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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-32877
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3287/


On the structure of concentrated atmospheric vortices in a gradient wind regime and its motion on synoptic scales

Zur Struktur konzentrierter atmosphärischer Wirbel im Gradientwind-Regime und deren Bewegung auf synoptischer Skala

Mikusky, Eileen

pdf-Format:
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Basisklassifikation: 31.80 , 30.03
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Claußen, Martin (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.02.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 03.05.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Dreidimensionale, konzentrierte, atmosphärische Wirbel die sich vertikal durch die gesamte Troposphäre erstrecken und dessen mittleren horizontalen Abmessungen unterhalb der synoptischen Skala im Bereich des Gradientwind-Regimes liegen, sind Gegenstand der Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit. Ein typisches Beispiel für derartige atmosphärische Strömungsphänomene sind tropische Zyklonen mit zentrumsnahen Winden die Hurrikanstärke erreicht haben. In den letzten Jahren haben Forschungsergebnisse unabhängiger wissenschaftlicher Studien gezeigt, dass die Bewegung, Struktur und Entwicklung derartiger konzentrierter Wirbel sehr stark von atmosphärischen Prozessen beeinflußt werden, die auf unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen auftreten und miteinander wechselwirken. Es ist allgemein bekannt, dass diese wechselwirkenden Prozesse beispielsweise durch den Einfluss der Erdrotation, einer Umgebungsströmung und kleinskaliger konvektiver Systeme hervorgerufen werden können. Die Inhalte der vorliegenden Dissertation sollen zu einer weiteren Vertiefung dieser Erkenntnisse beitragen. Insbesondere wurden dafür reduzierte Modellgleichungen hergeleitet, die herangezogen werden können, um den Einfluss kleinskaliger Prozesse die die mesoskalige Struktur des Wirbels bestimmen, auf die Bewegung des Wirbels über synoptisch skalige Distanzen und umgekehrt zu beschreiben. Dabei wird der Einfluss einer vertikal gescherten Hintergrundströmung und der Einfluss diabatischer Effekte aufgrund von Feuchteumwandlungsprozessen mitberücksichtigt.

Es besteht ein grosses Interesse darin, jene Mechanismen besser zu verstehen, die die Bewegung und Struktur konzentrierter atmosphärischer Wirbel bestimmen. Für den operationellen Betrieb ist beispielsweise eine korrekte Vorhersage der Wirbeltrajektorie von enormer Wichtigkeit, um mögliche Katastrophen im Falle sich der Küste nähernder Hurrikane rechtzeitig abzuwenden. Die in dieser Arbeit hergeleiteten Modellgleichungen könnten eine Grundlage für die Entwicklung neuartiger Vorhersagemodelle darstellen, die einen Beitrag zur Verbesserung der Vorhersagen für die Wirbeltrajektorie leisten könnten.
Kurzfassung auf Englisch: Three-dimensional concentrated atmospheric vortices with vertical extensions throughout the whole troposphere and diameters corresponding to the sub-synoptic gradient wind regime are studied in this work. Hurricane-like vortices are representative examples for this type of atmospheric flow phenomena. Research in recent years have shown that the complex interplay between atmospheric processes acting on different time and length scales strongly affect the motion,
structure and development of hurricane-like vortices. It is well known that these interacting processes arise among others from the earth rotation, the environmental flow and small scale convective systems. It is against this background that this dissertation aims to derive reduced model equations that elucidate how scale interactions influence the motion and structure of concentrated
atmospheric vortices. In particular, reduced model equations are derived that describe how the mesoscale structure of the vortex itself affects the synoptic scale vortex motion and vice versa, while taking the influence of a vertically sheared environmental flow and diabatic effects due to moisture conversion processes into account. For the derivation of such reduced model equations multiple scales asymptotic analysis based on matched asymptotic expansions are used.

For various reasons a better understanding of the mechanisms
determining the motion and structure of atmospheric vortices is of great interest. In operational use, for instance, an accurate forecast of the vortex trajectory is needed to avoid potential disasters caused by a landfalling storm systems. The reduced model equations derived in this work can be used to design hurricane track models that might
contribute to improvements of hurricane track forecasts.

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