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Turbulence-Resolving Approaches to the Intermittently Turbulent Atmospheric Boundary Layer

Description du projet

Les intermittences des turbulences étudiées sous l’angle de la mécanique des fluides

Il est notoire que les écoulements de fluides turbulents présentent un comportement intermittent. Or représenter cette intermittence des turbulences est une véritable gageure pour les approches géophysiques traditionnelles. En effet, les observations sur le terrain et les approches numériques actuelles présentent toutes deux leurs limites; il en découle une connaissance lacunaire des processus d’intermittence des turbulences observés dans la couche limite de l’atmosphère. Le projet trainABL, financé par l’UE, s’est fixé pour objectif de fournir la première paramétrisation physiquement cohérente du phénomène de mélange turbulent qui prenne en compte l’importance de l’intermittence des turbulences, couvre toute la gamme verticale de la couche limite atmosphérique et soit valable pour tous les régimes de stratification. Il entend y parvenir en adoptant une approche basée sur la mécanique des fluides du phénomène géophysique d’intermittence des turbulences dans la couche limite de l’atmosphère.

Objectif

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.

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Institution d’accueil

FREIE UNIVERSITAET BERLIN
Contribution nette de l'UE
€ 1 364 414,66
Adresse
KAISERSWERTHER STRASSE 16-18
14195 Berlin
Allemagne

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Région
Berlin Berlin Berlin
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 364 414,66

Bénéficiaires (2)