dc.contributor.author
Schielicke, Lisa
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:30:47Z
dc.date.available
2017-09-11T09:40:41.141Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2638
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6839
dc.description.abstract
Occurring on various scales vortices are the most prominent feature
determining considerably the appearance of the atmospheric flow field.
Although, the identification of a rotating vortex seems to be trivial, an
accepted unified mathematical definition of vortex size and intensity is still
missing. In this thesis, we will use a bilateral approach investigating the
kinematics as well as the dynamics of vortices in order to reveal appropriate
size and intensity measures. Thereby, we will introduce a kinematic method
(Wk-method) based on the kinematic vorticity number Wk that calculates the
local ratio of the rates of rotation and deformation. A vortex is then defined
as simply-connected region of rotation rate prevailing over the strain rate.
It will be shown that the method gives consistent results in different
atmospheric flow situations, at different height levels and for different grid
resolutions. To complete our view on vortices, we will further introduce two
intensity measures derived from the dynamical horizontal equations of motion:
the mass-specific energy of displacement and its mass-related counterpart, the
atmospheric moment. These two measures can be interpreted as the mass-specific
and mass-related work that was necessary to generate the vortex, respectively.
Likewise to the seismic moment of earthquakes, the atmospheric moment can be
seen as a measure of vortex magnitudes proportional to the total energy
released during the vortex life time. Finally, the assembled knowledge, novel
measures and methods will be applied in the statistical analysis of vortex
structures in reanalysis, model and observational data of different
resolutions.
de
dc.description.abstract
Wirbel unterschiedlicher Skalen dominieren das atmosphärische Strömungsfeld.
Trotz ihrer auffälligen Rotationsbewegung ist es nicht trivial, einen Wirbel
hinsichtlich seiner Stärke und Ausdehnung klar vom dreidimensionalen
Strömungsfeld abzugrenzen, da eine einheitlich akzeptierte, mathematische
Definition fehlt. In dieser Arbeit werden wir das Problem der Wirbelerkennung
sowie der Definition von Wirbelgröße und Wirbelintensität einerseits mit Hilfe
der Kinematik und andererseits mit Hilfe der Dynamik betrachten. Im Rahmen der
Arbeit werden wir eine kinematische Methode, die Wk-Methode, einführen, die
auf der kinematischen Vorticityzahl Wk basiert. Dabei wird die Wirbelfläche
als einfach zusammenhängendes Gebiet definiert, in dem die Rotationsrate
gegenüber der Deformationsrate überwiegt. Wir werden zeigen, dass die Wk-
Methode konsistente Ergebnisse in unterschiedlichen Strömungssituationen, in
verschiedenen Höhen sowie für unterschiedliche Auflösungen liefert.
Andererseits können anhand der dynamischen horizontalen Bewegungsgleichung
zwei neue Intensitätsmaße eingeführt werden: die massenspezifische
Verschiebungsenergie sowie das massenabhängige Äquivalent zur
Verschiebungsenergie, das atmosphärische Moment. Diese beiden Größen können
als massenspezifische bzw. massenabhängige Arbeit interpretiert werden, die
nötig war um den Wirbel zu erzeugen. In Analogie zum seismischen Moment kann
das atmosphärische Moment als Maß der Wirbelmagnitude verstanden werden, die
proportional zur gesamten in der Lebenszeit des Wirbels umgesetzten Energie
ist. Schließlich wenden wir die neuen Maße und Methoden in der statistischen
Analyse von Wirbelstrukturen unterschiedlicher Skala in Reanalysen, Modell-
und Beobachtungsdaten verschiedener Auflösung an.
de
dc.format.extent
248 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
vortex definition
dc.subject
kinematic vorticity number
dc.subject
vortex identification atmospheric scales
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::551 Geologie, Hydrologie, Meteorologie
dc.title
Scale-dependent identification and statistical analysis of atmospheric vortex
structures in theory, model and observation
dc.contributor.contact
lisa.schielicke@met.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Uwe Ulbrich
dc.contributor.furtherReferee
Peter Nevir
dc.contributor.furtherReferee
Rupert Klein
dc.date.accepted
2017-05-17
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000105455-5
dc.title.translated
Skalenabhängige Identifikation und statistische Analyse atmosphärischer
Wirbelstrukturen in Theorie, Model und Beobachtung
en
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000105455
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000022255
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access