Untersuchungen zum Verhalten von baroklinen Instabilitäten im starr rotierenden, innen gekühlten Zylinderspalt

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Im Rahmen des geplanten Forschungsprojektes soll die Stabilität und die Strukturbildung von baroklinen Wellen untersucht werden. Dazu wird ein starr rotierender Zylinderspalt verwendet, der innen gekühlt und außen beheizt werden kann. Durch Variation der Rotationsfrequenz und der Temperaturdifferenz können in dieser Geometrie sowohl stabile als auch irreguläre Strömungsmuster erzeugt werden, die den gleichen physikalischen Mechanismus aufweisen wie Störmungen in der Atmosphäre und im Ozean. Im Vordergrund der Untersuchungen stehen dabei der Übergang von stabilen baroklinen Wellen zur geostrophischen Turbulenz und die Bestimmung der Dispersion der baroklinen Wellen. Zur Bestimmung der Strömungsstrukturen sind berührungsfreie Meßverfahren (LDA- und PIV-Messungen) vorgesehen. Unterstützend sollen Temperatur-Zeitreihen im Fluid gemessen werden. Zudem soll das geometrische Aspektverhältnis des Zylinderspalts variiert werden, um die gefundenen Strömungszustände verallgemeinern zu können und so einen direkten Vergleich mit Strömungsverhältnissen in der Erdatmosphäre zu realisieren. Zur Auswertung sollen neben linearen Methoden wie Fourieranalyse und Autokorrelation vor allem nichtlineare Methoden der Chaosdynamik eingesetzt werden, um die topologischen Eigenschaften der Attraktoren der Zustände zu beschreiben. Erstmals soll für Wellen dieser Art ein umfassendes Bifurkationsszenario experimentell gemessen werden.