Projekti / Programi
Prispevek Rossbyevih in inercijsko-težnostnih valov k vertikalni hitrosti in pretoku gibalne količine v ozračju
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P500 |
Naravoslovno-matematične vede |
Geofizika, fizična oceanografija, meteorologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
vertikalna komponenta hitrosti, valovanja, vertikalni pretoki, numerično modeliranje atmofere
Raziskovalci (6)
Organizacije (1)
Povzetek
Gibanja v atmosferi so tri-dimenzionalna. Horizontalni komponenti hitrosti gibanj (u,v) v atmosferi so v običajnih razmerah veliko večji od vertikalne hitrosti (w), w((u,v. Zato večina globalnih modelov za napovedovanje vremena in modeliranje klime uporablja hidrostatični približek. Ta predpostavlja ravnovesje med vertikalno komponento sile gradienta tlaka in težnostnim pospeškom. Vertikalna hitrost tako postane diagnostična količina, ki se mora določiti s pomočjo zakonov za ohranitev energije ali mase. V praksi je vertikalna hitrost opisana s količino omega in ima enoto Pascal na sekundo, .
Vertikalne hitrosti v globalnem sistemu opazovanj ne moremo meriti neposredno, istočasno pa je ključnega pomena za opis splošne cirkulacije in še posebej globalne bilance energije in vodnega cikla. Izračun vertikalne hitrosti s pomočjo termodinamične enačbe ali kontinuitetne enačbe je danes del vsakega hidrostatičnega modela za napovedovanje vremena in klime. Izračuni z različnimi modeli ali iz podatki reanaliz pa se lahko zelo razlikujejo. Posledično so izračuni vertikalnega prenosa gibalne količine z valovnimi oscilacijami tudi nezanesljivi, posebej v tropskih predelih.
Dva osnovna prispevka valovnem gibanju sta gibanje v obliki Rossbyevih valov in v obliki inercijsko-težnostnih valov (IG). Rossbyevi valovi so približno horizontalna, približno geostrofskaa gibanja velikih prostorskih razsežnosti medtem ko je za valovanje tipa IG značilna divergenca in bolj intenzivno razširjanje v vertikalni smeri. V zmernih in visokih zemljepisnih širinah prevladujejo gibanja v obliki Rossbyevih valov medtem ko se v tropskih območjih gibanja v obliki IG valov pojavljajo na vseh skalah, prispevajo značilen del variance toka in so lahko tudi primerljive frekvence kot Rossbyjevi valovi.
V projektu je predlagan nov pristop k izračunu vertikalne hitrosti v globalnih podatkih, ki omogoča ločeno oceno vertikalnih gibanj glede na prispevke Rossbyevih valov in IG valov. Metoda uporablja dosežke projekta MODES (http://modes.fmf.uni-lj.si) za ločevanje dinamike Rossbyevih in IG valov s pomočjo normalnih načinov gibanj v koordinatnem sistemu, ki sledi terenu. Novost je izračunan vertikalne hitrosti s pomočjo kontinuitetne enačbe tako da bo divergenca horizontalnega vetra na ploskvah sigma predstavljena analitično preko reprezentacije z normalnimi načini. Rezultat projekta bo tri-dimenzionalna struktura polja vertikalnih hitrosti v globalnih poljih reanaliz in klimatskih modelih, ločena glede na prispevke Rossbyevih valov in IG valov za različna zonalna valovna števila, meridionalne načine in vertikalne strukturne funkcije. Metoda bo uporabljena za oceno dveh prispevkov nizkofrekvenčni variabilnosti ozračja kot je npr. približno dvoletna oscilacija QBO. Končni cilj projekta je ocena prispevkov Rossbyevih in IG valov vertikalnem pretoku gibalne količine na različnih skalah in vertikalnih nivojih v klimatskih modelih.
Pomen za razvoj znanosti
Skozi primerjavo različnih deležev vertikalne hitrosti bomo kvantitativno določili vlogo različnih valovanj za variabilnost cirkulacije v zgornji troposferi, stratosferi in mezosferi. Največji vpliv bodo rezultati imeli nad tropskimi območji, kjer je trenutno vloga posameznih IG valov v variabilnosti ozračja slabše razumljena.
Delež vertikalne hitrosti povezane z IG valovi lahko nadalje razdelimo na prispevke Kelvinovih valov ter ostalih IG valov na vseh skalah. Bolj natančno kot doslej bomo lahko določili vlogo Kelvinovih valov ter bolj natančno kot doslej vlogo mešanih Rossbyevih – IG valovnih komponent pri nastanku in obnašanju približno-dvoletne oscilacije vetra (QBO). Prvič bomo lahko tudi obravnavali vlogo obeh deležev vertikalne hitrosti in njihovih valovnih komponent v globalni bilanci energije in vodnega cikla. V prvi fazi bomo analizirali podatkovne sete reanaliz, kasneje pa se rezultati bodo uporabili za preverjanje energijske in vodne bilance v klimatskih modelih.
Predlagani projekt bo omogočil nadaljevanje sodelovanja meteorološke skupine v Ljubljani z mednarodno raziskovalno skupnostjo, ki se ukvarja z aplikacijami normalnih načinov in s preučevanjem dinamike IG in Rossbyevih valov v numeričnih vremenskih in klimatskih modelih. Projekt bo tudi znatno prispeval k razvoju raziskav dinamike klime v Sloveniji.
Pomen za razvoj Slovenije
Computation of the vertical velocities associated with Rossby and inertio-gravity waves by proposed method will quantify their respective roles in driving the circulation in the upper troposphere, stratosphere and mesosphere. The most relevant results and their impact are expected in the tropics where the role of various IG waves in atmospheric variability is less well understood. The IG component of vertical motion can further be split into the contribution from the Kelvin waves and large-scale and small-scale other IG waves. For example, the role of Kelvin waves and the mixed Rossby-gravity wave in driving the quasi-biennial oscillations (QBO) can be quantified as a function of the zonal wavenumber and vertical structure function more precisely than in previous studies.
Another promising aspect of the project is the role of the two components of vertical velocity on different scales in the global energy and water budgets (e.g. collocation of the precipitation and vertical motions, separation of convective and stratiform precipitation in the models). This is envisaged for the reanalysis data and then it can be applied to validate the climate models.
The project would provide a framework for a continued collaboration of the Ljubljana meteorology group with international community involved in the application of the modal methodology, research on IG and Rossby wave dynamics and numerical modelling. In particular, the project would enhance climate dynamics research in Slovenia
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
