IGF


Grupa badawcza

Dynamika chmur i turbulencja atmosfery

Zakład Fizyki Atmosfery

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

prof. dr hab. Szymon P. Malinowski
dr hab. inż. Marta Wacławczyk
mgr Katarzyna Karpińska
mgr Moein Mohammadi
dr Jakub Nowak
mgr inż. Stanisław Król
mgr Robert Grosz
dr Dariusz Baranowski
dr Jesper G. Pedersen
dr Yongfeng Ma
mgr Emmanuel Akinlabi
mgr Anna Górska
mgr Marta Kopeć
mgr Jacek Kopeć