Środowiskowe Seminarium Fizyki Atmosfery

Kampania pomiarowa DYCOMS-II (2001) z udziałem ultraszybkiego termometru UFT-F zaowocowała dużą ilością danych o warstwie wierzchołkowej morskiego stratocumulusa. Wykorzystano je dla przeprowadzenia serii symulacji numerycznych LES. Celem tych symulacji było zbadanie mechanizmu wciągania masy do warstwy granicznej atmosfery. Pierwszym etapem analizy wyników eksperymentu numerycznego było określenie położenia wierzchołka warstwy granicznej. Zastosowano trzy różne podejścia, definiując ten wierzchołek na podstawie profili całkowitej zawartości wody (total water mixing ratio), temperatury oraz enstrofii. Arbitralnie ustalony próg dla pierwszej wielkości określa brzeg obszaru o dużej wilgotności (granica materialna), maksymalny gradient temperatury wyznacza warstwę o największej stabilności ze względu na ruchy pionowe (granica termodynamiczna), zaś skok enstrofii stanowi granicę dynamiczną. Każda z powierzchni znajduje się na innej wysokości, od najniższej - materialnej, do najwyższej – dynamicznej. Wzajemne relacje między powierzchniami są złożone i choć każda z nich reaguje w podobny sposób na wymuszenia konwekcyjne, to współczynniki korelacji między nimi są bardzo niskie. W następnym etapie eksperymentu numerycznego wybrano powierzchnię wyznaczoną przez maksymalny gradient temperatury za wierzchołek warstwy granicznej. Powietrze znajdujące się powyżej oznaczono wprowadzając pasywny skalar. Dało to możliwość śledzenia wciągania masy i mieszania się powietrza z obu warstw, oraz badania dalszego transportu wgłąb warstwy granicznej. Mimo że w całej warstwie granicznej obecna jest turbulencja, transport pasywnego skalara jest zdominowany przez prądy zstępujące. Histogramy koncentracji skalara mają charakterystyczne maksimum w okolicy 10-20%, co wyklucza dyfuzyjny charakter transportu. Diagram mieszania dla wilgotnego powietrza chmurowego i suchego z atmosfery swobodnej wskazuje, że dla takich koncentracji temperatura mieszaniny jest najniższa a gęstość największa. Sugeruje to transport tak wymieszanego powietrza w dół wskutek działania sił wyporu. Profile termodynamiczne powietrza w warstwie granicznej są różne dla różnych domieszek powietrza suchego. Widać przy tym, że penetracja wgłąb warstwy następuje przez rejony znajdujące się w szczelinach między chmurami.