Großskalige Strömungsstrukturen und Mischen in horizontal ausgedehnten, geschichteten Scherströmungen

• Antragsteller: Philipp Vieweg
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532721742

Die Ozeane repräsentieren durch ihre enorme Wärmekapazität die größte Wärmesenke in Klima- und Wettermodellen. Leider ist unser Verständnis der auftretenden turbulenten Strömungsstrukturen und damit Mischungsprozessen jedoch noch lange nicht vollständig. Dieser Antrag hat zum Ziel, dieses Verständnis zu verbessern und zu besseren Klima- und Wettermodellen beizutragen. Nur durch eine zuverlässige Projektion der Dynamik der Ozeane ist es möglich, klimatische Variationen weit in die Zukunft vorherzusagen. Hier soll eine vereinfachte Konfiguration einer ozeanischen Strömung genutzt werden, um großskalige Strömungsstrukturen und Mischungsprozesse an einer Grenzschicht eines Fluides zu untersuchen. Das Fluid weise dabei eine stabile Schichtung auf, d.h. es ist unten dichter als oben. Um Turbulenz zu generieren wird das Fluid zusätzlich geschert, d.h. es herrscht eine Relativbewegung zweier unterschiedlicher horizontaler Schichten zueinander. Durch diese Konfiguration lassen sich Strömungen an Flussmündungen in den Ozean, oder die Grenze zwischen der Mischschicht nahe der Ozeanoberfläche und dem dichteren tiefen Ozean vereinfacht beschreiben. Kernfragestellungen, welche im Rahmen der Förderung beantwortet werden sollen, sind: 1) Welche charakteristischen Strömungsstrukturen entstehen in solchen stabil geschichteten Scherströmungen, sofern eine horizontal weit ausgedehnte Domäne (wie im Falle des Ozeans) vorliegt? Wie hängt das Mischverhalten von der horizontalen Ausdehnung ab? 2) Wie wird die Bildung der horizontal ausgedehnten Strömungsstrukturen durch Rotation um die vertikale Achse beeinflusst (vgl. Rotation der Erde)? 3) Was ist die genaue Rolle des Fluids? In anderen Worten, wie werden die Strukturbildungs- und Mischungsprozesse durch eine Variation der Temperatur des Fluids (was zur Änderung der Stoffwerte führt) beeinflusst? Diese Fragen sollen durch hochaufgelöste, drei-dimensionale, direkte numerische Simulationen beantwortet werden. Die Datensätze und Forschungsergebnisse können anschließend zur Verbesserung der Parametrisierung ozeanischer Strömungen genutzt werden (welche selbst heute noch deutlich unter-aufgelöst simuliert werden). Ein umfassendes Verständnis der klimatischen Veränderungen der Erde ist heute wichtiger denn je, und so soll diese Forschungsarbeit die Erfahrung des Antragstellers im Bereich von Simulationen eines vereinfachten Modells von geo- und astrophysikalischen Konvektionsströmungen nutzen um einen wichtigen Beitrag hierzu zu leisten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Colm-cille Caulfield