Die Rolle von geschichteter Turbulenz in der mittleren Atmosphäre

• Antragsteller: Dr.-Ing. Victor Avsarkisov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520013270

Dieses ist der Untersuchung geschichteter Turbulenz in der mittleren Atmosphäre gewidmet. Unsere jüngste Untersuchung des Schwerewellen-Brechungsprozesses bestätigte die Existenz eines stark geschichteten Turbulenz-Regimes in der winterlichen Mesosphäre. Diese Studie umfasste eine Theorie der geschichteten Turbulenz und verwendete modernste Messungen aus dem Raketen-Experiment WADIS-2 sowie eine neue Version des Kühlungsborn Mechanistic General Circulation Model mit aufgelösten Schwerewellen. Diese Identifizierung des stark geschichteten Turbulenzregimes legt nahe, dass eine neue Familie hydrodynamischer Instabilitäten, die aus Laborexperimenten und theoretischen Überlegungen bekannt sind, in der mittleren Atmosphäre vorhanden ist. Als Teil der mesoskaligen Dynamik ist die geschichtete Turbulenz eines der aktivsten dynamischen Regimes in der mittleren Atmosphäre. Die Existenz dieses Turbulenzregimes hat weitreichende Konsequenzen bis hin zu Skalen des Wetters und des globalen Klimas, was die uns zur Erstellung des Antrages motiviert hat. Die jüngsten Fortschritte in der Instrumentenentwicklung am Institut für Atmosphären Physik (IAP, Kühlungsborn) haben es uns ermöglicht, die Dynamik auf vertikalen Skalen unter 500 Metern zu beobachten und nahezu permanent simultane dreidimensionale Geschwindigkeits- und Dichtemessungen in der mittleren Atmosphäre durchzuführen. Diese weltweit einmaligen hochpräzisen Messungen sind für unser Verständnis kleinskaliger dynamische Prozesse wie der Kopplung von Schwerewellen und geschichteter Turbulenz, der Schichtung und Mischung in der geschichteten Scheratmosphäre von entscheidender Bedeutung. Im Rahmen dieses Projekts planen wir, diese hochauflösenden Messungen sowie numerische Simulationen (GCM und DNS) zu verwenden, um uns mit dem Problem der mesoskaligen Dynamik in der mittleren Atmosphäre auseinanderzusetzen. Unser Hauptziel in diesem Projekt ist es, die Dynamik der atmosphärischen Strömung auf horizontalen Skalen unter 100 km und vertikalen Skalen unter 5 km in der mittleren Atmosphäre zu verstehen. Das Endziel ist eine Methode zur Parametrisierung diesen Prozessen für die zukünftige Implementierung in globalen Zirkulationsmodellen zu entwickeln. Dieses Projekt hat auch expliziten multidisziplinären Charakter, da das Problem, das wir anpacken wollen, sowohl für die Physik der Atmosphäre, Ozeanographie, die angewandte Strömungsdynamik und die Theorie der geschichteten Turbulenz von grundlegender Bedeutung ist. Außerdem ist die Stärke des geschichteten Turbulenz Regimes in der Atmosphäre viel größer als in Laborexperimenten. Wir werden mit diesem Projekt zeigen, dass die mittlere Atmosphäre ein perfektes Labor für Strömungsmechanik ist, um die Theorie der geschichteten Turbulenz zu analysieren und weiterzuentwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen, Spanien, USA
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Jorge Chau, Ph.D.; Professorin Dr. Claudia Stolle
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Erich Becker; Professor Dr. Sergio Hoyas, Ph.D.; Dr.-Ing. Marta Waclawczyk