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Collapse Of Atmospheric Turbulence

Descripción del proyecto

La dinámica de la turbulencia nocturna podría mejorar la predicción meteorológica y climática

El equipo del proyecto COAT, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pretende predecir el colapso de turbulencias continuas en la capa límite nocturna. Esto es fundamental para las predicciones meteorológicas y climáticas. Además, es importante para comprender el equilibrio energético y la transferencia de calor, así como la calidad del aire y la dispersión de la contaminación. Los modelos actuales tienen dificultades para predecir el comportamiento de las turbulencias en condiciones frías, lo que provoca importantes errores de previsión. Para ello, en COAT se basarán en la hipótesis del flujo de calor máximo sostenible, que explica el colapso de la turbulencia mediante un bucle de retroalimentación positiva entre la atmósfera y la superficie subyacente. A partir de una simulación numérica directa y de los datos recogidos en el mástil de Cabauw (Países Bajos), los investigadores desarrollarán una teoría pionera sobre los regímenes nocturnos. Los resultados se compararán con los recogidos por el consorcio de datos FLUXNET.

Objetivo

This project aims to predict the cessation of continuous turbulence in the evening boundary layer. The interaction between the lower atmosphere and the surface is studied in detail, as this plays a crucial role in the dynamics. Present generation forecasting models are incapable to predict whether or not turbulence will survive or collapse under cold conditions. In nature, both situations frequently occur and lead to completely different temperature signatures. As such, significant forecast errors are made, particularly in arctic regions and winter conditions. Therefore, prediction of turbulence collapse is highly relevant for weather and climate prediction.
Key innovation lies in our hypothesis. The collapse of turbulence is explained from a maximum sustainable heat flux hypothesis which foresees in an enforcing positive feedback between the atmosphere and the underlying surface. A comprehensive theory for the transition between the main two nocturnal regimes would be ground-breaking in meteorological literature.
We propose an integrated approach, which combines in-depth theoretical work, simulation with models of various hierarchy (DNS, LES, RANS), and observational analysis. Such comprehensive methodology is new with respect to the problem at hand. An innovative element is the usage of Direct Numerical Simulation in combination with dynamical surface interactions. This advanced technique fully resolves turbulent motions up to their smallest scale without the need to rely on subgrid closure assumptions. From a 10-year dataset (200m mast at Cabauw, Netherlands) nights are classified according to their turbulence characteristics. Multi-night composites are used as benchmark-cases to guide realistic numerical modelling. In the validation phase, generality of the results with respect to both climate and surface characteristics is assessed by comparison with the FLUXNET data-consortium, which operates on a long-term basis over 240 sites across the globe.

Régimen de financiación

ERC-COG - Consolidator Grant

Institución de acogida

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Aportación neta de la UEn
€ 1 659 580,00
Dirección
STEVINWEG 1
2628 CN Delft
Países Bajos

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Región
West-Nederland Zuid-Holland Delft en Westland
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 659 580,00

Beneficiarios (1)