Turbulens i atmosfærens grenselag

Mål:

Emnet har som mål å gi studentane ei innføring i turbulens og turbulente fluksar av masse og energi i det atmosfæriske grenselaget. Det gir eit grunnlag for vidare avanserte studiar innan dette feltet ved å gi studentane ein bakgrunn for å vurdere den relative betyding og relevans av turbulens i prosessar knytt til meteorologi og klima.

Innhald:

Emnet tek opp tema som homogen turbulens teori, som inneheld beskriving av spekter, definisjon og måling av turbulente fluksar og påverknad av lagdelinga i det atmosfæriske grensesjiktet. Med utgangspunkt i dei grunnleggjande likningane for bevaring av masse og energi, er eit sett av likningar som gjeld for strøyming i grenselaget avleia. Basert på dette, er prognostiske likningar for både middelverdiar, kovariansar og avvik for dei ulike variablane i turbulent strøyming utleia. På grunnlag av den sist nemnde, er turbulensrelaterte prosessar i det atmosfæriske grensesjiktet innført. Profila for skalarar, som t.d. temperatur, fuktighet, og sporstoffkonsentrasjon, i tillegg til hastighet og deira respektive turbulente fluksar i atmosfæren er beskrivne og diskutert under ulike pådrag. Det turbulente «closure» problemet er innført og dei mest vanlege lokale og ikkje-lokale «closure» tilnærmingane blir presenterte. Spesifikke matematiske metodar i forbindelse med skildringa av turbulens, som FFT og Buckingham-Pi-analyse i similaritetsteorien er kort omtalt. Ei oversikt over vanleg instrumentering og målemetodar er gitt, så vel som ei kort innføring i LES (Large Eddy Simulation) som modelleringsverktøy innan turbulens.

Studenten skal ved avslutta emne ha følgjande læringsutbyte definert i kunnskapar, ferdigheiter og generell kompetanse:

Kunnskapar
Studenten

• har grunnleggjande forståing av dei framståande trekkja i atmosfæren sitt turbulente grenselag
• har avansert innsikt i spektralutvikling av turbulens og dei dominerande ledda i budsjettlikningane for turbulens
• har kunnskap om kjelder (t.d. skjær og oppdrift) og mekanismar som påverkar (t.d. stratifisering) turbulens og turbulent transport i atmosfæren
• har god forståing av teoretiske og matematiske modellar og metodar som til vanleg blir nytta i forsking innan det atmosfæriske grenselaget
• har generell kjennskap til instrumentering og måleprinsipp som blir nytta i forsking innan det atmosfæriske grenselaget

Ferdigheiter
Studenten

• kan forklare og nytte dei grunnleggjande generelle omgrepa innan grenselagsmeteorologi
• er i stand til å forklare dei viktigaste trinna i utleiinga av budsjettetlikninga for turbulent kinetisk energi (TKE)
• kan forklare dei relevante ledda i budsjettlikninga for turbulent kinetisk energi
• kan skissere og forklare dei vertikale profila av turbulente fluksar under ulike stabilitetsforhold og deira tyding for og interaksjon med tilsvarande profil av dei middelparametrane
• er i stand til å forklare det turbulente «closure» problemet og ulike lokale og ikkje-lokale metodar for å løyse det
• kan velje relevant instrumentering og framgangsmåte for å måle og analysere data for å beskrive dei viktigaste turbulente parametrane og fluksane i atmosfæren
• kan berekne og tolke sentrale turbulente parametrar ved bruk av direkte og indirekte metodar frå tilsvarande datasett
• kan berekne og diskutere blanding og spreiing av eigenskaper vertikalt og sideveis under ulike tvungne føresetnader
• kan forklare spektrale oppførsel og kjenneteikn ved atmosfærisk turbulens

Generell kompetanse
Studenten

• har generell oversikt over teoretiske og eksperimentelle tilnærmingar i grenselagsmeteorologi
• kan vurdere rollen av turbulens for strukturen og dynamikken i det atmosfæriske grenselaget , og den tydinga den har for transport av masse og energi på ulike skalaar
• kan vurdere tydinga av turbulens og turbulent utveksling for meteorologi og klima
• kan analysere og tolke moderne målingar i grenselaget
• kan jobbe i team og produsere og gi ein kort presentasjon av dei analyserte dataene