Characterisation of Low-Level Jets and their Influence on Low-Level Clouds over the Baltic Sea; Östergarnsholm Observatory, Sweden
(2021) FYSK02 20211Department of Physics
Combustion Physics
- Abstract
- In this study, about two years of data from Östergarnsholm in the Baltic Sea are used to analyse offshore low-level clouds (LLCs) influenced by low-level jets (LLJs) in the marine atmospheric boundary layer. The LLJs are passages of strong horizontal winds near the surface and are measured using a Doppler LiDAR, which provides information about the wind speed and wind direction up to 300 meters. In this study we define two groups of LLJs depending on the height at which they occur; 1) LLJs with maximum wind speed at heights below 300 meters that are clearly identified from the LiDAR data, and 2) LLJs that occur at heights around 300 meters or higher and are not clearly captured by the LiDAR but are assumed by visual inspection. The clouds... (More)
- In this study, about two years of data from Östergarnsholm in the Baltic Sea are used to analyse offshore low-level clouds (LLCs) influenced by low-level jets (LLJs) in the marine atmospheric boundary layer. The LLJs are passages of strong horizontal winds near the surface and are measured using a Doppler LiDAR, which provides information about the wind speed and wind direction up to 300 meters. In this study we define two groups of LLJs depending on the height at which they occur; 1) LLJs with maximum wind speed at heights below 300 meters that are clearly identified from the LiDAR data, and 2) LLJs that occur at heights around 300 meters or higher and are not clearly captured by the LiDAR but are assumed by visual inspection. The clouds are quantified using a ceilometer which provides information about the cloud base heights (CBH). The main objectives of this study were to identify periods of coincident LLJs and LLCs, to classify these identified LLJs and LLCs and to provide general statistics of their interaction. The combination of LLJ- and LLC presence, and the interaction between these, are new research. The analysis showed that the highest LLJ frequency regarding all LLJs was 47.7 %, with a maximum speed of 17.5 ms^-1 and occurred during winter. Only 4.38 % of these LLJs occurred below 300 m. The largest share of all LLJs below 300 m occurred during summer (75.6 %), where the mean maximum speed was 11.1 ms^-1. Largest LLC presence during active LLJs occurred during the winter (56.0 % regarding all LLJs, 64.5 % regarding LLJs below 300 m). The possible LLJ influence on the formation of LLCs was large during late autumn, winter, and early spring since the LLJ mean height and the $CBH$ were at approximately the same height. It was also found that the LLJs induced an increased turbulence intensity below and above the LLJs cores. The increased mixing above the jet core could lead to turbulent transport of cold and humid air, leading to LLC formation. The results of this study may contribute to improved weather forecasts for the processes related to LLJ- and LLC interaction. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Vindar och moln har stor betydelse för jorden. Vindar är viktiga genom deras påverkan på dagens och framtida väder (och indirekt på prognoser), eftersom de kan transportera varm eller kall luft, fuktig eller torr luft, mellan olika områden och därmed bidra till att väderförhållandena rubbas så fort vindriktningen ändras. Moln är viktiga genom deras påverkan på jordens strålningsbalans. Således är molnen en av nycklarna till att jordens globala medeltemperatur ser ut som den gör. Ergo är det viktigt, speciellt för meteorologer, att känna till de fysikaliska processerna som är inblandade i vindars och molns formning för att vässa väderprognoser och globala klimatförutsägelser. Genom att presentera en specifik karaktärisering av Östersjöns... (More)
- Vindar och moln har stor betydelse för jorden. Vindar är viktiga genom deras påverkan på dagens och framtida väder (och indirekt på prognoser), eftersom de kan transportera varm eller kall luft, fuktig eller torr luft, mellan olika områden och därmed bidra till att väderförhållandena rubbas så fort vindriktningen ändras. Moln är viktiga genom deras påverkan på jordens strålningsbalans. Således är molnen en av nycklarna till att jordens globala medeltemperatur ser ut som den gör. Ergo är det viktigt, speciellt för meteorologer, att känna till de fysikaliska processerna som är inblandade i vindars och molns formning för att vässa väderprognoser och globala klimatförutsägelser. Genom att presentera en specifik karaktärisering av Östersjöns meteorologi, med fokus på low-level jets (LLJs, vindar upp till omkring 300 meter) och low-level clouds (LLCs, moln upp till 2000 meter) över Östergarnsholm observatorium strax öster om Gotland, utrustar den här studien en bas för vidare