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Study of the atmospheric wake of Madeira Island
Johannes Sachsperger
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Vanda Grubišic
DOI
10.25365/thesis.20547
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29357.18866.159763-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die 57km lange und 22km breite NW-SE orientierte Insel Madeira liegt im östlichen Atlantik,
950km südwestlich von der Südspitze Portugals. Der höchste Punkt der Insel, der
Gipfel des Pico Ruivo, liegt auf 1862m über dem Meeresspiegel. Durch seine Größe, die
Struktur der atmosphärischen Stabilität und die Winde stromaufwärts ist die Ausbildung
einer Wirbelschleppe oder Wirbelstraße im Lee der Insel häufig, vor allem im Sommer,
wenn unter der Passatinversion die stärksten Winde aus NE wehen, der Richtung normal
zur Ausrichtung der Insel.
In situ- und Fernerkundungsmessungen wurden während der i-Wake Kampagne (Aug. -
Sept. 2010) in Madeira durchgeführt. SAFIREs ATR-42 Forschungsflugzeug sammelte Daten
stromauf- und stromabwärts der Insel. Im hier analysierten Ereignis wurden Messungen
am 2. Sept. 2010 entlang von zehn Teilstrecken durchgeführt. Wirbelsignale wie abrupte
Windsprünge an den Flanken von Madeira und warme Kerne in den Wirbeln sind stark
ausgeprägt in den Daten vorhanden.
Eine Reihe von hochaufgelösten WRF Modellsimulationen wird durchgeführt um aufzuzeigen,
wie gut die Wirbel reproduziert werden können. Zu Beginn der analysierten Periode
(1. - 3. Sept. 2010) war die Atmosphäre kontinuierlich stabil geschichtet und wechselte
zum Ende hin zu einem Flachwasserregime mit einer starken Inversion unterhalb der Bergspitzen
der Insel. Die Ergebnisse zeigen, dass die Abweichungen der Windkomponenten
und der potentiellen Temperatur zwischen Messungen und Modellsimulationen entlang der
Teilstrecken bemerkenswert klein sind, obwohl dieses Phänomen von stark nichtlinearer
Natur ist. Um die Quelle der vertikalen Vorticitykomponente in den Wirbeln zu finden,
wird eine Vorticitybudgetanalyse basierend auf Simulationsdaten durchgeführt. Es zeigt
sich, dass für beide Flussregime die Reibung, ein echter Vorticityquellterm, dominant zur
Vorticitytendenz beiträgt. Zusätzlich haben Divergenz- und Advektionsterm einen starken
Einfluss auf die Entwicklung der Wirbel.
Ein Sensitivitätstest zeigt eine starke Abhängigkeit der Entstehung der Wirbel von der
SST (Meeresoberflächentemperatur) auf, welche mit der vertikalen Schichtung der Atmosphäre
zusammenhängt. Es zeigt sich, dass die Übereinstimmung von Messung und Modellsimulation
am besten ist, wenn die SST (von der NCEP Analyse) uniform um 1K erhöht
wird.
Abstract
(Englisch)
The 57 km long and 22 km wide NW-SE oriented island of Madeira lies in the eastern
Atlantic, 950 km SW from the southern tip of Portugal. The island’s highest peak, Pico
Ruivo, reaches 1862 m above sea level (a.s.l.). Due to its size, atmospheric stability structure
and winds upstream, wake formation in the downstream region of this mountainous
island is expected, in particular in summer when the most sustained winds below the trade
wind inversion come from NE, the direction perpendicular to the island orientation.
In situ and remote sensing measurements were obtained during the i-WAKE airborne campaign
(Aug - Sep 2010) in Madeira. The research aircraft ATR 42 of Service des Avions
Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement (SAFIRE) collected data both
upstream and downstream of the island. In the event that was analyzed in this work, data
along ten flight legs downstream was collected on September 2, 2010. Wake signals such
as abrupt wind jumps at the flanks of Madeira and warm core eddies are evident in this
dataset.
A series of high-resolution simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF)
model is carried out to investigate how well the observed wake can be replicated. At the
beginning of the analyzed period (September 1-3, 2010), the atmosphere was continuously
stratified changing into a shallow-water regime with a strong inversion below the mountaintop
toward the end of this period. It turns out that discrepancies of the wind components
and potential temperature along the observed and simulated flight legs are remarkably
small, although the wake phenomenon is non-linear in nature.
To investigate the main source of vertical vorticity in the wake, a vertical vorticity budget
analysis has been carried out on the simulation data. It appears that for both flow regimes
surface friction, a true vorticity source term, is the main contributor to the vorticity tendency
at the flanks of Madeira. The further evolution of the vortices, which detach from
the island, is mainly influenced by the advection- and divergence terms. Additionally, a
sensitivity test shows a strong dependence of the evolution of eddies on the sea surface
temperature (SST) which is linked to the vertical stratification of the atmosphere. It turns
out that the discrepancies between simulated and measured flight legs are smallest for a
uniform increase of SST (from National Centers for Environmental Prediction (NCEP)
analysis) by +1 K.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Vortex Street Madeira Vorticity Equation Vorticity Eddies Inversion Trade Wind Measurements WRF Simulation
Schlagwörter
(Deutsch)
Wirbelstraße Madeira Vorticitygleichung Vorticity Wirbel Inversion Passatwind Messungen WRF Simulation
Autor*innen
Johannes Sachsperger
Haupttitel (Englisch)
Study of the atmospheric wake of Madeira Island
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
65 S. : Ill., graf. Darst., Kt.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Vanda Grubišic
AC Nummer
AC09405583
Utheses ID
18382
Studienkennzahl
UA | 415 | | |