Validierung einer asymptotischen Analyse für konzentrierte Wirbel in der Atmosphäre zur Beschreibung großskaliger Pfade von Hurrikanen
Final Report Abstract
Im Zuge einer Überarbeitung der Wirbelmodelle konnte unerwarteterweise eine neue Version Modell A⋆ des Wirbelmodells Modell A hergeleitet werden. Die neue Version unterscheidet sich von der alten Version darin, daß Modell A⋆ nicht mehr nur als reines Trajektorienmodell, sondern auch als Modell zur Beschreibung von Intensitätsänderungen tropischer Zyklonen geeignet ist. Aus theoretischer Sicht gewinnt Modell A⋆ dadurch an Einsatzmöglichkeiten im operationellen Einsatz. Modell A⋆ zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß es die Möglichkeit bietet, den Einfluss einer vertikal gescherten Umgebungsströmung auf die asymmetrische Struktur des Wirbels zu beschreiben, die widerum Einfluss auf die Intensitätsänderung des Wirbels und dessen Verlagerung hat. Das hier hergeleitete Modell A⋆ kann auch als eine erweiterte Version des balancierten Eliassen-Wirbelmodells aufgefasst werden kann, welches zusätzlich die asymmetrische Struktur des Wirbels bei der Beschreibung von Intensitätsänderungen mitberücksichtigt. Auf der Grundlage von Modell A⋆ brachte das Studium eines Spezialfalles (barotroper Wirbel) zudem tiefer gehende Einblicke in einzelne auf die Mesoskala des Hurrikans bezogene Prozesse die aufgrund der Wechselwirkungen zwischen Umgebungsströmung und Wirbelströmun aktiviert werden. Dazu zählt z.B. der diabatische Hebungsmechanismus oder das durch Grenzschichtprozesse generierte und durch die Umgebungsströmung zusätzlich modifizierte asymmetrische Vertikalgeschwindigkeitsfeld. Gleichzeitig liefert das Studium des barotropen Wirbels einen möglichen Erklärungsansatz zur Entstehung von spiralförmigen Wolkenbändern, die ein charakteristisches Merkmal tropischer Zyklonen sind. In diesem Zusammenhang und auf der Grundlage einer Gleichung zur Beschreibung der Wirbelverlagerung konnte auch die Hypothese aufgestellt werden, daß die Verlagerung eines Wirbels unter anderem auf eine durch die Corioliskraft verursachte Horizontalablenkung von den in den Wolkenbändern auftretenden Vertikalbewegungen zurückgeführt werden kann. Dies führt zu einer völlig neuen Sichtweise auf die Verlagerung eines Wirbels. Die für den barotropen Wirbelfall erzielten Erkenntnisse deuten darauf hin, daß das Modell A⋆ durchaus Potential hat, eine wichtigen Beitrag zu einem besseren Verständnis des atmosphärischen Wirbel - Phänomens leisten zu können. Aufgrund des zeitlichen Mehraufwands der sich aufgrund der Überarbeitung und damit verbundenen Weiterentwicklung des diabatischen Wirbelmodells ergab, konnte die anfangs angestrebte Validierung der Wirbelmodelle nicht realisiert werden bzw. stellte die Notwendigkeit einer Validierung der ursprünglichen Gleichungen sogar in Frage. Aus Sicht der Projektinhaberin war die Weiterentwicklung des diabatischen Wirbelmodells ein unerwarteter aber zugleich wichtiger Schritt, da die neue Version im Gegensatz zur alten Version eine zusätzliche Verbindung zwischen Wirbelverlagerung und Intensitätsänderung des Wirbels herstellt. Eine Validierung der neuen Modellversion müsste als nächstes in Angriff genommen werden.
Publications
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(2012): Motion and structure of atmospheric mesoscale baroclinic vortices: dry air and weak environmental shear. Journal of Fluid Mechanics, 701, pp. 137-170
Päschke, Eileen; Marschalik, Patrik; Owinoh, Antony Z. & Klein, Rupert
