IGF


Grupa badawcza

Dynamika chmur i turbulencja atmosfery

Zakład Fizyki Atmosfery

Lider grupy badawczej:
prof. dr hab. Szymon P. Malinowski


Badamy dynamikę chmur w pełnym zakresie skal od ruchu pojedynczych kropelek, po dynamikę poszczególnych chmur i systemów chmurowych. Koncentrujemy się w badaniach na zjawisku turbulencji atmosferycznej  i związkami (bezpośrednimi i pośrednimi) turbulencji w chmurach i atmosferze z  systemami pogodowymi a nawet z cyrkulacją globalną.

Zrozumienie dynamiki chmur jest nierozerwalnie związane ze zrozumieniem turbulencji atmosferycznej, którą tez badamy. Nie ograniczamy naszego warsztatu, obejmuje on wszystkie możliwe metody badawcze: od doświadczeń w laboratorium, przez prowadzenie pomiarów in situ w atmosferze (w tym pomiarów z pokładu samolotu), pomiary zdalne (lidarowe, radarowe i satelitarne) po modelowanie numeryczne i badania teoretyczne.

Współpracujemy z wieloma grupami badawczymi ze świata i uczestniczymy w wielu międzynarodowych przedsięwzięciach badawczych.

Naszym najbardziej znanym przyrządem pomiarowym jest ultraszybki termometr UFT rozwijany od lat 90-tych. Najnowsze wersje są w stanie mierzyć temperaturę w chmurach z pokładu samolotu z rozdzielczoscią przestrzenną 5mm.

Ultraszybki termometr UFT w wersji UFT-M pod samolotem CIRPAS Twin Otter podczas kampanii pomiarowej POST, Monterey, Kalifornia, lipiec 2008.

 

 

Przykładowa symulacja numeryczna:

None  

Animacja (kliknij w ikone po lewej) powstała w efekcie symulacji granicznej warstwy atmosfery nad oceanem na podstawie pomiarów lorniczych w ramach kampanii pomiarowej DYCOMS II. Przedstawia wodność chmury stratocumulus na sukcesywnych przekrojach przes trójwymiarową domenę obliczeniową. Autor: Jesper Pedersen.

 

Animacje ruchu kropel w modelu wiru

Przeprowadzono symulacje ruchu kropel chmurowych w modelu bardzo silnego wiru w celu odtworzenia zjawiska tzw. dziur w chmurach (chmurach typu „szwajcarski ser”) zarejestrowanych w obserwatorium UFS na szczycie Zugspitze w Niemczech. Użyto stacjonarnego pola prędkości wiru Burgersa z rozciąganiem. Kropelki chmurowe są stale losowane na brzegach cylindra z początkową prędkością odpowiadającą radialnej składowej pola prędkości wiru. W równaniu ruchu pojedynczej kropli uwzględniono siłę lepkości w przybliżeniu Stokesa i siłę grawitacji. Kropelki nie zderzają się, brak jest też oddziaływania hydrodynamicznego na płyn. Rozkład wielkości kropelek jest zbliżony do rozkładu eksperymentalnego, a kolor i wielkość kropel w animacji odwzorowuje intensywność rozpraszania typu Mie światła zielonego lasera używanego w eksperymencie. Oś wiru została nachylona względem kierunku siły grawitacji. W takim układzie w trajektoriach kropelek widoczne jest przyciąganie kropelek przez różne atraktory w płaszczyźnie prostopadłej do osi wiru: cykle graniczne i kilka punktów równowagi, stabilnych i niestabilnych. Przedstawione trzy animacje obrazują zestawy podobnych parametrów wiru, dla których kropelki wykazują zgoła odmienne zachowanie.

Animacja 1     Animacja 1    Animacja 1: nie obserwujemy dziury w polu kropelek wcale.
         
None   None   Animacja 2: dziura występuje, ale w wersji dość „rozmytej”.
         
None   None   Animacja 3: wyraźnie widać zjawisko utworzenia tzw. dziury.

 

Symulacje te pozwalają nam wnioskować o intensywnej klastryzacji oraz o możliwym bardzo dużym wpływie na prawdopodobieństwo zderzeń kropel w silnych rurkach wirowych w prawdziwych chmurach.

 

Projekt badawczy

Projekt badawczo-organizacyjny

Eksperyment

dr Dariusz Baranowski
dr Jesper G. Pedersen
dr Yongfeng Ma
mgr Emmanuel Akinlabi
mgr Anna Górska
mgr Marta Kopeć
mgr Jacek Kopeć