avancemang i förståelsen av samspelet mellan LLJs och LLCs och chansen ökar att förbättra prognoser gällande väder och klimat. LLJs är korridorer av snabbt färdande vind som kännetecknas av en maxhastighet på en viss lägre höjd. Över Östersjön inträffar de på grund av olika sorters kontraster mellan land och hav. Detta är framför allt kontraster i friktion och temperatur, där den lägre friktionen över havet medför starkare vindar och tvärtom över land. Starkare vindar är mycket gynnsamt för vindkraften till havs eftersom de kan förse vindkraftverken med mer kraft vilket är en fördel för mer effektiv vindkraft. I samma veva som vindarna bidrar till en effektivare vindkraft, så förkortar LLJs livslängden på vindkraftverken. Relevant för den här studien är också LLJs förmåga att modifiera termodynamiken i den omgivande luften. Detta görs genom att LLJs skickligt transporterar värme, fukt och aerosoler till högre höjder. Detta kan småningom leda till att LLCs bildas och utvecklas, eftersom moln kräver vattenånga och aerosoler för att bildas. Studier kring LLJs och LLCs var för sig finns det ganska gott om, men studien om samspelet mellan de båda är helt nytt. LLJs mäts med hjälp av en lidar som förser information om vindens fart och riktning. LLCs mäts med hjälp av en ceilometer som är en sorts lidar där man erhåller information om basen på molnen. Den här studien visar att LLJs är starkast och närvarande mest frekvent under vintern och svagast och närvarande minst under sommaren. LLCs följer samma mönster i frekvens som LLJs och är närvarande mest frekvent under vintern och minst under sommaren. Molnbasen är avsevärt högre under sommaren och det kan kopplas till att LLJs är verksamma på lägre nivå då än resten av året. Under vintern är molnbasen och LLJs på nästan samma höjd. Denna studie berör makroskalan medan framtida forskning kan beröra mikroskalan lite mer. Vad det är för typ av moln dessa LLJ-influerade LLCs är, vad de består av och om de producerar någon nederbörd och i så fall vilken sorts nederbörd. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9058772
- author
- Lundberg, Johan LU
- supervisor
- organization
- course
- FYSK02 20211
- year
- 2021
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Low-level jets, Low-level clouds, LLJs, LLCs, Boundary layer, ABL, CBH, Lidar, Ceilometer, Turbulent intensity
- report number
- LRCP-234
- language
- English
- id
- 9058772
- date added to LUP
- 2021-06-24 16:14:26
- date last changed
- 2021-06-24 16:14:26
@misc{9058772,
abstract = {{In this study, about two years of data from Östergarnsholm in the Baltic Sea are used to analyse offshore low-level clouds (LLCs) influenced by low-level jets (LLJs) in the marine atmospheric boundary layer. The LLJs are passages of strong horizontal winds near the surface and are measured using a Doppler LiDAR, which provides information about the wind speed and wind direction up to 300 meters. In this study we define two groups of LLJs depending on the height at which they occur; 1) LLJs with maximum wind speed at heights below 300 meters that are clearly identified from the LiDAR data, and 2) LLJs that occur at heights around 300 meters or higher and are not clearly captured by the LiDAR but are assumed by visual inspection. The clouds are quantified using a ceilometer which provides information about the cloud base heights (CBH). The main objectives of this study were to identify periods of coincident LLJs and LLCs, to classify these identified LLJs and LLCs and to provide general statistics of their interaction. The combination of LLJ- and LLC presence, and the interaction between these, are new research. The analysis showed that the highest LLJ frequency regarding all LLJs was 47.7 %, with a maximum speed of 17.5 ms^-1 and occurred during winter. Only 4.38 % of these LLJs occurred below 300 m. The largest share of all LLJs below 300 m occurred during summer (75.6 %), where the mean maximum speed was 11.1 ms^-1. Largest LLC presence during active LLJs occurred during the winter (56.0 % regarding all LLJs, 64.5 % regarding LLJs below 300 m). The possible LLJ influence on the formation of LLCs was large during late autumn, winter, and early spring since the LLJ mean height and the $CBH$ were at approximately the same height. It was also found that the LLJs induced an increased turbulence intensity below and above the LLJs cores. The increased mixing above the jet core could lead to turbulent transport of cold and humid air, leading to LLC formation. The results of this study may contribute to improved weather forecasts for the processes related to LLJ- and LLC interaction.}},
author = {{Lundberg, Johan}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Characterisation of Low-Level Jets and their Influence on Low-Level Clouds over the Baltic Sea; Östergarnsholm Observatory, Sweden}},
year = {{2021}},
}