen samtidigt som relativa fuktigheten stiger upp till 100 %. Dimman är nu så pass tjock att den största delen av utstrålningen sker ifrån toppen vilket sänker luft temperaturen flera grader. Då stabiliteten undersöks visar den sig vara instabil skiktad ända upp till högsta mät nivån (28 meter). Antagandet görs att dimman är minst 30 meter djup. Även normaliserad standard avvikelse för temperaturen och den vertikala hastigheten undersöks för att ta reda på om de uppvisar samma variation som i det ostörda gränsskiktet.

The land-sea transition in coastal areas makes the meteorological conditions rather complex and the structure of the coastal boundary layer is important for many reasons. Two examples are air pollution dispersion and wind energy potential. The wind field off the coast when offshore flow is present has been studied. At the coast there is a sudden change in surface properties that will affect the wind field in the area. When warm air is advected out over the much colder sea we get a stable stratification whose structure depends on wind speed and temperature difference. The roughness length over the sea is much less than over land, which gives less friction over the sea and usually increased winds. This is the general situation. But with a stable stratification the wind speed decreases near the surface partly due to the much denser air. However, there may be a wind speed decrease a certain distance from the coast, after an initial wind speed maximum. This is due to the growth of a stable internal boundary layer that develops over the sea. What is new in this investigation is that the more stable the stratification over the sea is, the farther offshore the decrease in wind speed occurs, probably more than 30 km. Thus with a very stable stratification the wind speed off the coast in coastal areas seems to be increased instead of decreased. This investigation also includes an explanation of why this behavior seldom is seen in measurements. The wind field structure dependence of the IBL-height and the stability has been studied and an expression for the distance to the decrease in wind speed has been found. Also the prediction of a sea breeze circulation is studied as well as the affect a low-level jet has on the wind field near the coast. Measurements from three sites are used, the Baltic Sea near the Island of Gotland, around the strait of Öresund and outside the Atlantic coast near Duck in North Carolina, USA. These measurements are used in simulations with a 2-dimensional meso-γ-scale model as well as a lot of arbitrary simulations. All simulations correspond very well to the expression found and the simulated cases agree well with the measured ones. In the lowest 100 m of the marine atmosphere over the Baltic Sea, the stratification is probably stable more than half of the year. Thus the behavior of decreased wind speeds a certain distance offshore, after an initial increase, would be a very common phenomenon. It must be of great importance in extracting wind energy, to avoid these areas and layers with decreasing wind speed, which in turn have lower wind energy potential. In an area with often very stable stratification over the sea there can be an energy loss of more than 50 % in the lowest 50 m of the boundary layer. / Sammanfattning av ”Vindfältet i kustnära områden” Övergången mellan land och hav gör de meteorologiska förhållandena i kustnära områden komplicerade. Vetskap om egenskaperna hos gränsskiktet vid kusten är viktigt av flera orsaker. Några exempel är spridning av luftföroreningar, vindenergipotential samt det faktum att man ska kunna ge rätt vindprognos till dem som av nytta eller nöje befinner sig utanför kusten. Vindfältet utanför kusten vid frånlandsvind har studerats här. Vid kusten sker en plötslig ändring av ytans egenskaper. När varm luft strömmar ut över kallt hav fås en stabil skiktning som beror på vindhastighet och temperaturdifferensen mellan land och hav. Skrovlighetslängden är större över land än över hav. Det ger vanligtvis en ökning av vindhastigheten över havet då luften strömmar från land till hav. Men vid tillräckligt stabil skiktning över hav samt med instabil skiktning över land fås istället ett vindavtagande. Initialt ökar dock alltid vindhastigheten. Det beror på tillväxten av ett internt gränsskikt. Höjden på detta måste vara tillräcklig för att ett avtagande skall ske. Stabilare skiktning över hav ger längre sträcka till avtagandet i vindhastighet som kan ske mer än 30 km utanför kusten och det kan inte längre kallas för kustnära område. Varför detta beteende sällan upptäcks utreds också. Vindfältets beroende av interna gränsskiktets höjd samt stabiliteten har studerats och ett uttryck för att beräkna avståndet till avtagandet i vindhastighet har också tagits fram. Även möjligheten att förutspå en sjöbris har studerats liksom den effekt en low-level jet har på vindfältet nära kusten. Mätningar från tre platser används, Östersjön nära Gotland, över Öresund samt vid Atlantkusten nära Duck i North Carolina, USA. Dessa tre fall simuleras i en 2-dimensionell modell liksom en mängd godtyckliga simuleringar av olika fall. I de lägsta 100 metrarna av det marina gränsskiktet över Östersjön är skiktningen troligen stabil mer än halva året. Beteendet med initialt ökande vindhastighet följt av en dramatiskt avtagande en viss sträcka utanför kusten borde vara ett vanligt fenomen. Vid utvinning av vindenergi måste det vara av stort intresse att undvika dessa områden med lägre vindhastighet, som i sin tur har lägre vindenergipotential. I ett område där det ofta blir stabilt skiktat över havet kan energiförlusten bli på över 50 % i de lägsta 50 metrarna av gränsskiktet.