En situationsstudie av dissipation beräknad i HIRLAM

Abstract (Swedish)

Detta arbete har syftat till att göra en situationsstudie av dissipation beräknad i HIRLAM, en numerisk prognosmodell, över Danmark och att ge författarna kunskap om fenomenet turbulens. Studien gjordes genom att bearbeta data erhållen från HIRLAM i MATLAB. Den nedersta delen av troposfären där jordytan har en påverkan på atmosfären kallas för gränsskiktet. När vinden blåser i gränsskiktet kommer den variera slumpmässigt i riktning och styrka då de stora variationerna från ytan påverkar strömningen. Vinden definieras som ett medelvärde och alla avvikelser från detta medelvärde kallas för turbulens. Vid turbulens skapas virvlar som ger upphov till mindre virvlar o.s.v. Till slut påverkas dessa små virvlar av molekylär diffusion och dissiperar, rörelseenergi omvandlas till inre energi. Dissipation är en nettoeffekt, det finns ingen omvänd process. När detta modelleras i HIRLAM måste det parametriseras eftersom längdskalan är för liten för att lösas upp. Turbulens och dissipation parametriseras med hjälp av similaritetsteorin som gör en uppskattning av medelflödet genom att klumpa ihop variabler till nya variabler med enkla dimensioner. Då tre olika vädersituationer analyserades kunde vissa generella slutsatser dras. Dissipationen berodde nästan enbart på den turbulenta kinetiska energin och endast indirekt på stabilitet. Dissipationen var mycket låg över hav då vårens kalla vatten gjorde att det blev stabila förhållanden över hav. Det har också setts en tydlig variation över dygnet, med högre dissipation över dagen och lägre på natten, som en följd av termiskt producerad turbulens. Dissipationen ökade även med ökad vindhastighet. Högre vindhastighet ger större shear som leder till mer turbulens.

Abstract

This case study aimed at analyzing dissipation calculated in HIRLAM, a numerical forecast model, over Denmark and to give the authors more knowledge about the phenomenon of turbulence. The study was done by processing data obtained from HIRLAM in MATLAB. The lowest part of the troposphere where the surface of the earth has an impact on the air is called the planetary boundary layer. When the wind blows in the boundary layer it varies randomly in direction and strength as the variability of the surface affects the flow. The wind is defined as an average over time and any deviation from this mean value is called turbulence. The turbulence creates eddies which give rise to smaller eddies and so on. In the end these whirls are affected by molecular diffusion and dissipate, kinetic energy is converted into internal energy. Dissipation is a net effect; there is no reverse process. When this is modeled in HIRLAM it has to be parameterized because the scale is too small to be resolved. Turbulence and dissipation are parameterized using the similarity theory that provides an estimate of the mean flow by clustering variables into new variables with simple dimensions. When three different weather situations were analyzed some general conclusions could be made. Dissipation depended almost entirely on the turbulent kinetic energy and only indirectly on the stability. The dissipation was very low over sea because the low water temperature during spring generates high stability. A great diurnal variation has been noticed, with higher dissipation during the daytime, due to thermally generated turbulence. Higher wind speed generated more dissipation. This was because higher wind speed led to greater wind shear and more turbulence was generated.

• author: Hebel, Greta ; Palmblad, Tobias and Persson, Annie
• supervisor: Aksel Walløe Hansen
• organization: Department of Physics
• course: FYSK01 20111
• year: 2011
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• language: Swedish
• id: 2157156
• date added to LUP: 2011-09-13 10:58:25
• date last changed: 2015-12-14 13:33:09