Modeling and Radiosonde Data Investigations of Turbulence and Mixing in the Vicinity of the Tropopause
对流层顶附近的湍流和混合的建模和无线电探空仪数据研究
基本信息
- 批准号:2032678
- 负责人:
- 金额:$ 30万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-01-01 至 2023-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The tropopause is the level of the atmosphere that can be thought of as a dividing line between the lower atmosphere (troposphere) and middle atmosphere (stratosphere). This level is relevant for several reasons, one of which is that it can be a turbulent region where aircraft fly. In this award, the research team will make use of a special set of weather balloon data and high-resolution numerical modeling to investigate turbulence in the tropopause region. Beyond aviation safety, the project is also relevant for understanding how water vapor and chemical constituents move from the troposphere to the stratosphere, which affects the global climate. A graduate student will also receive training under this award.This work is aimed at answering questions about instability and turbulence in the vicinity of the tropopause. The two major goals of the project are to determine where atmospheric turbulence maximizes in relation to tropopause height and to derive estimates of effective turbulent mixing in the vicinity of the tropopause. The main tools that will be used include the US High Vertical Resolution Radiosonde Data (HVRRD) archive from 2005-on and numerical modeling using direct numerical simulations (DNS). The specific questions to be addressed include: 1) Why have some previous investigations of atmospheric turbulence found the maximum turbulence in the free atmosphere to be below the tropopause, while others have found the maximum to be above the tropopause? 2) How does the profile of atmospheric turbulence in the vicinity of the tropopause derived from Thorpe analysis of U.S. HVRRD vary from station to station? How does it depend on the underlying topography? Is there a systematic variation with latitude? Are there seasonal and diurnal variations? Can we explain these variations by gravity wave breaking or Kelvin-Helmholtz instability and different tropopause configurations? 3) How does the average turbulent mixing in the vicinity of the tropopause compare to the “effective mixing”, taking account of the presence of observed intermittent, thin, turbulent layers?This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
对流层顶是大气层(对流层)和中间大气(平流层)之间的划分线的水平。由于几个原因,此级别是相关的,其中之一是它可以是飞机飞行的动荡地区。在该奖项中,研究团队将利用一套特殊的气温数据和高分辨率数值建模来研究对流层扇区地区的湍流。除了航空安全性之外,该项目还与了解水蒸气和化学构建体如何从对流层转向平流层,这还与全球气候有关。研究生还将获得该奖项的培训。这项工作旨在回答有关对流层面附近不稳定和动荡的问题。该项目的两个主要目标是确定与对流层顶高度相关的大气湍流在哪里最大化,并得出对流层顶附近有效湍流混合的估计。将使用的主要工具包括2005年开始使用直接数值模拟(DNS)的美国高垂直分辨率辐射数据(HVRRD)存档和数值建模。要解决的具体问题包括:1)为什么以前的一些大气湍流投资发现自由大气中的最大湍流在对流层面以下,而其他人则发现了最大的湍流2)2)在美国HVRRD的Thropeause附近,大气湍流的特征是如何从车站变为站点的Thropeause的附近?它如何取决于基础地形?有纬度有系统的变化吗?有季节性和不同的变化吗?我们可以通过重力波破裂或开尔文 - 霍尔姆霍尔兹不稳定性和不同的对流层面配置来解释这些变化吗? 3)考虑到观察到的间歇性,薄,动荡的层的存在与“有效的混合”相比,对流层顶的平均湍流混合与“有效混合”是如何相比的?该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的智力优点和更广泛的影响审查审查标准来通过评估来获得的支持。
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multi‐Scale Kelvin‐Helmholtz Instability Dynamics Observed by PMC Turbo on 12 July 2018: 1. Secondary Instabilities and Billow Interactions
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- DOI:10.1029/2021jd036232
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Kjellstrand, C. Bjorn;Fritts, David C.;Miller, Amber D.;Williams, Bifford P.;Kaifler, Natalie;Geach, Christopher;Hanany, Shaul;Kaifler, Bernd;Jones, Glenn;Limon, Michele
- 通讯作者:Limon, Michele
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- DOI:10.1175/jas-d-22-0193.1
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:3.1
- 作者:Fritts, David C.;Wang, Ling
- 通讯作者:Wang, Ling
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- DOI:10.1017/jfm.2021.1085
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:Fritts, David C.;Wang, L.;Lund, T.S.;Thorpe, S.A.
- 通讯作者:Thorpe, S.A.
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- DOI:10.5194/amt-15-4023-2022
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:3.8
- 作者:Doddi, Abhiram;Lawrence, Dale;Fritts, David;Wang, Ling;Lund, Thomas;Brown, William;Zajic, Dragan;Kantha, Lakshmi
- 通讯作者:Kantha, Lakshmi
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- DOI:10.1029/2021jd035516
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Strelnikov, B.;Rapp, M.;Fritts, D. C.;Wang, L.
- 通讯作者:Wang, L.
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