Projektbeschreibung
Ein neuartiger strömungsmechanischer Ansatz für Turbulenz-Intermittenz
Bei turbulenten Flüssigkeitsströmungen wird häufig intermittierendes Verhalten beobachtet. Turbulenz-Intermittenz stellt eine Herausforderung für traditionelle geophysikalische Ansätze dar, um turbulente Vermischungen darzustellen. Sowohl Feldbeobachtungen als auch derzeitige numerische Ansätze haben ihre Einschränkungen, was zur Folge hat, dass auf Prozessebene keine Erkenntnisse über Turbulenz-Intermittenz in der atmosphärischen Grenzschicht vorhanden sind. Mit dem EU-finanzierten Projekt trainABL soll die erste physikalisch konstante Parametrierung turbulenter Vermischung bereitgestellt werden, bei der die Bedeutung der Turbulenz-Intermittenz berücksichtigt wird, die den gesamten vertikalen Bereich der atmosphärischen Grenzschicht abdeckt und die für alle Schichtungsbereiche gilt. Erreicht werden soll dies mit einem strömungsmechanischen Ansatz für das geophysikalische Phänomen der Turbulenz-Intermittenz in der atmosphärischen Grenzschicht.
Ziel
Vertical exchange in the atmospheric boundary is primarily due to turbulence, but turbulence may cease locally as a consequence of stable density stratification. This state of turbulence intermittency challenges traditional geophysical approaches to represent turbulent mixing. Field observations of the phenomenon are hard to obtain because of broad-scale interacting processes. Existing numerical approaches based on bulk turbulence closures reach their limits because they neglect the relevance of large-scale intermittency for turbulent mixing. Hence, process-level insight to turbulence intermittency in the atmospheric boundary layer is lacking which has dramatic consequences for the forecast of minimum temperature, of frost and fog situations, and of the potential for wind-power extraction.
trainABL recognizes the geophysical phenomenon of turbulence intermittency in the atmospheric boundary layer as a fluid mechanics problem. A virtual-lab approach based on direct numerical simulation yields an appropriate turbulence-resolving representation of the intermittently turbulent atmospheric boundary layer. The quantitative insight into large-scale intermittency offered by direct numerical simulation in combination with large-eddy simulation and observational data allows to transfer the emerging physical understanding to the geophysical range of parameters. This paves the avenue towards a novel turbulence mixing representation based on factorization of the turbulent flux into a reference flux and pre-factor accounting for large-scale intermittency. trainABL will thus provide a first physically consistent turbulent mixing parametrization that acknowledges the importance of turbulence intermittency, covers the entire vertical range of the atmospheric boundary layer, and is valid for all regimes of stratification.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
14195 Berlin
Deutschland