Research project

1. Cel prowadzonych badań/hipoteza badawcza
Chmury odgrywają istotną rolę w bilansie radiacyjnym Ziemi, od nich zależa procesy opadowe. W zależności od tego z jakich kropelek/kryształków się składają różnie oddziałują z promieniowaniem elektromagnetycznym oraz w różny sposób zachodza w nich procesy mikrofizyczne. Mimo, że wiele procesów rzadząch ewolucja chmur zachodzi w małej skali to odgrywają one istotną rolę w ewolucji całej chmury czy pól chmurowych. Podstawową metodą badania in-situ procesów zachodzących w chmurach w małych skalach są pomiary z użyciem samolotów badawczych.
Dane uzyskane w ten sposób nie dają jednak informacji o procesach fizycznych zachodzących w całej objętości chmury a jedynie wzdłuż trajektorii lotu. Aby uzyskać informacje o właściwościach chmur poza miejscem próbkowania przez samolot badawczy wykonuje się trójwymiarowe symulacje numeryczne, których wyniki są porównywane z pomiarami w rzeczywistych chmurach. Pochodzące z tych dwóch metod badawczych informacje porownuje się najczęsciej metodami statystycznymi. Są to statystyki warunkowe, a wyniki tych analiz mogą w szególności zależeć od metody próbkowania danych. W przypadku pomiarow lotniczych ma to ogromne znaczenie, gdyż dane zbierane są wzdłuz trajektorii lotu i w trakcie ewolucji chmury. Z kolei najczestsze analizy wynikow symulacji to analizy statystycznych wlasności profili parametrow meteorologicznych w całej domenie obliczeniowej lub ewolucja wybranego parametru w funkcji czasu. Tego rodzaju dane trudno porownać bezposrednio, dlatego istnieje potrzeba opracowania metody porównywania wyników symulacji numerycznych i pomiarów samolotowych nie obciążona efektem warunków konstrucji statystyki.
W ramach projektu planowany jest rozwój metody nawanej "samolotem wirtualnym". W metodzie tej domena obliczeniowa modelu numerycznego jest próbkowana w identyczny sposób jak rzeczywista chmura, czyli wzdłuż skomplikowanej trajektorii w trakcie trwania obliczeń. Takie podejście umożliwi bardziej bezpośrednie porównywanie danych i w związku z tym przyczyni się do lepszego zrozumienia procesów odpowiedzialnych za rozwój i ewolucje chmur.

2. Zastosowana metoda badawcza/metodologia
W pierwszym etapie projektu zostanie rozwiniety i przetestowany program "witrualnego samolotu" - elementu probkujacego przestrzeń obliczeniowa wzdluż zadanej trajetorii lotu w czasie ewolucji chmury. Program bedzie napisany tak aby można było dołaczać moduły symulujace zachowanie przyrzadow na samolocie - np. uwzglednienie stalej czasowej czujników.
W dalszej częsci projektu zakłada się wykonanie szeregu symulacji numerycznych chmur kłębiasto-warstwowych metoda LES (Large Eddy Simulations). W trakcie symulacji ich domeny obliczeniowe zostaną spróbkowane metodą "samolotu wirtualnego" (możliwe jest jednoczesne probkowanie wieloma takimi "wirtualnymi samolotami"). Uzyskane w ten sposób dane zostaną porównane z danymi z kampanii pomiarowych. Ponadto w celu oceny jakości wykonanych symulacji zostaną wykonane porównania statystycznych własności modelowanych i rzeczywistych chmur a rezultaty porównane do wyników uzyskanych w analogicznych przypadkach przez inne grupy badawcze.

3. Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki, cywilizacji, społeczeństwa
Zaproponowana metoda porównywania danych z obserwacji lotniczych z wynikami symulacji numerycznych pomoze w walidacji wynikow i umożliwi lepsze planowanie i optymalizację przyszłych kampanii pomiarowych.