Mischung und Grundstromanregung durch propagierende Trägheitswellen: Theorie, Experiment und Simulation

通过传播惯性波进行混合和基础电流激励：理论、实验和模拟

• 批准号: 162375284
• 负责人: Professor Dr. Uwe Harlander
• 金额: --
• 依托单位: Fachgebiet Atmosphärische Prozesse
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2019-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/162375284?language=en
• 关键词: Mischung; und; Grundstromanregung; durch; propagierende

Die großskalige Zirkulation der Atmosphäre und der Ozeane wird von einer Vielzahl von Prozessen organisiert. Ein wichtiger Teil dieser Organisation wird von Wellen bewerkstelligt, die Impuls transportieren und lokal an die Umgebung abgeben können. So entstehen wellengetriebene langsam variierende mittlere Strömungen (Grundströmungen genannt), die sowohl für Wetter- und Klimaprozesse, als auch für die Dynamik der Ozeane eine herausragende Rolle spielen.Das hier vorgestellte interdisziplinär angelegte Projekt will zum Verständnis wellengetriebener Grundströme der äquatorialen Stratosphäre (quasi-biennial oscillation, kurz QBO) und der ozeanischen äquatorialen Tiefenströme (equatorial deep jets, kurz EDJs) beitragen. Im Zentrum des Vorhabens stehen Labor- und Computerexperimente mit einem flüssigkeitsgefüllten rotierenden Zylinderspalt. In der geophysikalischen Hydrodynamik spielt die Rotation der Erde und damit verbundene Trägheitsbewegungen eine wichtige Rolle. Daher soll bei unserem Experiment der Rotation der Flüssigkeit die dominante Rolle bei der Grundstromanregung zukommen und nicht, wie im “klassischen” QBO-Experiment von Plumb und McEwan (J. Atmos. Sci., 35, 217-229), der Schichtung der Flüssigkeit. Die Rolle der Schwerewellen übernehmen in unserem Experiment die Trägheitwellen, welche durch eine zeitlich modulierte Rotation angeregt werden können.Die Sensitivität von wellengetriebenen Grundströmen gegenüber einer Variation der Ekmanzahl (Verhältnis aus Viskosität des Fluids und Winkelgeschwindigkeit des Zylinders) ist von besonderem Interesse. Wir wollen klären, ob bei großer Ekmanzahl eine dissipative Grundstrom-Welle-Wechselwirkung wie bei dem “klassischen” nicht-rotierenden QBO-Experiment zu beobachten ist. Wir wollen zudem prüfen, ob bei kleiner Ekmanzahl und der daraus resultierenden Entwicklung interner Grenzschichten eine Grundströmung angeregt wird und wenn ja, ob die Strömungsmuster qualitativ anders sind als bei der dissipativen Wechselwirkung.Das Laborexperiment wird begleitet von einer theoretischen Analyse und hochauflösenden numerischen Simulationen. Die numerischen Simulationen werden mit einem Löser hoher Ordnung durchgeführt, der ursprünglich für die Turbulenzforschung entwickelt wurde. Eine große Anzahl von numerischen “Experimenten” mit unterschiedlicher Ekmanzahl ist durchführbar. Darüber hinaus liefert eine hohe räumliche Auflösung einen Einblick in die Feinstruktur von internen Grenzschichten und deren zeitlicher Entwicklung, der experimentell nicht möglich ist.

大气层和臭氧层中的大规模锆化将由一个由Prozessen组织的Vielzahl组成。一个强大的组织将帮助韦伦，推动运输和本地化，并帮助人们实现目标。因此，我们可以通过不同的方式来研究大气环流的变化，这也是为了研究大气环流的动力学问题。这一研究项目将对赤道平流层准两年振荡（quasi-bibliographen oscillation，kurz QBO）和赤道深急流（octanischen quatorialen Tiefenströme，kurz EDJs）进行研究。Im Zentrum des Vorhabens stehen Labor- und Computerexperimente mit einem flüssigkeitsgefüllten 红宝石矿在地球物理学的流体动力学中，地球的旋转和巨大的旋转产生了一个巨大的作用。Daher soll bei unserem Experiment der Rotation der Flüssigkeit die dominante Rolle bei der Grundstromanregung zukommen und nicht，就像“经典”QBO-Experiment von Plumb und McEwan（J. Atmos.科学，35，217-229），der Schichtung der Flüssigkeit. Die Rolle der Schwerewellen übernehmen in unserem Experiment die Trägheitwellen，welche durch eine zeitlich modulierte Rotation angeregt韦尔登角度könen.Die Sensitivität von welwetriebenen Grundströmen gegenüber einer Variation der Ekmanzahl（Verhältnis aus Viskosität des Fluids und Winkelgeschwindigkeit des Zylinders）is von besonderem Interesse.我们希望在大埃克曼扎尔的基础上进行一次耗散的基本电磁波测试，就像在“经典”的基础上进行一次不受限制的QBO实验一样。我们希望通过一个简单的Ekmanzahl实验和一个基本的数值模拟来研究内部结构的结果，通过一个理论分析和数值模拟来研究质量和质量的结构。数值模拟韦尔登与一个Löser hoher Ordnung durchgeführt，der ursprünglich für die Turbulenzforschung entwickelt wurde。Eine greße Anzahl von numerischen“Experimenten”mit unterscheedlicher Ekmanzahl ist durchführbar.在内部结构和时代发展中，我们发现了一个很大的增长点，但实验并不意味着什么。

项目成果

Inertial wave mode excitation in a rotating annulus with partially librating boundaries

• DOI: 10.1088/0169-5983/46/4/041423
• 发表时间: 2014-07
• 期刊: Fluid Dynamics Research
• 影响因子: 1.5
• 作者: I. Borcia;Ghasemi V Abouzar;U. Harlander

Mean flow generation by Görtler vortices in a rotating annulus with librating side walls

在具有振动侧壁的旋转环中通过 Görtler 涡流生成平均流

• DOI: 10.1063/1.4948406
• 发表时间: 2016
• 期刊: Physics of Fluids
• 影响因子: 4.6
• 作者: A. Ghasemi;M. Klein;U. Harlander;M. V. Kurgansky;E. Schaller;A. Will
• 通讯作者: A. Will

Can zonally symmetric inertial waves drive an oscillating zonal mean flow?

• DOI: 10.1080/03091929.2015.1094064
• 发表时间: 2015-10
• 期刊: Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics
• 影响因子: 1.3
• 作者: T. Seelig;U. Harlander

Inertial wave excitation and focusing in a liquid bounded by a frustum and a cylinder

• DOI: 10.1017/jfm.2014.304
• 发表时间: 2014-06
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics
• 影响因子: 3.7
• 作者: M. Klein;T. Seelig;M. Kurgansky;Abouzar Ghasemi V.;I. Borcia;A. Will;E. Schaller;C. Egbers;U. Harlander